Brevet FR2870428A1 — publié le 20051118

Machine à rayons X mobile La présente invention concerne une machine à rayons X mobile. L'invention a pour but d'augmenter la précision d'une telle machine tout en facilitant un assemblage de ses éléments. La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine de l'imagerie médicale. L'invention peut par exemple être utilisée pour réaliser une radiographie ou une radioscopie. On connaît des machines à rayons X mobiles qui comportent des pièces mobiles leur permettant de tourner dans différentes directions autour d'un patient. Ces pièces mobiles permettent ainsi d'orienter un faisceau de rayons X, de manière à analyser une partie donnée du corps du patient. Dans un exemple, l'orientation du faisceau de rayons X est utile pour que ce dernier puisse s'aligner très précisément dans une direction d'un vaisseau sanguin à analyser. On connaît des machines qui comportent plusieurs ensembles d'entraînement pour assurer les déplacements des pièces mobiles dans l'espace. Ces ensembles d'entraînement comportent chacun au moins un moteur, une courroie et un réducteur. En général, le réducteur est accroché à une pièce mobile et est relié au moteur par l'intermédiaire de la courroie. Ces ensembles d'entraînement ont pour but de limiter la vitesse globale du moteur afin que les pièces mobiles de la machine se déplacent à vitesse réduite. En effet, pour orienter le faisceau de rayons X, une vitesse élevée est inutile et peut nuire à une précision d'un déplacement du faisceau. Toutefois, avec de tels ensembles d'entraînement, les déplacements des pièces mobiles de la machine ne sont pas aussi précis que souhaité. En effet, chaque pièce de la machine à rayons X introduit des jeux supplémentaires entre elle et les pièces auxquelles elle est accrochée. Comme l'ensemble d'entraînement est constitué d'au moins trois pièces, de multiples jeux existent entre ces pièces. Or ces jeux diminuent de manière notable la précision globale de la machine. Ces jeux peuvent donc fausser de nombreux déplacements des pièces mobiles de la machine à rayon X. Par ailleurs, compte tenu du nombre de pièces et de la volonté de minimiser les jeux, l'assemblage des ensembles d'entraînement est souvent difficile. En outre, les moteurs et les réducteurs qui constituent l'ensemble d'entraînement sont des éléments pleins qui rendent difficile le passage de câbles et de fils d'alimentation à l'intérieur de la machine. En effet, dans les machines existantes, les câbles passent autour des réducteurs et des moteurs pour relier des éléments entre eux. II est donc difficile d'assembler les différents éléments de la machine par l'intermédiaire de câbles. Certaines fois, des espaces le long de pièces particulières doivent être prévus pour le passage des câbles à l'intérieur de la machine. Le caractère plein des moteurs constitue donc un autre problème d'assemblage. Par ailleurs, le fait que les câbles doivent passer autour du moteur et ou du réducteur du réducteur peut poser des problèmes d'usure précoce de ces câbles. En effet, dans une telle configuration, les câbles peuvent être pliés lorsque la machine se trouve dans des positions particulières. La présente invention se propose de résoudre ce problème d'usure précoce, ces problèmes de précision ainsi que ces problèmes d'assemblage. A cette fin, la machine selon l'invention comporte des moteurs creux qui articulent des parties de la machine entre elles. En effet, ces moteurs creux comportent chacun un rotor annulaire qui est accroché à une partie mobile de la machine ainsi qu'un stator annulaire qui est accroché à une partie fixe de la machine. En général, le stator est disposé de manière à entourer le rotor. Comme ces moteurs creux sont directement placés sur la liaison à articuler, il n'est plus nécessaire d'utiliser les ensembles d'entraînement précités. Ces moteurs creux limitent donc les jeux de la machine à rayons X car seul le jeu existant à l'intérieur du moteur peut avoir une influence sur la précision générale de la machine à rayon X. Ce jeux est d'ailleurs très faible, de l'ordre du millimètre. Par ailleurs, comme le rotor et le stator sont de forme annulaire, ils autorisent des câbles à passer à l'intérieur du moteur. Un assemblage de pièces reliées par câble est donc plus facile à réaliser puisqu'il n'est plus nécessaire de contourner des parties pleines des ensembles d'entraînement aux endroits des articulations. En outre, les câbles passent par le centre du moteur et de ce fait ils sont moins amenés à se plier lors des rotations du moteur. Les moteurs creux selon l'invention limitent donc l'usure des câbles. La présente invention concerne donc une machine à rayons X comportant: un tube à rayons X qui émet un faisceau de rayons X suivant une direction d'émission, et - un détecteur à rayons X situé de manière opposée à l'émetteur et dans la direction d'émission, et - au moins un élément mobile, cet au moins un élément mobile pouvant entrer en rotation autour d'un axe de rotation par rapport à un élément de référence, cet au moins un élément mobile assurant un déplacement du tube et du détecteur dans l'espace, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moteur creux comportant un stator annulaire et un rotor annulaire, le creux du moteur étant orienté dans l'axe du moteur et situé autour de cet axe de moteur, cet axe de moteur étant confondu avec l'axe de rotation autour duquel l'élément mobile peut entrer en rotation. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à la vue des figures qui l'accompagnent. Ces figures sont données à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Ces figures montrent: - Figure la: une représentation dans l'espace d'une machine à rayons X de type vasculaire selon l'invention; - Figure 1 b: une représentation schématique d'une vue de côté d'une machine de type vasculaire selon l'invention; - Figure 1c: une représentation schématique d'une articulation d'une machine selon l'invention réalisée à partir d'un moteur creux; - Figures 2: des représentations schématiques d'un mammographe réalisé selon l'invention. La figure la montre une représentation dans l'espace d'une machine à rayons X selon l'invention. Plus précisément, cette machine 1 est une machine dite de type vasculaire qui comporte notamment un tube 2 à rayons X ainsi qu'un détecteur 3 à rayons X. Ce tube 2 émet un faisceau 4 de rayons X suivant une direction 5 d'émission. Le tube 2 et le détecteur 3 sont tous les deux accrochés aux extrémités, de part et d'autre, d'un bras 6 en forme de C. En effet, le détecteur 3 est accroché au bras 6 à l'opposée du tube 2 et dans la direction d'émission, de manière à recevoir le faisceau 4 de rayons. En outre, le bras 6 est relié à un mât 7 en forme de L à la faveur d'un bras 8 intermédiaire. Un collimateur situé à l'intérieur du détecteur 3 peut permettre d'imprimer une forme au faisceau 4 de rayons X émis par le tube 2. Ainsi, ce collimateur pourra notamment modifier la largeur du faisceau 4. Un lit 9 sur lequel un patient 10 est allongé est fixe et accroché à un bâti 11. Ce lit 9 est placé à l'intérieur du bras 6 en forme de C, de manière à ce que le tube 2 se trouve sous le lit 9 et le détecteur 3 audessus du lit 9. Quel que soit l'examen pratiqué, le tube 2 et le détecteur 3 conservent toujours cette configuration spatiale. Dans ces conditions, après avoir reçu le faisceau 4 qui traverse une partie du corps du patient, le détecteur 3 émet des signaux électriques correspondant à l'intensité des rayons reçus. Ces signaux électriques peuvent ensuite être transmis à un ordinateur 12 par l'intermédiaire de liaisons filaires non représentées. Ces signaux électriques peuvent permettre à cet ordinateur 12 de produire une image correspondant à la partie du corps analysée. Cette image peut être visualisée à l'aide d'un écran de cet ordinateur 12 dans le cadre d'une radioscopie, ou imprimée sur une feuille dans le cadre d'une radiographie. Dans le but de pouvoir étudier chaque partie du corps du patient 10, le faisceau 4 peut être orienté dans une multitude de directions autour du patient. En effet, la position du tube 2 et du détecteur 3 peut être modifiée par un utilisateur. A cette fin, le mât 7 en forme de L, le bras 8 intermédiaire et le bras 6 en forme de C sont tous les trois articulés les uns par rapport aux autres. Plus précisément, le mat 7 en forme de L est articulé autour du sol (assimilable au bâtit 11 fixe) par l'intermédiaire d'un premier moteur 13 creux. Ce moteur 13 permet ainsi au mât 7 de tourner autour d'un axe 14 vertical. Dans une réalisation particulière, le mât 7 peut tourner autour du patient 10 selon un angle 15 compris entre 320 et 350 . En outre, le bras 8 intermédiaire est articulé autour du mât 7 par l'intermédiaire d'un deuxième moteur 16 creux. Ce deuxième moteur 16 permet ainsi au bras 8 intermédiaire de tourner autour d'un axe 17 horizontal qui est perpendiculaire à une face du mât 7. Dans une réalisation particulière, le bras 8 intermédiaire peut tourner autour de cet axe selon un angle 19 compris entre 320 et 350 degrés. En ce qui concerne le bras 6 en forme de C, il peut coulisser autour d'une liaison 18. Ainsi, le bras 6 peut tourner autour d'un axe 20 qui passe par le centre d'un disque décrit par deux bras en C mis côte à côte. Cet axe 20 est en outre perpendiculaire à l'axe 17 et à l'axe 14 pour la position représentée. En combinant les mouvements de rotation autour des trois axes 14,17 et 20, le faisceau 4 de rayons peut décrire toutes les directions d'émission des rayons X comprises à l'intérieur d'une sphère. Grâce aux moteurs 13 et 16 et à la liaison 18, le faisceau 4 peut donc traverser chaque partie du patient suivant une multitude d'orientations possible. La machine 1 de type vasculaire est ici décrite pour un bras 6 en forme de C. Toutefois en variante, ce bras 6 peut posséder d'autres formes, telles qu'une forme en U. La figure lb montre une vue de côté de la machine 1 sans le lit 9 du patient 10. On y retrouve les moteurs 13 et 16 creux assurant respectivement les articulations du mât 7 en forme de L et du bras 8 intermédiaire. Plus précisément, cette figure montre que le moteur 13 comporte un stator 21 de forme annulaire accroché au sol qui est fixe. Le moteur 13 comporte aussi un rotor 22 de forme annulaire accroché au mât 7 qui est mobile. Le moteur 13 permet ainsi une rotation du mât 7 par rapport au sol, autour de l'axe 15. Un axe de ce moteur 13 correspondant à l'axe du stator 21 et du rotor 22 est d'ailleurs confondu avec l'axe 15. La figure 1 b montre aussi que le moteur 16 comporte un stator 23 de forme annulaire et accroché au mât 7, par rapport auquel le bras 8 intermédiaire est mobile. Le moteur 16 comporte un rotor 24 de forme annulaire qui est accroché à l'arbre 8 intermédiaire. Le rotor 16 permet ainsi une rotation du bras 6 en C par rapport au mât 7, autour de l'axe 17. Un axe de ce moteur 16 correspondant à l'axe du stator 23 et du rotor 24 est d'ailleurs confondu avec l'axe 17. Ainsi, de manière générale, pour articuler des pièces de la machine selon l'invention, un rotor est attaché à une première partie mobile en rotation par rapport à une deuxième partie, tandis qu'un stator est accroché à cette deuxième partie. En variante, on peut utiliser plus de deux moteurs creux du type 13 ou 16, de manière à augmenter encore d'avantage le nombre de degrés de liberté de la machine 1. En augmentant des degrés de liberté de ce système, on facilite le déplacement du tube 2 du détecteur 3. On peut ainsi atteindre une position précise donnée de plusieurs manières différentes. La figure 1 c montre une représentation en coupe du moteur 16 creux vu de côté. Ce moteur 16 creux assure la rotation du bras 8 intermédiaire par rapport au mât 7 en forme de L, autour de l'axe 17. Cette figure l c met bien en évidence le fait que le stator 23 et le rotor 24, respectivement accrochés au bras 8 et au mât 7, possèdent tous deux une forme annulaire et donc creuse. Le creux engendré par la forme du stator 23 et du rotor 24 est orienté dans l'axe 17 et se situe autour de cet axe 17. Le stator 23 du moteur 16 entoure ici le rotor 24, mais il est tout à fait possible d'envisager une réalisation d'un moteur 16 dans laquelle le rotor 24 entoure le stator 23. Le fonctionnement du moteur 16 peut être assimilé à celui d'un roulement à billes motorisé. Dans une réalisation particulière, le stator 23 annulaire comporte un diamètre compris entre 300 et 500 mm. Ce diamètre est référencé 26 sur la figure et correspond au diamètre du moteur 16. Le diamètre du rotor 24 est quant à lui plus petit que le diamètre du stator 23 puisqu'il est contenu par ce stator 23. Plus les diamètres du stator 23 et du rotor 24 sont importants, plus le couple développé par le moteur 16 creux est important naturellement. En outre, la forme annulaire du moteur 16 peut permettre à des fils 25 de le traverser. Cette traversée des fils facilite un assemblage d'éléments de la machine à rayon X. En effet, il n'est pas nécessaire de prévoir des passages particuliers autour du moteur 16 pour faire passer les fils 25 reliant des éléments (non représentés) entre eux. Par ailleurs, comme les fils sont autorisés à passer globalement par le centre de ces moteurs, leur torsion lors d'une rotation du bras 8 est très limitée. De ce fait, les fils 25 sont moins sujets à des ruptures et leur longévité est augmentée. De préférence, le moteur 16 est un moteur sans contact à courant continu. Ainsi, il n'existe pas de contact entre le rotor 24 et le stator 23. Cette absence de contact permet notamment d'augmenter la durée de vie du moteur 16. Il n'existe pas d'élément intermédiaire entre le moteur 16 et un élément d'entraînement du bras 23. En effet, le moteur 16 joue lui-même rôle de l'élément d'entraînement du bras 23. Le rapport de réduction d'un tel moteur est donc égal à 1. Le bras 8 peut ainsi être commandé de manière très précise avec des pièces qui comportent un jeu minimum entre elles. En général, pour arrêter la rotation du moteur 16, un frein à manque de courant est utilisé. Comme un asservissement de la position du moteur est en outre réalisé, il est possible d'arrêter très précisément le moteur 16 dans une position désirée par un utilisateur. En variante, le frein utilisé est un frein comportant un disque. La description du moteur 13 est très proche de la description du moteur 16 donnée ici en détail. La seule différence réside dans les pièces que ces moteurs 13 et 16 articulent. Les figures 2 montrent une réalisation d'un mammographe 27 selon l'invention. Ce mammographe 27 comporte un tube 28 à rayons X et un détecteur 29 de rayon X. Ce tube 28 et ce détecteur 29 sont tous deux attachés à un support 30 qui est lui-même relié à un socle 31 fixe par l'intermédiaire d'un moteur 32 creux. Ce moteur 32 permet au bras 30 de pivoter par rapport au socle 31, autour d'un axe 33 parallèle au sol 36. Les articulations de ce mammographe 30 sont réalisées d'une manière très proche de celles de la machine 1 de type vasculaire. En effet, un stator 34 du moteur 32 est accroché à une partie fixe correspondant ici au socle 31, tandis qu'un rotor 35 annulaire du moteur 32 est accroché à une partie mobile correspondant ici au bras 30. La figure 2b montre une vue de côté du mammographe 30. Cette figure montre que le moteur 32 selon l'invention autorise le support 30 à tourner autour de l'axe 33, ici perpendiculaire au plan de la figure. Que ce soit pour la machine 1 à rayons X de type vasculaire ou le mammographe 30, l'invention limite le nombre de pièces utilisées puisque seul un moteur assure une articulation entre deux éléments. La précision de ces machines est donc augmentée tandis que les risques de mauvais montages sont réduits. En outre, comme le moteur à courant continu engendre très peut de frottements, des frictions entre pièces sont réduits. Le contrôle des mouvements et leur répétabilité sont donc optimisés. REVENDICATIONS 1 - Machine (1) à rayons X comportant - un tube (2) à rayons X qui émet un faisceau (4) de rayons X suivant une direction (5) d'émission, et - un détecteur (3) à rayons X situé de manière opposée à l'émetteur et dans la direction d'émission, et - au moins un élément (8) mobile, cet au moins un élément mobile pouvant entrer en rotation autour d'un axe de rotation par rapport à un 10 élément (7) de référence, cet au moins un élément mobile assurant un déplacement du tube et du détecteur dans l'espace, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moteur (16) creux comportant un stator (23) annulaire et un rotor (24) annulaire, le creux du moteur étant orienté dans l'axe du moteur et situé autour de cet axe de moteur, cet axe de moteur étant confondu avec l'axe (17) de rotation autour duquel l'élément mobile peut entrer en rotation. 2 - Machine à rayons X selon la revendications 1 caractérisé en ce que le rotor annulaire est fixé à l'élément mobile tandis que le stator annulaire est fixé à l'élément de référence. 3 - Machine à rayons X selon l'une des revendication 1 à 2 caractérisé en ce que - le stator annulaire entoure le rotor annulaire. 4 - Machine à rayons X selon l'une des revendications 1 à 3 25 caractérisé en ce que - le stator annulaire comporte un diamètre (26) compris entre 300 et 500 mm. - Machine à rayons X selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que - le moteur creux utilisé est un moteur à courant continu sans contact. 6 - Machine à rayons X selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que - le moteur de type creux assure un déplacement du au moins un élément mobile selon un angle de compris entre 320 et 350 degrés autour d'une direction donnée. 7 - Machine à rayons X selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'elle comporte un frein. 8 - Machine à rayons X selon la revendication 7 caractérisé en ce que le frein est un frein à manque de courant.