Brevet FR2833150A1 — publié le 20030613

deux bras inclinés (5) articulés sur une chape (3) PROCEDE DE RADIOGRAPHIE A DOUBLE ENERGIE EN DISTINGUANT TISSUS OSSEUX, TISSUS MAIGRES ET TISSUS GRAS DESCRIPTION Cette invention concerne un procédé de radiographie par des rayons X ou y à double énergie et comprend une distinction entre tissus osseux, tissus maigres et tissus gras, pour des mesures de contenu minéral osseux d'un organisme (ostéodensitométrie) avant tout. I1 est bien connu d' employer des rayons de deux énergies différentes pour irradier un organisme et de mesurer leurs deux atténuations par un réseau surfacique de détecteurs situé derrière l'organisme. En effet, les rapports d'atténnation des tissus osseux et des tissus mous ne sont pas les mêmes pour les deux énergies, si bien qu'on peut calculer les épaisseurs de tissus osseux et de tissus mous traversées par des rayons, le problème numérique revenant à inverser un système de deux équations à deux inconnues pour les mesures de chacun des détecteurs atteints par les rayons qui ont traversé l'organisme. Les résultats fournis par ce genre de méthode ne peuvent cependant qu'être imprécis puisque les tissus des organismes vivants renferment aussi des graisses, dont les coefficients d' absorption sont différents de ceux des tissus osseux et même des tissus malgres. Plusieurs tentatives ont été faites pour remédier à cette insuffisance du procédé de base. Il B 13962.3/JCI vient à l' esprit qu'une troisième irradiation menée avec des rayons d'une troisième énergie permettrait d obtenir un système de trois équations dont la solution donnerait les trois épaisseurs traversées des tissus osseux, maigres et gras, mais il est apparu qu'une précision suffisante ne pouvait pas être atteinte en pratique en raison du bruit produit par les photons du rayonnement et de la nécessité de limiter la dose totale d' irradiation recue par l'organisme. L' article "Theoretical and experimental limits of triple photon energy absorptiometry in the measurement of bone mineral" par Kotzki et d'autres dans la revue Phys. Med. Biol volume 36, 1991, pages 429 à 437, donne des explications plus détaillées. Dans un autre procédé, appelé "méthode de la ligne de base", on fait l'hypothèse que la proportion de graisse est la même dans les tissus osseux et les tissus mous, mais cela n'est pas toujours vérifié et le calcul peut alors subir des erreurs assez importantes pouvant atteindre 20% de l'épaisseur des tissus osseux. L' article "Effect of nonmineral tissues on measurement of bone mineral content by dual-photon absorptionmetry" par Sorenson et d'autres, Med. Phys. volume 17 (5), 1990, pages 905 à 912, est une illustration de cette méthode. Enfin, le renseignement supplémentaire nécessaire pour distinguer les trois éléments des organismes peut consister en l'épaisseur totale traversse par les rayons. L' article "Dual-photon absorptiometry for determination of bone mineral content in the calcaneus with correction of fat" par B 13962.3/JCI Jonson et d'autres, Phys. Med. Biol., volume 35, numAro 7, 1990, pages 961 969, en est une illustration. Une source d'erreur apparalt toutefois quand la portion Atudide de l'organisme contient des poches gaeuses, car l'@paisseur totale traverse n'est plus la somme des Apaisseurs des tissus osseux, maigres et gras et la mAthode est mise en Achac. L' invention a pour objet de la perfectionner et de permettre notamment d'obtenir et d' employer le total rel de l'Apaisseur des tissus osseux, maigres et gras traverss plutt que l'@paisseur de l'organisme pour la rAsolution du systAme. Ainsi, elle concerne un procdA de radiographie par rayons double nergie comprenant une distinction entre tissus osseux, tissus maigres et tissus gras d'un organisme travers par les rayons et des estimations d'Apaisseurs des tissus maigres, des tissus osseux et des tissus gras traverss par les rayons, caractArisA en ce qu'il comprend les Atapes suivantes: - sAlection de certains des rayons, qui n'ont pas traversA de tissus osseux; - calcul des Apaisseurs de tissus maigres et de tissus gras traverses par les rayons slectionnAs d'aprAs des attAnuations subies aux deux Apaisseurs de tissus maigres et de tissus gras; - caleul des Apaisseurs totales traverses par les rayons dans l'organisme, qui sont gales aux- dites sommes pour les rayons sAlectionns et sont estimes par des interpolations entre lesUites sommes pour d'autres rayons: B 13962.3/JCI - et calcul des épaisseurs de tissus osseux, des tissus maigres et de tissus gras traversées par les rayons d'après les atténuations subies aux deux énergies et les épaisseurs totales. Voici de façon plus détaillée comment on procède. L'organisme étudié est soumis à une irradiation de rayons à deux énergies par un faisceau qui peut être conique. Les coefficients d'atténuation des tissus osseux, maigres et gras sont connus pour les deux catégories de rayons. La table des valeurs totales d'atténnation mesurées, qui correspond à une double image bidimensionnelle de l'organisme, est relevée. On en dogage une répartition approximative des tissus osseux, soit par hypothèse, soit par un examen des valeurs totales d'atténuations, qui sont sensiblement plus importantes quand des os ont été traversés par les rayons. On s'intéresse alors aux endroits dépourvus de tissus osseux. La connaissance des deux atténuations et des coefficients pour les tissus maigres et gras permet d'obtenir facilement les épaisseurs de ces deux tissus respectivement traversées par les rayons. Leur somme est la longueur totale d'atténuation du rayonnement par l'organisme à l'endroit concerné, les poches de gaz étant ignorces. Cette longueur totale d'atténuation est ensuite estimée partout ailleurs dans l'organisme et notamment aux endroits contenant des tissus osseux. On peut procéder par des interpolations linéaires ou autres entre les endroits o ses valeurs ont déjà été obtenues. B 13962.3/JCI On dispose alors, pour chacun des détecteurs, de trois renseignements (les deux atténuations et la longueur totale d'atténuation) contre trois inconnues que sont les longueurs traversces des trois groupes de tissus, ou leurs masses traversées. Le système d'équation peut être de la forme donnée ci-dessous: g llos {'Mm [/X 2m u2g U20s Mg = x2 Pm Pg YPOS Mos L o Mm, Mg et Mos désignent les masses par unité de surface (en g/cm2) de tissus maigres, gras et osseux traversées par le rayonnement; X, X2 et L désignent les atténuations du rayonnement (exprimées par le logarithme des rapports d'intensités du rayonnement d'origine Io et du rayonnement I requ par le détecteur concerné: X = ln (Io/I)), et la longueur totale d'atténuation; plm' pg, p! os' p2m, p9 et p2 os désignent les coefficients datténnation, pour les deux rayonnements, des tissus maigres, gras et osseux en cm/g2, et Pm' pg et pOs sont les masses volumiques de ces tissus. L' inversion du système donne les valeurs de Mm, Mg et Mos, qu'on peut corréler aux épaisseurs traversoes de tissus maigres, gras et osseux lm, lg et los par les formules lm = Mm/pm, lg = et loS= M Par rapport à la méthode classique de la ligne de base, l' application de l' invention a donné de très bons résultats. En particulier, une très bonne B 13962.3/]CI précision a été constatée dans les régions essentielles des organismes alors que la méthode de la ligne de base a produit des erreurs d'évaluations aux endroits de zones osseuses et surtout de transition entre les zones osseuses et les tissus mous. L'exécution du procédé détaillé ci-dessus dépend de ce que la longueur totale traversée L est supposée s'exprimer par une fonction linéaire des mesures Xl et X2. Cette hypothèse n'est pas toujours vérifiée, notamment quand le rayonnement est polychromatique: la longueur L s'exprime alors par une fonction polynominale plus compliquée telle que L = aX1 + pX2 + X2 + X1X2 + EX 2. On prévoit alors de développer le procédé précédent par les étapes supplémentaires que voici. Les coefficients a, 0,, et E sont évalués par des mesures d' irradiation à travers des cales en nombre suffisant, et qui présentent des épaisseurs différentes de matériaux simulant les tissus maigres et gras, comme l'eau et le plexiglas. La longueur totale d'atténnation L peut ensuite être calculée en tout point de l'objet conformément au procédé principal, directement aux endroits dépourvus d'os et par interpolation ailleurs. Ensuite, comme les longueurs lm, lg et los s'expriment alors par des fonctions non linéaires de Xl, X2 et L, les coefficients de ces fonctions sont évalués à nouveau par des mesures d' irradiation à travers des cales, qui sont ici composées d'épaisseurs différentes de trois matériaux, à savoir les précédents et un matériau simulant les tissus osseux comme B 13962.3/JCI l'hydroxyapatite. Les longueurs (ou les masses) traversées peuvent alors être obtenues. B 13962.3/JCI REVEND I CAT I ON Procédé de radiographie par rayons à double énergie comprenant une distinction entre tissus osseux, tissus maigres et tissus gras d'un organisme traversé par les rayons et des estimations d'épaisseurs des tissus maigres, des tissus osseux et des tissus gras traversés par les rayons, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - sélection de certains des rayons, qui n'ont pas traversé de tissus osseux; - calcul des épaisseurs de tissus maigres et de tissus gras traversoss par les rayons sélectionnés d'aprés des atténnations subies auxdites deux épaisseurs de tissus maigres et de tissus gras; - calcul des longueurs totales traversées par les rayons dans l'organisme, qui sont égales auxdites sommes pour les rayons sélectionnés et sont estimées par des interpolations entre lesdites sommes pour d'autres des rayons: - et calcul des épaisseurs de tissus osseux, des tissus maigres et de tissus gras traversées par les rayons d'aprés les atténnations subies aux deux énergies et les longueurs totales.