Brevet FR2909539A1 — publié le 20080613

SYSTEME A CAPTEUR D'IMAGE DENTAIRE INTRA-ORAL A TRANSMISSION SANS FIL L'invention concerne les systèmes radiologiques dentaires utilisant un capteur d'image intra-oral, c'est-à-dire placé dans la bouche d'un patient, une source de rayons X étant placée à l'extérieur de la joue du patient pour émettre des rayons X dans la direction du capteur. De manière habituelle, pour transmettre à un système de réception les informations d'image issues du capteur placé à l'intérieur de la bouche, on utilise une connexion filaire qui sert également à la commande du capteur et à son alimentation en énergie. L'inconvénient d'une connexion filaire est qu'elle est fragile (risque d'arrachage), gênante pour le patient si on tire accidentellement sur le fil, encombrante dans l'installation générale. De plus, en environnement médical, les contraintes d'isolation électrique entre le patient et les alimentations électriques environnantes sont élevées et il est peu conforme à ces contraintes de connecter un appareil (micro-ordinateur) alimenté par le réseau de puissance à un module qui est dans la bouche du patient. On a donc cherché à réaliser des connexions sans fil à la fois pour amener l'énergie et pour passer les informations en provenance du capteur ou vers le capteur. L'alimentation en énergie sans fil (typiquement : par transmission inductive) étant peu commode, on préfère en général utiliser une pile de petite dimension dans le capteur placé dans la bouche. Par ailleurs, les informations d'image issues du capteur doivent être émises à débit élevé (de l'ordre de 20 Mégabits par seconde) et c'est pourquoi on s'oriente vers des transmissions par radiofréquence, de préférence dans les bandes de fréquence libres, qui sont en pratique celles qui servent à la communication informatique sans fil en réseau local (fréquences attribuées aux réseaux WLAN : 2,45 GHz par exemple). Ces fréquences peuvent passer sans difficulté de l'intérieur de la bouche vers l'extérieur sans être trop absorbées par les parois de la joue, de sorte qu'une transmission sans fil est possible. Toutefois, la difficulté vient de ce que cette transmission radio risque alors d'être fortement perturbée par la présence d'autres émetteurs 2909539 2 radio de plus en plus fréquemment utilisés dans les environnements informatiques ; des périphériques et cartes d'ordinateur de type "WiFi" ou "bluetooth" peuvent en particulier perturber fortement la transmission des données d'image du capteur vers le système d'exploitation de l'image. 5 On peut pallier cette difficulté en émettant les messages de manière redondante, pour assurer une transmission complète et sûre de toute l'image, mais cela consomme du temps, alors que les informations à transmettre sont déjà en quantité importante (typiquement : plusieurs dizaines de mégabits par image). 10 On peut également utiliser un émetteur "intelligent" qui examine quelles sont les fréquences non utilisées localement dans l'environnement et qui adapte sa propre fréquence et/ou son propre débit en fonction de cet environnement. Un tel émetteur comprend nécessairement aussi un récepteur. L'électronique complexe de réception, d'analyse et de traitement 15 intelligent qui en résulte rend très difficile la mise en place de l'ensemble dans la bouche du patient. L'encombrement, la consommation de puissance, sont prohibitives. On est alors obligé de diviser le système en un capteur situé à l'intérieur de la bouche, un fil de liaison qui part du capteur et qui sort à l'extérieur de la bouche, un émetteur-récepteur dans une poche du 20 patient, et une liaison radiofréquence intelligente entre cet émetteur-récepteur extra-oral et le système d'exploitation (micro-ordinateur) qui doit recueillir les images. Une telle installation est complexe et gênante pour le patient. On a par ailleurs décrit, dans la demande de brevet FR 2 883 719 25 un capteur intra oral dentaire qui fournit des informations au système d'exploitation (un ordinateur personnel par exemple) par voie optique sans fil, sous forme d'une modulation de la lumière émise par une source ; le capteur comporte une source de lumière placée sur le capteur, donc dans la bouche, et une fibre optique reliée à l'intérieur de la bouche à cette source pour en 30 recevoir de la lumière modulée par le capteur ; la fibre sort de la bouche et possède une extrémité libre par laquelle elle émet de la lumière ; la lumière est reçue par un récepteur relié au système d'exploitation ; l'extrémité libre de la fibre est pourvue d'un diffuseur de lumière (une petite boule de matière translucide) qui permet une émission de lumière à peu près omnidirectionnelle. 2909539 3 Toutefois, le rendement de la transmission de lumière vers le récepteur n'est pas optimal. Par conséquent, le problème posé est ici de transmettre des informations avec une bonne efficacité depuis le capteur intraoral, sans fil 5 allant du capteur au système de réception, en minimisant l'encombrement tant à l'intérieur qu'à l'extérieur de la bouche du patient, et en minimisant les difficultés dues à l'utilisation d'émetteurs multiples dans l'environnement. Selon l'invention, on propose de transmettre les informations depuis le capteur intra-oral jusqu'au système de réception par voie 10 d'émission radio mais à une fréquence beaucoup plus élevée que ce qui a été proposé dans le passé. La fréquence proposée ici est aux environs de 24 GHz ; une telle fréquence est inattendue dans ce contexte du fait qu'elle ne peut pas traverser les joues du patient, mais elle a l'avantage considérable de pouvoir être mise en oeuvre à l'aide d'une circuiterie électronique de très 15 petite taille. On utilise alors un câble électrique court qui sort de la bouche du patient, qui possède un émetteur radio à cette fréquence à son extrémité, et qui est relié au capteur intra-oral. Le câble électrique apporte sous forme électrique (transmission filaire) la modulation d'information produite par le capteur. L'émetteur peut être de très petite taille en raison de la haute 20 fréquence utilisée, et les risques de perturbation par d'autres systèmes présents dans l'environnement sont négligeables car la plupart des autres systèmes utilisent d'autres plages de fréquences et la portée des systèmes qui utiliseraient une fréquence autour de 24 GHz ne dépasse en général pas quelques mètres. L'encombrement du capteur intra-oral proprement dit n'est 25 pas affecté par l'émetteur puisque celui-ci est en dehors de la bouche. L'encombrement global du capteur avec son émetteur est très faible du fait de la petite taille de l'émetteur. Enfin, l'émission à ces fréquences peut se faire avec une large bande (supérieure à 10 mégabits par seconde, ce qui est bien pour une transmission d'image) et elle ne perturbera pas d'autres 30 appareils dans l'environnement en raison de la faible portée de ces fréquences qui sont facilement absorbées par la vapeur d'eau présente dans l'air. Par conséquent, l'invention propose un système de radiologie dentaire par voie intraorale comportant un capteur d'image radiologique apte 35 à être inséré dans la bouche du patient, le capteur comportant une matrice 2909539 4 de détection d'image fournissant des signaux électroniques représentant une image radiologique, un câble électrique ayant une première extrémité reliée au capteur d'image radiologique et une deuxième extrémité sortant de la bouche lorsque le capteur d'image est placé dans la bouche, la deuxième 5 extrémité portant un émetteur radiofréquence émettant à une fréquence d'environ 24 GHz, l'émetteur étant modulé numériquement en fonction d'informations électriques provenant du capteur, et un récepteur radiofréquence placé à distance du patient, apte à détecter une modulation de signal émis par l'émetteur, et apte à transmettre un signal correspondant 10 à cette modulation à un dispositif de traitement d'image. Ainsi, en fonctionnement, l'émetteur radiofréquence n'est pas situé dans la bouche mais hors de la bouche. Et c'est sous forme électrique que la modulation est transmise de la matrice de détection placée dans la bouche à l'émetteur placé hors de la bouche. On contourne ainsi la difficulté, voire 15 l'impossibilité, de transmission radio à 24 GHz à travers la bouche fermée. Par ailleurs, on propose selon l'invention que la source d'alimentation électrique autonome du capteur intra oral (pile ou batterie) soit placée non pas à l'intérieur de la bouche mais à l'extérieur, le câble électrique servant à transmettre une énergie d'alimentation de la source 20 extérieure à la bouche vers le capteur intérieur à la bouche. Cela permet notamment de réduire l'encombrement et le poids du capteur intra oral, et cela permet d'utiliser une batterie rechargeable plutôt qu'une pile. La batterie rechargeable est avantageuse par rapport à une pile car une pile aurait souvent besoin d'être changée ; la batterie rechargeable a l'inconvénient 25 d'être plus encombrante, mais on est beaucoup moins gêné par l'encombrement dès lors qu'elle est placée hors de la bouche ; la liaison électrique par le câble permet de disposer la batterie à l'extérieur de la bouche, le câble servant alors non seulement à transmettre l'information d'image de la matrice de détection vers l'émetteur radiofréquence mais aussi 30 à transmettre vers la matrice de détection l'énergie nécessaire à son fonctionnement. L'émetteur radio est bien entendu aussi alimenté par cette même batterie. On prévoit de préférence qu'à l'extrémité du câble on dispose non seulement l'émetteur radiofréquence, mais aussi un récepteur, ou un 35 émetteur-récepteur. Ainsi, on peut effectuer une transmission bidirectionnelle 2909539 5 aux environs de 24 GHz. Ceci a un intérêt notamment pour transmettre des instructions depuis le système jusqu'au capteur intra oral (par exemple des instructions de transmission d'une image ou de répétition d'une transmission, ou un accusé de réception de transmission, ou encore un top de 5 synchronisation pour synchroniser l'enregistrement d'une image avec l'émission d'un flash de rayons X par le système). L'invention concerne non seulement le système ainsi défini, mais aussi le capteur intra-oral lui-même comportant une matrice de détection d'image radiologique à insérer dans la bouche, attachée à un câble 10 électrique court destiné à sortir de la bouche lorsque la matrice est dans la bouche, le câble portant à son extrémité un émetteur radiofréquence modulable numériquement par des informations électriques venant de la matrice et transmises par le câble électrique, l'émetteur travaillant à une fréquence d'émission d'environ 24 GHz. 15 Par câble électrique court, on entend un câble de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres de long (en pratique : environ 5 cm à environ 20 cm). Par "fréquence d'environ 24 GHz", on entend une fréquence de porteuse comprise entre 20 et 30 GHz, de préférence entre 24 et 24,25 GHz. 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un système de radiologie dentaire selon 25 l'invention ; - la figure 2 représente une vue en coupe d'une réalisation pratique du capteur d'image ; - la figure 3 représente une vue de dessus du capteur ; - la figure 4 représente un schéma électrique d'un exemple 3o d'émetteur-récepteur présent à l'extrémité extérieure du câble ; - les figures 5 et 6 représentent deux possibilités de réalisation d'un émetteur en bout de câble. La figure 1 représente sous forme schématique le système de 35 radiologie dentaire selon l'invention : il comporte une source de rayons X 10 2909539 6 capable d'émettre un flash de rayons X vers la partie de mâchoire à examiner, un capteur d'image radiologique 20 placé dans la bouche du patient et représenté en pointillés, un récepteur radiofréquence 30 (pourvu d'une antenne AT1) placé à l'extérieur de la bouche du patient mais non relié 5 par fil au capteur, et un système d'exploitation du signal reçu par le récepteur. Ce système d'exploitation 40 peut être un système d'affichage et/ou de traitement d'image, le traitement d'image étant pris au sens large et pouvant inclure par exemple la réception et la démodulation des signaux lumineux numériques détectés par le récepteur, pour en extraire une 10 information d'image qu'ils transportent, et pour transformer les signaux démodulés en une image électronique. Cette image est destinée à être stockée dans une mémoire du système ou affichée sur un écran de visualisation non représenté. Le coeur du capteur d'image radiologique est une matrice de 15 détection d'image radiologique qui comporte classiquement une couche scintillatrice, sensible aux rayons X et convertissant l'image X reçue en une image lumineuse, et une matrice de détection d'image lumineuse placée derrière la couche scintillatrice. La matrice de détection d'image radiologique fournit des signaux électroniques numériques (ou analogiques mais convertis 20 ensuite en numérique) représentant l'image radiologique captée au moment du flash de rayons X. La matrice du capteur d'image 20 est reliée électriquement par un câble 22 à un émetteur radiofréquence ER, fonctionnant à une fréquence porteuse d'émission qui est de préférence choisie dans la bande de 24 GHz 25 à 24,25 GHz. Le câble 22 transmet à cet émetteur une modulation électrique correspondant aux signaux électroniques numériques issus de la matrice et représentant l'image radiologique. Le récepteur radiofréquence 30 recueille les signaux envoyés par l'émetteur ER. Les signaux radiofréquence sont démodulés par le récepteur 30 30 ou par le système d'exploitation 40. Le récepteur peut être placé assez près du patient, par exemple à quelques dizaines de centimètres ou moins. En effet, il peut être porté par une partie du système qui porte également la source à rayons X. Or on sait que la source à rayons X est placée en général sur un bras articulé qui lui 2909539 7 permet de s'approcher à quelques centimètre de la joue. Le récepteur peut être porté par le même bras articulé. Sur la figure 2 on voit le détail d'un capteur intra oral selon l'invention. 5 Le capteur comporte un circuit imprimé 50 portant sur une face une puce de circuit-intégré 52 sur une face de laquelle est formé le capteur d'image radiologique proprement dit, à savoir une matrice de détection d'image lumineuse recouverte d'un scintillateur réagissant aux rayons X. La matrice établit des signaux électroniques représentant les niveaux lumineux 10 des points d'image ; la puce 52, de quelques centimètres de côté, comporte les circuits de conversion analogique-numérique permettant de convertir l'image électronique en signaux numériques représentant chaque point d'image. Le câble électrique 22 envoie ces signaux à l'émetteur 15 radiofréquence ER. La longueur du câble peut aller de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres. Une valeur d'environ trois cm à vingt centimètres est préférée pour la partie de câble qui sort de la bouche lorsque le capteur est en place. Le circuit imprimé 52 peut comporter d'autres éléments de 20 circuiterie tels que le composant 55 représenté sur la figure 2. L'ensemble du circuit imprimé 50 et de ses composants, avec la puce de circuit intégré 52 et la première extrémité du câble électrique 22, est logé dans un boîtier étanche 62 d'où sort le câble. Le boîtier peut éventuellement contenir une pile ou une batterie permettant l'alimentation 25 électrique autonome du circuit imprimé et des composants qu'il porte. Toutefois, on préfère selon l'invention que la batterie qui alimente le capteur intra-oral soit placée à l'extérieur de la bouche, par exemple dans un boîtier 80 contenant à la fois une batterie 64 et l'émetteur ER. Cela diminue l'encombrement (notamment l'épaisseur) et le poids du capteur intraoral et 30 cela permet d'utiliser une batterie rechargeable plutôt qu'une pile non rechargeable. La batterie alimente à la fois le capteur (circuit intégré 52, autres composants 55, etc.) et l'émetteur ER. Le câble 22 comporte alors non seulement les fils électriques nécessaires à la transmission de signaux de modulation vers l'émetteur ER 35 mais aussi les fils nécessaires à l'alimentation du capteur. Le boîtier de la 2909539 8 batterie peut, si cette dernière est rechargeable, comporter des électrodes 82 permettant la connexion à un chargeur externe. La batterie pourrait aussi être rechargée sans contact par une méthode inductive, une bobine et un circuit de redressement étant alors prévus à l'intérieur du boîtier et la 5 recharge s'effectuant à partir d'un chargeur à transmission inductive. Dans un exemple de réalisation, les dimensions du boîtier 62 du capteur sont les suivantes : L= environ 35 mm, 1= environ 25mm, H=environ 10mm. La figure 3 représente le capteur en vue de dessus. Optionnellement, on peut prévoir que le système radiologique 10 comporte aussi des moyens de communication radiofréquence dans le sens inverse, à savoir depuis le système d'exploitation vers le capteur placé dans la bouche. A titre d'exemple les impulsions de retour (du système vers le capteur) peuvent servir à envoyer une information de déclenchement d'un 15 flash X, ou bien à demander au capteur d'envoyer ou renvoyer une image ou une partie d'image, ou encore à paramétrer certaines fonctions du capteur (temps d'exposition, etc.). Le débit d'informations dans le sens de retour peut être beaucoup plus faible que dans le sens aller puisqu'il n'y a pas d'image à transmettre. 20 La figure 4 représente une constitution possible de l'émetteur ER dans le cas où cet émetteur joue à la fois le rôle de circuit d'émission de données numériques du capteur vers le système et de circuit de réception pour que le capteur reçoive des données du système. La partie émission, à gauche sur la figure 4, comprend une entrée 25 E qui est reliée à un conducteur du câble 22 ; les données numériques en provenance de la matrice de détection 52 arrivent sur l'entrée E par ce conducteur ; elles modulent une porteuse qui est ensuite émise par une antenne AT2. La partie réception, à droite, comporte une sortie S qui est reliée à un autre conducteur du câble 22. Les instructions en provenance du 30 système sont reçues par l'antenne AT2, sont démodulées, puis transmises par ce conducteur à la matrice de détection. Le circuit d'émission est ici de préférence un circuit à modulation de fréquence de type FSK (de l'anglais "frequency shift keying"). Ce type de circuit à l'avantage de consommer une faible puissance. Le circuit comporte 35 un amplificateur AMP1 bouclé par un résonateur QI accordé à la fréquence 2909539 9 de la porteuse souhaitée FI, de préférence une fréquence comprise entre 24 et 24,25 GHz. La fréquence d'oscillation du circuit, donc la fréquence d'émission sur l'antenne, peut être modifiée par une diode à capacité variable DCV dont la tension est modulée par le signal numérique présent sur l'entrée 5 E. Par exemple, un ensemble en série d'une résistance RI et de la diode DCV est placé entre l'entrée E et la masse ; le point milieu de cet ensemble est relié à l'entrée du circuit résonant comprenant l'amplificateur AMP et le résonateur QI. La sortie de l'amplificateur est appliquée à l'antenne AT2. Lors de l'émission de données numériques, le circuit émet une fréquence FI 10 ou une fréquence FI+dFI selon la valeur de la donnée numérique. Pour la réception, on prévoit de préférence que le système émet à partir de l'antenne AT1 des instructions modulées en amplitude, à une fréquence porteuse F2 qui est décalée par rapport à la fréquence FI du circuit d'émission. Le décalage est par exemple de 10,7 MHz. Le système 15 peut facilement faire ce décalage en fréquence, surtout si on prévoit que le circuit d'émission continue à émettre en permanence même lorsqu'il n'y a pas de données à transmettre du capteur au système. Les instructions sont reçues par l'antenne AT2 sous forme d'une modulation d'amplitude de la fréquence porteuse F2 ; la fréquence F2 20 modulée en amplitude est mélangée dans une diode schottky DS au signal émis en permanence par l'amplificateur AMP. La diode schottky DS est reliée à un filtre passe-bande FPB qui ne laisse passer que les signaux autour de la fréquence de battement F2-F1 ; la bande passante peut être de 1 MHz par exemple autour de 10,7 MHz. L'amplitude du signal filtré est démodulée par 25 un amplificateur AMP2 et un redresseur RD. La sortie du redresseur RD est appliquée à un comparateur à seuil CMP qui fournit sur sa sortie S des données numériques correspondant à la modulation de la fréquence porteuse F2. Ces données, qui sont en général des instructions, sont transmises au capteur par le câble 22. 30 L'antenne capable d'émettre ou de recevoir à une fréquence autour de 24 GHz est de préférence constituée par un simple bout de ligne de quelques millimètres de long déposé sur un circuit imprimé. Elle peut être aussi constituée par un circuit à fente (deux plans de masse encadrant une ligne, avec une fente en regard de la ligne dans un des plans). 2909539 10 La figure 5 représente un exemple de réalisation pratique du circuit d'émission de la figure 4. Le coeur de l'oscillateur qui produit la fréquence porteuse F1 est un transistor bipolaire NPN au silicium-germanium capable de fonctionner à cette fréquence ; ce pourrait être aussi un transistor 5 en arséniure de gallium. Ce transistor est polarisé par des résistances R2, R3, R4, R5 qui ne jouent pas de rôle particulier en haute fréquence. Des lignes de transmission haute fréquence L1 et L2 sont disposées respectivement en série entre l'émetteur du transistor et la masse, et entre la base du transistor et un courtcircuit radiofréquence CCRF. Une ligne 10 d'adaptation d'impédance L3 est disposée à proximité de l'antenne AT2 qui est reliée au collecteur du transistor. Ces lignes de transmission L1, L2, L3 jouent le rôle d'inductance pour engendrer l'oscillation du transistor à haute fréquence. Le résonateur Q1 est relié entre l'émetteur du transistor et la masse. Ce résonateur est ici un résonateur à cavité diélectrique, constitué 15 essentiellement par un bloc de matériau diélectrique (quartz par exemple) métallisé et mis à la masse, avec une prise de contact sur le diélectrique dans une ouverture de la métallisation de masse. La géométrie du diélectrique et des ouvertures définit la fréquence de résonance propre du résonateur. 20 La résistance R1 et la diode à capacité variable DCV sont montées sur l'entrée E comme à la figure 4. Le point milieu entre la diode et la résistance est relié, par l'intermédiaire d'une capacité C (court-circuit en haute fréquence), à l'émetteur du transistor. La figure 6 représente une autre configuration de circuit 25 d'émission. L'entrée E est encore reliée à un ensemble en série d'une résistance R1 et d'une diode à capacité variable DCV. Le point de jonction est relié à l'entrée d'un amplificateur AMP1 dont la sortie alimente l'antenne AT2. Le résonateur QI est relié entre la sortie et l'entrée de l'amplificateur. Ce résonateur est, dans cet exemple, un cylindre de céramique CY disposé 30 entre deux lignes de transmission L4 et L5. Le couplage ne se fait qu'autour de la fréquence de résonance. Une résistance d'adaptation d'impédance R6 est reliée entre la ligne L4 et la masse. Ces configurations de circuit d'émission ne sont données qu'à titre d'exemples de circuits pouvant être réalisés avec un très faible 35 encombrement : un circuit imprimé de moins d'un centimètre de côté suffit à 2909539 11 loger tous les éléments, y compris l'antenne. Il est donc très facile de placer le circuit avec la batterie d'alimentation dans un boîtier 80 (figures 2 et 3) de quelques centimètres de longueur. 5 REVENDICATIONS 1. Système de radiologie dentaire par voie intraorale comportant : - un capteur d'image radiologique apte à être inséré dans la bouche du patient, le capteur comportant une matrice de détection d'image (52) fournissant des signaux électroniques représentant une image radiologique, - un câble électrique (22) ayant une première extrémité reliée au capteur d'image radiologique et une deuxième extrémité sortant de la bouche lorsque le capteur d'image est placé dans la bouche, la deuxième extrémité portant un émetteur radiofréquence (ER) émettant à une fréquence d'environ 24 GHz, l'émetteur étant modulé numériquement en fonction d'informations électriques provenant du capteur, et un récepteur radiofréquence (30) placé à distance du patient, apte à détecter une modulation de signal émis par l'émetteur, et apte à transmettre un signal correspondant à cette modulation à un dispositif de traitement d'image (40). 2. Système de radiologie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence porteuse est choisie dans la bande de 24 GHz à 24,25 GHz. 3. Système de radiologie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une source d'alimentation électrique autonome (64) du capteur intra oral est reliée au câble électrique (22), à l'extérieur de la bouche lorsque le capteur est dans la bouche, le câble électrique (22) servant également à transmettre une énergie d'alimentation depuis la source extérieure à la bouche jusqu'au capteur intérieur à la bouche. 4. Capteur d'image intraoral destiné à un système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une matrice de détection d'image radiologique (52) attachée à une première extrémité d'un câble électrique court (22) d'environ 5 à 20 cm dont une deuxième extrémité sort de la bouche d'un patient lorsque la matrice est placée dans la bouche, la deuxième extrémité portant un émetteur radiofréquence modulable numériquement en fonction d'informations électriques provenant de la 2909539 13 matrice de détection et transmises par le câble, cet émetteur émettant à une fréquence porteuse d'environ 24 GHz. 5. Capteur d'image intraoral selon la revendication 4, caractérisé 5 en ce que l'émetteur radiofréquence émet à une fréquence porteuse choisie dans la bande de 24GHz à 24,25 GHz.