Brevet FR2983309A1 — publié le 20130531

Système de gamma-caméra à haute sensibilité et haute résolution spatiale La présente invention concerne un système de gamma-camera à haute sensibilité et haute résolution spatiale. Les techniques d'imagerie médicale prennent aujourd'hui une part essentielle dans le diagnostic médical. La médecine nucléaire fait partie de ces techniques d'imagerie médicale. Cette technique est utilisée afin d'observer les processus biologiques intervenant dans les différents organes d'un patient, permettant ainsi une meilleure compréhension des pathologies. Parmi les techniques d'imagerie nucléaire les plus utilisées figure la Tomographie à Emission Monophotonique (TEMP), ou SPECT (de l'anglais « Single Photon Emission Computed Tomography »). Cette technique permet d'observer des reconstructions en trois dimensions des organes lors de leur fonctionnement. Actuellement, la SPECT utilise essentiellement des caméras de type Anger, du nom de leur inventeur. Ces caméras permettent de visualiser et de surveiller des objets ayant été contaminés par des produits radioactifs. Elles peuvent en outre être utilisées pour l'imagerie des animaux de laboratoires. Ces caméras, plus généralement connues sous le nom de gamma-caméras, permettent d'obtenir une image en trois dimensions de la répartition de la source émettrice de rayonnement gamma à observer. Dans le brevet américain US 3 011 057, Anger décrit le principe de fonctionnement de telles caméras. Une gamma-caméra est généralement constituée d'un collimateur et d'un détecteur. De façon classique, le collimateur le plus utilisé est le collimateur à trous parallèles. Ce collimateur permet d'obtenir, à partir du foisonnement omnidirectionnel des rayons gamma émis par les différents points de la source à observer, des faisceaux de rayons gammas parallèles à une direction donnée. Pour ce faire, le collimateur présente une pluralité d'orifices de largeurs très réduites, et est généralement constitué par un matériau absorbant les rayons gamma, tel que le plomb. Ainsi, en sortie du collimateur, seuls les rayons gamma parallèles à la direction définie par les orifices du collimateur sont conservés. De façon classique, le collimateur présente une épaisseur de l'ordre de 20 à 50 mm et comporte quelques dizaines de milliers d'orifices présentant une largeur comprise entre 1.4 et 2 mm. Ce type de collimateur limite les performances des gamma-caméras actuelles. En effet, le détecteur présente une résolution de l'ordre de 3 mm. Avec le collimateur, la résolution n'est plus que de 7 à 8 mm sur la face d'entrée du collimateur, la sensibilité est alors diminuée d'un facteur 10-4. Les brevets français FR 2 673 728 et FR 2 778 467 résolvent en partie ce problème en utilisant d'une part, un collimateur à orifices plus larges que la résolution du détecteur, ce qui améliore la sensibilité, et d'autre part, des orifices plus longs, un déplacement plus complet de l'ensemble collimateur/détecteur et un algorithme de reconstruction dédié, qui permettent l'obtention d'une bonne résolution spatiale. Ainsi, le collimateur décrit dans les brevets français précités utilise des orifices plus larges que les orifices d'un collimateur classique. Cette configuration permet au détecteur de recevoir, pour chaque point de l'émetteur de rayonnement gamma, non pas le seul rayonnement émis selon une direction donnée mais l'ensemble des rayons gammas émis dans un angle solide sensiblement défini par la position de l'émetteur de rayonnement gamma et l'ouverture des orifices du collimateur et cela pour chaque position de la gamma-caméra. De cette manière, le nombre de photons recueillis est beaucoup plus élevé que dans le cas des collimateurs classiques, qui possèdent des orifices de section plus petite que la résolution du détecteur. Le système de gamma-caméra décrit dans les brevets français précités présente donc une résolution et une sensibilité bien meilleures que les systèmes de gamma- caméras classiques. Toutefois, la sensibilité du système gagnerait encore à être augmentée afin d'améliorer la qualité des images obtenues et permettre ainsi de meilleures possibilités de diagnostic pour les praticiens. Ainsi, le but de l'invention est de perfectionner le système de gamma-caméra décrit ci-dessus, et notamment d'améliorer la sensibilité du système. A cet effet, l'invention a pour objet un système de gamma-caméra à haute sensibilité comportant : - un collimateur présentant une face d'entrée disposée en regard de l'émetteur de rayonnement gamma ; - un détecteur présentant une face d'entrée disposée derrière le collimateur pour convertir les rayons gamma ayant traversé le collimateur en signaux électriques et indiquer les points d'impact des rayons gamma sur le détecteur ; - des moyens de déplacement par pas de déplacement successifs de la gamma- caméra dans un plan tangent à l'émetteur de rayonnement gamma ; - des moyens de traitement des signaux électriques pour reconstruire une image de l'émetteur de rayonnement gamma ; les moyens de traitement des signaux électriques comprenant des moyens de mémorisation des signaux électriques et des informations de localisation des points d'impact des rayons gamma sur le détecteur pour chaque position de la gamma-caméra et des moyens de traitement des informations ainsi mémorisées pour reconstituer une fonction de densité de rayonnement émis p(x,y,z) pour x,y,z correspondant à la position de l'émetteur de rayons gamma ; caractérisé en ce que le collimateur comprend au moins un orifice présentant une longueur, une largeur et une profondeur, la longueur étant sensiblement égale ou supérieure à la profondeur et en ce que le pas de déplacement est de l'ordre de grandeur de la résolution recherchée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, prises seules ou en combinaison : - le collimateur et le détecteur sont montés en translation selon un axe u par rapport à l'émetteur de rayonnement gamma ; - le collimateur et le détecteur sont montés rotatifs autour de l'émetteur de rayonnement gamma ; - le ou chaque orifice présente une section droite rectangulaire ; - le ou chaque orifice présente une section droite circulaire ou hexagonale ; - le collimateur présente une pluralité d'orifices de formes différentes ; - le détecteur comprend un scintillateur présentant une face d'entrée disposée derrière le collimateur ; - le système de gamma-caméra comprend une pluralité de photomultiplicateurs disposés derrière le scintillateur ; - le détecteur est un détecteur à semi-conducteur ; et - le système de gamma-caméra comprend des moyens d'affichage de l'image de l'émetteur de rayonnement gamma. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un schéma simplifié de l'ensemble du système de gamma- caméra à haute sensibilité de l'état de la technique ; la figure 2 représente un schéma simplifié d'un collimateur entrant dans la constitution d'une gamma-caméra selon l'invention. La figure 1 montre sous une forme simplifiée l'ensemble du système de gamma-caméra à haute sensibilité tel que décrit par exemple dans le brevet FR 2 673 728. Un traceur émetteur de rayonnement gamma est injecté dans un objet, par exemple un patient. L'objet ou le patient constitue ainsi un émetteur de rayonnement gamma, désigné par la référence générale 1 sur la figure 1. L'émetteur de rayonnement gamma 1 est par exemple disposé sur une table d'examen, désignée par la référence générale 2. En face de l'émetteur de rayonnement gamma 1 est disposée la gamma-caméra, désignée par la référence générale 3, composée successivement, de façon classique, d'un collimateur, désigné par la référence générale 4 et d'un détecteur désigné par la référence générale 5. Le détecteur 5 présente une plus grande dimension I. Ainsi, le détecteur 5 est, de façon classique, disposé derrière le collimateur 4. Le système de gamma-caméra peut présenter une pluralité de détecteurs 5 et de collimateurs 4. Le détecteur 5 est sensible à la position et à l'énergie des photons gamma. Le détecteur 5 convertit les rayons gamma ayant traversé le collimateur 4 en signaux électriques et donne une indication de localisation des points d'impact des rayons gamma sur le détecteur 5. Le détecteur 5 est constitué, de manière avantageuse, par un scintillateur désigné par la référence générale 6 et d'une pluralité de photomultiplicateurs désignés par la référence générale 7. Le scintillateur 6 est, par exemple, constitué d'un cristal d'iodure de sodium dopé au thallium (Nal(TI)). Le scintillateur 6 permet de convertir les rayons gamma reçus sur le détecteur 5 en photons. Les photomultiplicateurs 7 permettent de convertir les photons émis par le scintillateur 6 en signaux électriques. Le détecteur 5 transforme ainsi l'image latente gamma en une image visible. En variante, le détecteur 5 est un détecteur à semi-conducteur. Le détecteur à semi-conducteur est, par exemple, constitué de tellurure de cadmium (CdTe) ou de CdZnTe. La gamma-caméra 3 est déplaçable par pas successifs par rapport à l'émetteur de rayonnement gamma 1, par exemple à l'aide de moyens de déplacement désignés par la référence générale 8 sur la figure 1. A la sortie des photomultiplicateurs 7 ou du détecteur à semi-conducteur, on obtient une succession de signaux électriques représentatifs : des coordonnées des points d'impact des rayons gamma x, y, et (1) sur la face d'entrée du détecteur 5 ; de l'énergie de ces rayons gamma ; des positions relatives de la gamma-caméra 3 et de l'émetteur de rayonnement gamma 1 représenté par ses coordonnées x, y, et z. Ces signaux électriques sont transmis à des moyens de traitement des signaux électriques 9 qui commandent également le positionnement relatif de la gamma-caméra 3 et de l'émetteur de rayonnement gamma 1 par l'intermédiaire de moyens de commande désigné par la référence générale 10. De manière avantageuse, les moyens de traitement des signaux électriques 9 sont constitués par un matériel informatique. Les moyens de traitement des signaux électriques 9 permettent : de contrôler les déplacements du système durant l'acquisition ; d'enregistrer les données au cours de cette acquisition ; de traiter lesdites données pour reconstruire la répartition volumique des rayons gamma émis. Les moyens de traitement des signaux électriques 9 sont constitués par des moyens de mémorisation des signaux électriques et des informations de localisation des points d'impact des rayons gamma sur le détecteur 5 pour chaque position de la gamma- caméra 3. Sur la figure 1, ces moyens de mémorisation sont désignés par la référence générale 11. Les moyens de traitement des signaux électriques 9 sont en outre constitués par des moyens de traitement des informations mémorisées par les moyens de mémorisation 10 pour reconstituer une fonction de densité de rayonnement émis p(x, y, z) pour x, y, z correspondant à la position de l'émetteur de rayons gamma. Sur la figure 1, ces moyens de traitement des informations sont désignés par la référence générale 12. Ces moyens de traitement des informations 12 peuvent être couplés aux informations provenant d'un tomodensitomètre associé (non représenté). Comme décrit ci-dessus, la gamma-caméra 3 est déplaçable par pas successifs par rapport à l'émetteur de rayonnement gamma 1, par exemple à l'aide des moyens de déplacement 8. Le pas de déplacement est de l'ordre de grandeur de la résolution recherchée. Ainsi, le pas de déplacement est, par exemple, compris entre 0.2 et 3 mm, et vaut avantageusement 1 mm. Les moyens de déplacement 8 permettent de déplacer la gamma-caméra 3 en rotation ainsi qu'en translation par rapport à l'émetteur de rayonnement gamma 1. Enfin, des moyens d'affichage, désignés par la référence générale 13, permettent d'obtenir la répartition des rayons gamma émis sous la forme, par exemple, d'images de coupe. La figure 2 représente un schéma simplifié à deux dimensions du principe de détection en fonction de la position du détecteur par rapport à l'émetteur de rayons gamma 1. L'émetteur de rayonnement gamma 1 est situé face à la gamma-caméra 3, schématisée de manière simplifiée sur cette figure 2. La gamma-caméra 3 est constituée d'un collimateur 4 et d'un détecteur 5. Dans l'exemple de la figure 2, l'émetteur de rayonnement gamma 1 est représenté à deux dimensions. p(x, y) correspond à la fonction de densité de rayonnement émis à reconstruire. x et (1) correspondent à la position de la gamma-caméra 3. La gamma- caméra 3 peut être déplacée en translation d'une distance x selon l'axe u, ainsi qu'en rotation d'un angle O. x correspond à la position du centre du détecteur 5 sur l'axe u, et v correspond à la position du point d'impact du rayon gamma sur le détecteur 5. g(x, y, P) représente la densité de rayonnement détectée par le détecteur 5. Pendant l'acquisition, le repère (x ;y) est fixe par rapport à l'émetteur de rayonnement gamma 1, tandis que le repère (u ;w) est en rotation par rapport à l'émetteur de rayonnement gamma 1. Le collimateur 4 représenté sur la figure 2 présente un unique orifice 14. Il s'agit bien entendu d'un exemple non limitatif. En effet, le collimateur 4 peut présenter une pluralité d'orifices 14 de formes différentes. De manière avantageuse également, le ou chaque orifice du collimateur 4 présente une section droite rectangulaire. P représente la profondeur de l'orifice 14, L représente la longueur de l'orifice 14, et D correspond à la largeur de cet orifice 14, la longueur L étant la dimension de l'orifice 14 parallèle à la plus grande dimension I du détecteur 5. Selon l'invention, la longueur L de l'orifice est sensiblement égale ou supérieure à la profondeur P. La configuration classique d'un collimateur présente un ratio L/P sensiblement égal à 0.04, ce qui correspond à une sensibilité du système de l'ordre de 10-4 (la sensibilité du système étant proportionnelle au carré du ratio L/P). Selon l'invention, la longueur L de l'orifice 14 étant sensiblement égale ou supérieure à la profondeur P de l'orifice 14, le ratio L/P atteint une valeur sensiblement égale ou supérieure à 1, ce qui multiplie par au moins 25 la sensibilité du système. On comprend alors qu'avec un collimateur 4 présentant un orifice 14 dont la longueur L est sensiblement égale ou supérieure à la profondeur P, la sensibilité du système de gamma-caméra est grandement améliorée. La longueur L de l'orifice 14 est, par exemple, comprise entre 40 et 60 mm. Bien entendu, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. A la limite, dans le mode de réalisation où le détecteur est un détecteur à semi- conducteur, la longueur L de l'orifice 14 peut être fixée par la plus grande dimension I du détecteur à semi-conducteur. On comprend alors qu'avec un collimateur dont l'orifice est aussi long que profond, la sensibilité du système de gamma-caméra est augmentée, ce qui permet d'améliorer la qualité des images obtenues et permettre ainsi de meilleures possibilités de diagnostic pour les praticiens.10 REVENDICATIONS1.- Système de gamma-caméra (3) à haute sensibilité et haute résolution spatiale comportant : - un collimateur (4) présentant une face d'entrée disposée en regard de l'émetteur de rayonnement gamma (1) ; - un détecteur (5) présentant une face d'entrée disposée derrière le collimateur (4) pour convertir les rayons gamma ayant traversé le collimateur (4) en signaux électriques et indiquer les points d'impact des rayons gamma sur le détecteur (5) ; - des moyens de déplacement (8) par pas de déplacement successifs de la gamma-caméra (3) dans un plan tangent à l'émetteur de rayonnement gamma (1) ; - des moyens de traitement des signaux électriques (9) pour reconstruire une image de l'émetteur de rayonnement gamma (1), les moyens de traitement des signaux électriques (9) comprenant des moyens de mémorisation (11) des signaux électriques et des informations de localisation des points d'impact des rayons gamma sur le détecteur (5) pour chaque position de la gamma-caméra (3) et des moyens de traitement des informations (12) ainsi mémorisées pour reconstituer une fonction de densité de rayonnement émis p(x,y,z) pour x,y,z correspondant à la position de l'émetteur de rayons gamma (1) ; caractérisé en ce que le collimateur (4) comprend au moins un orifice (14) présentant une longueur (L), une largeur (D) et une profondeur (P), la longueur (L) étant sensiblement égale ou supérieure à la profondeur (P) et en ce que le pas de déplacement est de l'ordre de grandeur de la résolution recherchée . 2.- Système de gamma-caméra (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collimateur (4) et le détecteur (5) sont montés en translation selon un axe u par rapport à l'émetteur de rayonnement gamma (1). 3.- Système de gamma-caméra (3) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le collimateur (4) et le détecteur (5) sont montés rotatifs autour de l'émetteur de rayonnement gamma (1). 4.- Système de gamma-caméra (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque orifice (14) présente une section droite rectangulaire. 5.- Système de gamma-caméra (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque orifice (14) présente une section droite circulaire ou hexagonale. 6.- Système de gamma-caméra (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collimateur (4) présente une pluralité d'orifices (14) de formes différentes. 7.- Système de gamma-caméra (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur (5) comprend un scintillateur (6) présentant une face d'entrée disposée derrière le collimateur (4). 8.- Système de gamma-caméra (3) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de photomultiplicateurs (7) disposés derrière le scintillateur (6). 9.- Système de gamma-caméra (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le détecteur (5) est un détecteur à semi-conducteur. 10.- Système de gamma-caméra (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'affichage (13) de l'image de l'émetteur de rayonnement gamma (1).