Brevet FR2961629A1 — publié le 20111223

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine des dispositifs générateurs de rayons X, et plus particulièrement les tubes à rayons X. ETAT DE L'ART Les dispositifs générateurs de rayons X comprennent typiquement deux éléments : un tube à rayon X ainsi qu'un générateur haute tension. Les conceptions anciennes de dispositifs générateurs de rayons X comprennent un corps dans lequel sont disposés un tube à rayons X alimenté par un transformateur haute tension également disposé dans ledit corps, le corps étant rempli d'huile minérale afin d'assurer le refroidissement du tube à rayons X, et comprenant des éléments en plomb de manière à empêcher la diffusion des rayons X dans certaines directions. Ces dispositifs dans lesquelles le tube à rayons X et le générateur haute tension sont disposés dans un même corps sont définis par la norme IEC 60788 Ed.2 comme étant des dispositifs de type « monobloc », qui se distinguent notamment des dispositifs dans lesquels le tube à rayons X et le générateur haute tension sont disposés dans des boitiers distincts, reliés par un câble. Vis-à-vis de ce type de générateurs, les générateurs monoblocs présentent des avantages notamment en termes de coût et de fiabilité, du fait de l'absence de câble entre les éléments. Toutefois la durée de vie des dispositifs générateurs de rayons X n'est pas satisfaisante. Les différents éléments ont en effet des durées de vie dont les ordres de grandeurs diffèrent ; un générateur à haute tension a typiquement une durée de vie de l'ordre d'une dizaine d'années, tandis que les tubes à rayons X ont une durée de vie 1 inférieure à 10 ans. Or, les dispositifs monoblocs ont une structure complexe, ne permettant pas un remplacement simple du tube à rayons X ou du transformateur haute tension. La complexité des opérations pour effectuer un tel remplacement conduit généralement à remplacer tout le dispositif, dans la mesure où les opérations de remplacement ont un coût prohibitif et qu'il n'est alors pas intéressant de procéder à un tel remplacement. Des solutions visant à améliorer les dispositifs générateurs de rayons X ont été proposées, notamment en termes d'encombrement, de fabrication et de matériaux utilisés. Le document FR 2844176 au nom des demandeurs présente un dispositif générateur de rayons X avec tube à rayons X perfectionné, comprenant un circuit de refroidissement sous la forme d'un circuit d'air, et un dispositif d'isolation 1 5 électrique sous la forme d'un connecteur en céramique. Le connecteur en céramique tel que présenté dans ce document est scellé dans un tube par l'intermédiaire d'une rondelle métallique. Le connecteur, mécaniquement et électriquement femelle, reçoit un connecteur correspondant mécaniquement et électriquement mâle avec une gaine en 20 caoutchouc. La gaine du connecteur mâle enserre des brins de connexion et est engagée dans une bride en laiton. Cette bride en laiton est repoussée par un couvercle vissé sur le tube à rayons X en direction du connecteur femelle ; le couvercle vissé sur le tube comprend à cet effet un col rentrant qui prend appui sur la couronne. La couronne 25 pousse un ressort en appui sur la bride, qui présente typiquement un détrompeur prévu pour s'engager dans une cavité ménagée dans la couronne. Cette solution permet de s'affranchir de l'huile minérale et du plomb qui étaient auparavant utilisés dans les dispositifs générateurs de rayons X et posaient des problèmes en raison de leur caractère non-biodégradable, notamment lors du 30 recyclage en fin de vie des appareils. Le document FR 2845241 présente un dispositif d'émission de rayons X comprenant un corps dans lequel sont disposées une anode et une cathode, ledit corps réalisant une étanchéité au vide et comprenant une ouverture dans laquelle est disposé un connecteur haute tension qui obture ladite ouverture de manière étanche au vide. Ainsi, ce document propose de réaliser une isolation thermique par le vide dans le corps du dispositif d'émission de rayons X. Le tube à rayons X proposé par ce document est allégé considérablement, de l'ordre de 30 à 50% par rapport aux tubes à rayons X antérieurs. Ces solutions présentent donc des avantages en termes de matériaux utilisés et 10 d'encombrement, mais ne répondent pas à la problématique de remplacement des éléments. On cherche donc à développer un dispositif générateur de rayon X préservant ces avantages en termes de cout, d'encombrement et de matériaux utilisés, tout en permettant de remplacer des éléments individuellement lorsque ceux-ci sont en 15 panne. PRESENTATION DE L'INVENTION Selon un premier aspect, il est proposé un dispositif générateur de rayons X de type 20 monobloc, comprenant : - un transformateur haute tension, - un rotor, - un stator, - une anode tournante ou fixe , 25 - une cathode, ledit dispositif étant caractérisé en ce que : - le rotor, le stator, l'anode et la cathode sont disposés dans un premier module comprenant un premier circuit de refroidissement, - le transformateur haute tension est disposé dans un second module comprenant un 30 second circuit de refroidissement, lesdits premier et second circuits de refroidissement étant disjoints, le premier et le second modules comprenant l'un un connecteur mâle, l'autre un connecteur femelle complémentaire, ou inversement Selon une variante, lesdits premier et second modules sont liés par un connecteur haute tension de type céramique ou oxyde. Selon une autre variante, ledit second module comprend un isolant solide disposé dans ledit module de manière à isoler le transformateur haute tension, mais également à le refroidir. Cet isolant solide est typiquement réalisé en silicone ou époxy. Selon une autre variante, ledit premier circuit de refroidissement est un circuit de refroidissement à l'air. Selon un second aspect, il est également proposé un module comprenant un transformateur haute tension et un circuit de refroidissement, ledit module comprenant en outre un connecteur haute tension en céramique directement relié au 1 5 transformateur haute tension. PRESENTATION DES FIGURES 20 D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : La Figure 1 présente deux modules d'un dispositif générateur de rayons X 25 monobloc réparable. La figure 2 présente une vue assemblée des modules présentés sur la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE 30 Les figures 1 et 2 présentent un générateur de rayon X 1 monobloc dont le corps est composé de deux modules : un premier module 10 et un second module 20. Le premier module comprend un rotor 11, un stator 12, une anode 13 et une cathode 14 ; il correspond au tube à rayons X. Le premier module 10 comprend par ailleurs, un premier circuit de refroidissement 15 présentant une entrée d'air 40 et une sortie d'air 41. Le second module 20 comprend quant à lui un transformateur haute tension 21 et un second circuit de refroidissement 25. Tel que présenté sur les figures 1 et 2, le premier module 10 comprend un stator 12 10 disposé sur la périphérie dudit premier module 10 et définissant ainsi un espace interne, et un rotor 11 disposé dans ledit espace interne défini par le stator 12. Dans le mode de réalisation illustré, le rotor 11 est relié d'une part au transformateur haute tension 21, et d'autre part avec l'anode 13, qui est tournante par rapport au stator 12 et se présente sous la forme d'un disque solidaire du rotor 15 11, disposé dans le prolongement dudit rotor 11. L'anode 13 comprend typiquement un champ périphérique 16, revêtu d'une couche de métal susceptible d'émettre des rayons X. La cathode 14 est quant à elle fixe, reliée à la masse et disposée en regard du champ périphérique 16 de l'anode 13. 20 Un courant d'électrons est produit entre la cathode 14 et l'anode 13, qui va être freiné par les atomes de l'anode 13 et ainsi émettre un rayonnement X. Cette génération de rayons X entraine un dégagement de chaleur important, nécessitant de refroidir le tube à rayons X ainsi que le transformateur haute tension. Le mode de réalisation illustré dans lequel l'anode 13 est tournante permet de 25 dissiper la chaleur sur sa circonférence, et ainsi d'obtenir des intensités de rayons X importantes. D'autres modes de réalisation sont possibles, notamment des modes de réalisation dans lesquels l'anode 13 est fixe, de telles solutions étant notamment exploitées 30 pour certaines applications en imagerie médicale. Tel que présenté sur les figures 1 et 2, le premier circuit de refroidissement 15 est ici un circuit de refroidissement à air, et comprend une entrée d'air 40 et une sortie5 d'air 41 disposée sur la périphérie du premier module 10. La circulation d'air est alors optimisée de manière à refroidir en priorité le stator 12 et le connecteur haute tension 30. D'autres modes de réalisation sont possibles ; le circuit de refroidissement 15 du 5 premier module peut par exemple être un circuit de refroidissement ouvert ou fermé. Le circuit de refroidissement pourra être conçu de telle manière que la cathode 14 et l'enveloppe du tube 10 soient également refroidis en plus du stator 12. 10 Le second circuit de refroidissement 25 du second module 20 comprend typiquement un matériau d'isolation solide, par exemple du silicone ou de l'époxy entourant le transformateur haute tension 21. D'autres modes de réalisation sont possibles, notamment un circuit de refroidissement à l'air pour le second module 20, ou plus généralement un circuit 15 d'isolation liquide. L'isolation extérieure vis-à-vis du rayonnement X généré par le tube à rayons X est obtenue par l'épaisseur du premier module 10 qui est typiquement réalisé en acier, dont les parois présentent dans toutes les directions, hormis la direction souhaitée d'émission, une épaisseur suffisante pour bloquer efficacement tous les rayons X 20 émis. En agissant ainsi sur l'épaisseur du premier module 10, on évite l'utilisation de plomb qui, bien qu'efficace pour le blocage du rayonnement X, pose des problèmes environnementaux. 25 Le dispositif générateur de rayons X 1 tel qu'illustré présente donc les avantages en termes de réalisation et de matériaux utilisés par rapport aux dispositifs antérieurs utilisant de l'huile minérale et du plomb. Tel que représenté sur les figures, la connexion entre le premier module 10 et le 30 second module 20 est réalisée au moyen d'un connecteur haute tension 30 typiquement réalisé en céramique. D'autres modes de réalisations sont possibles, dans lesquels le connecteur haute tension 30 est réalisé dans un matériau isolant de type oxyde. Le connecteur haute tension 30 est scellé dans le premier module 10, et présente une forme mécaniquement femelle tronconique. Le second module 20 présente quant à lui un connecteur mâle 32 complémentaire, adaptée pour venir se loger dans la forme mécaniquement femelle tronconique du connecteur haute tension 30, de manière à réaliser une liaison mécanique entre les deux modules 10 et 20. Le générateur haute tension 21 est directement relié au connecteur mâle 32 du connecteur haute tension 30. D'autres formes peuvent être utilisées pour les connecteurs 30 et 32, par exemple 2 surfaces planes en regard, une en céramique et l'autre en caoutchouc. On réalise donc, en connectant les deux modules 10 et 20 comme illustré sur la figure 2, un générateur de rayons X monobloc 1. Le connecteur haute tension 30 permet de plus de réaliser une isolation électrique du tube à rayons X et du transformateur haute tension 21. Les premier et second circuits de refroidissement 15 et 25 sont disjoints l'un de l'autre, ce qui permet de séparer et d'assembler aisément le premier module 10 et le second module 20. Cet assemblage ou désassemblage est facilité du fait de l'utilisation du connecteur haute tension 30, permettant de réaliser une liaison entre les deux modules 10 et 20, tout en en assurant l'isolation. Ainsi, en cas de panne du transformateur haute tension 21 du second module 20 ou du tube à rayons X du premier module 10, il est possible de remplacer l'un des deux modules 10 ou 20 de manière à ne remplacer que l'élément défectueux, sans nécessairement remplacer l'ensemble du dispositif générateur de rayons X 1. Le coût du dispositif générateur de rayons X est réduit à plusieurs niveaux par rapport aux dispositifs conventionnels ; l'utilisation de pièces simples et de circuits de refroidissement n'utilisant pas d'huile permet de réduire les coûts de production, et la possibilité de remplacer indépendamment le premier module 10 ou le second module 20 réduit les coûts de maintenance et d'utilisation. Le dispositif générateur de rayons X réalisé conserve donc les avantages des dispositifs de générateurs de rayons X monoblocs, tout en présentant un aspect modulaire permettant de remplacer un élément défectueux du dispositif. Des exemples d'application de ce dispositif générateur de rayons X sont par exemple dans des dispositifs de radiographie, de mammographie, de radio fluoroscopie, et peuvent plus généralement être utilisés dans tout système d'imagerie à rayons X. 1 0 Bien que les figures 1 et 2 montrent un tube monopolaire (transformateur et anode à la haute-tension et cathode à la masse), la présente invention s'applique également à un tube bipolaire (anode et cathode à la haute-tension opposée). Dans ce cas, deux modules du type du second module 20 sont nécessaires, un premier reliant un transformateur à l'anode, le second reliant un transformateur à la 15 cathode. REVENDICATIONS1. Dispositif générateur de rayons X (1) de type monobloc, comprenant : - un transformateur haute tension (21), - un rotor (11), - un stator (12), - une anode (13) tournante ou fixe, - une cathode (14), ledit dispositif étant caractérisé en ce que : - le rotor (11), le stator (12), l'anode (13) et la cathode (14) sont disposés dans un premier module (10) comprenant un premier circuit de refroidissement (15), - le transformateur haute tension (21) est disposé dans un second module (20) comprenant un second circuit de refroidissement (25), lesdits premier (15) et second (25) circuits de refroidissement étant disjoints, le premier (10) et le second (20) modules comprenant l'un un connecteur mâle (32), l'autre un connecteur femelle (30) complémentaire. 2. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le connecteur (32) est de type céramique ou oxyde. 3. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit second circuit de refroidissement (25) comprend un matériau d'isolation solide. 25 4. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit matériau d'isolation solide comprend du silicone ou de l'époxy disposé dans ledit module de manière à isoler et à refroidir le transformateur haute tension (21). 5. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit 30 second module (20) comprend un circuit d'isolation liquide. 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier circuit de refroidissement (15) est un circuit de refroidissement à l'air.20 7. Module (20) comprenant un transformateur haute tension (21) et un circuit de refroidissement (25), ledit module (20) comprenant en outre un connecteur haute tension (32) directement relié au transformateur haute tension (21) et adapté pour coopérer avec un connecteur complémentaire (30) d'un premier module (10) comprenant un rotor (11), un stator (12), une anode (13), une cathode (14) et un premier circuit de refroidissement (15) disjoint du circuit de refroidissement (25) du module (20).