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Minuterie photographique pour intensification d'image.
D'invention concerne les minuteries et, plus particu- lièrement, un dispositif pour minuter le fonctionnement d'une source de rayons )1 ou d'autres rayons pénétrants en fonction de la quantité d'énergie rayonnée qui a traversé un objet irradié. L'invention s'applique très avantageusement à l'appareil à rayons X qui comprend un intensificateur d'images de rayons X, comme celui représenté et décrit dans le brevet américain n 2.523.132.
Les examens aux rayons X, surtout dans le domaine mé- dical, se font de plus en plus à l'aide d'écrans fluorescents
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sur lesquels l'image de l'objet irradié se reproduit. Quoique cette pratique existe de longue date, on a toujours rencontré de grandes difficultés à cause de la très faible luminosité d'une image fluorescente, l'observateur étant obligé de rester d'abord pendant trente ou quarante minutes dans une chambre obscure pour adapter ses yeux au faible niveau de lumière avec lequel il devra travailler. Le brevet précité décrit un intensificateur d'image dont la face d'entrée est munie de l'écran fluorescent et la face de sortie porte un écran fluorescent aux électrons sur lequel se forme une image plus de cent fois plus lumineuse que celle produite sur l'écran fluorescent d'entrée.
Ce dispositif a pratiquement révolutionné la technique des rayons X et rendu les examens fluoroscopiques beaucoup plus utiles qu'ils ne l'avaient jamais été.
La grande intensification de la luminosité obtenue avec un intensificateur d'image de ce genre, est due au placement d'un écran photo-électrique près de l'écran fluorescent d'entrée, qui produit une image électronique double, en répartition d'espace, de l'image lumineuse formée par les rayons X sur l'écran fluo- rescent, et à l'accélération des électrons de cette image électro- nique de façon au'ils percutent l'écran fluorescent de sortie.
Sur ce dernier se forme donc une image lumineuse de luminosité grandement intensifiée qui peut être vue à travers un système optiaue lumineux ou qui peut être photographiée ou cinématographiée en vue de l'enregistrer.
Comme on le sait, la durée et l'intensité du faisceau de rayons X sont limités, en médecine, à dé faibles valeurs impraticables, à cause de l'effet nocif d'une exposition trop longue d'un patient aux rayons. L'emploi d'autres rayons pénétrants que les rayons X, par exemple des faisceaux de neutrons, commence à voir le jour aussi, mais les mêmes limitations contre le danger
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de surexposition doivent être appliquées. Il faut donc prévoir d'arrêter le faisceau de rayons après un temps déterminé d'expo- sition à ces rayons.
La présente invention est basée sur la découverte que cette interruption peut se faire automatiquement dans le cas d'appareils à intensificateurs d'images, puisque le nombre d'électrons émis par l'écran photo-électrique est directement proportionnel au nombre de roentgens de rayons X ou d'autres rayons pénétrants auxquels le patient a été exposé, à tout moment.
L'invention concerne donc un dispositif pour doser une radiation pénétrante produite par une source de rayons, comme un tube à rayons X, dans un appareil qui comprend un intensifica- teur d'images électroniaue auquel est appliquée l'image d'un objet exposé à cette radiation. Suivant l'invention, un circuit de commande répond au passage des électrons dans l'intensificateur d'images et peut commander la source de rayons, ou un appareil photographique, ou les deux, en fonction du passage des électrons.
Une forme d'exécution de l'invention est représentée, à. titre d'exemple, au dessin annexé dont la seule figure repré- sente schématiquement un système à rayons X comprenant un inten- sificateur d'images et équipé de commandes conformément à la pré- sente invention.
Comme le dessin le montre, une source de rayons péné- trants comme un tube à rayons X 1 de tout type convenable est disposée de façon à projeter un faisceau de rayons, à travers tout objet voulu, sur un écran d'entrée d'un intensificateur d'images 2 représenté, à titre d'exemple, de la forme générale décrite dans le brevet précité.
Cet intensificateur d'images 2 comprend un écran d'entrée 3 comprenant une couche de matière fluorescente, comme du sulfure de zinc, séparée, par un verre mince, d'un écran en matière émissive photo-électrique comme de l'antimoine en poudre au césium. L'autre extrémité du tube @
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2 comporte un écran de sortie 4 constitué par une mince couche d'une matière devenant fluorescente sous l'action des électrons, du sulfure de cadmium et de zinc par exemple. Le tube 2 est sous vide poussé et peut comporter, entre les écrans 3 et 4, un système de lentille électronique convenable. Une source de tension con- venable (non représentée), dont la borne négative est mise à la terre, applique une tension positive élevée à l'écran 4.
Les rayons émis par la source 1, à travers l'objet examiné, frappent l'écran fluorescent 3 et y produisent une image lumineuse qui produit, sur l'écran photo-électrique immédiate- ment adjacent, une image électronique qui lui correspond point par point sur toute la surface de l'écran.
L'écran de sortie positif 4 accélère les électrons com- posant cette image, ceux-ci étant focalisés par le système de lentille électronique de manière à produire, en frappant la couche de matière fluorescente sous les électrons, une image lumineuse qui est une réplique, très réduite en dimensions, de l'image lumineuse de l'écran 3.
Si on le désire, l'image lumineuse de l'écran 4 peut être observée à travers un système optico-lumineux voulu, de préférence un système agrandisseur, cette image se présentant alors à l'observateur comme l'image de l'écran d'entrée 3, sauf que sa luminosité est beaucoup plus grande. Cependant, pour cer- taines applications, on demande souvent un enregistrement photo- graphique de l'image lumineuse de l'écran 4 et cela peut se faire à l'aide d'une caméra convenablement actionnée 5 et pourvue, de préférence, d'un obturateur 6 commandé électriquement.
Quand la source de rayons 1 est excitée, un flot d'électrons va de la surface photo-électrique sur l'écran d'en- trée 3 à l'écran de sortie 4, établissant ainsi un courant allant à la terre à travers la source de!tension connectée à l'écran 4 et retournant à l'écran d'entrée 3 par une résistance et un conducteur 8.
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La source de rayons X est excitée par un transformateur 11 avec un enroulement primaire relié, par les contacts nor- malement ouverts d'un relais 12, à une source convenable 13 de tension alternative. L'enroulement d'excitation du relais 12 peut être relié à la source de tension 13 par les contacts norma- lement fermés d'un relais 14 et par un interrupteur à main 15.
La bobine d'excitation du relais 14 est connectée dans les cir- cuits des électrodes principales d'un tube à décharge en atmosphère gazeuse 16, pourvu d'une électrode de commande. Le relais 14 et le tube 16 sont shuntés par une résistance 17 qui est reliée à la borne positive de la source de tension continue 18 par les contacts normalement ouverts d'un relais 19. La borne négative de la source de tension 18 est mise à la terre. La bobine d'excitation du relais 19 est reliée aux bornes de la source de tension représentée par la ligne 13, par l'intermédiaire de l'interrupteur à main 15.
L'extrémité de la résistance 17 éloignée des contacts normalement ouverts du relais 19 est connectée par une résistance 21 à l'anode d'un tube électronique à commande par grille 22 représenté ici sous la forme d'une tétrode, et par une paire de résistances 23 et 24 à la terre. L'anode de la tétrode 22 est connectée par une résistance variable 25 à l'électrode de commande du tube 16. La grille de commande du tube 22 est reliée à l'extrémité non mise à la terre de la résistance 7.
Un condensateur 26 est connecté entre la grille de commande et la cathode du tube 16, et est shunté par une paire de contacts normalement fermés du relais 19. Quand on désire utiliser l'obtu- rateur automatique 6 sur la caméra 5, on peut le connecter en parallèle avec les bornes d'entrée du transformateur 11.
Le système décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. Quand l'interrupteur à main 15 est fermée le courant circule à travers celui-ci et les contacts normalement fermés
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du relais 14, de manière à alimenter le relais 12 par la source de courant 13. Le relais 12 alimente le transformateur 11, ce qui produit un faisceau de rayons X, émis par la source 1, qui irradie l'écran d'entrée 3 du tube intensificateur d'images 2, après avoir traversé l'objet examine. L'image lumineuse ainsi pro- duite sur l'écran 3 forme une image électronique correspondante, dont les électrons circulent dans le tube 2 et dans la résistance 7 et produisent une tension positive sur l'électrode de commande du tube 22 et, en même temps, une image lumineuse sur l'écran de sortie 4.
Il faut noter que les contacts normalement fermés du relais 19 court-circuitent le condensateur 26, aussi longtemps que le relais 19 n'est pas excité. Quand on a fermé l'interrupteur à main 15, comme décrit ci-dessus, le relais 19 excité décourt- circuite le condensateur 26 et ferme, en même temps, ses contacts nprmalement ouverts,ce oui relie l'extrémité inférieure de la résistance 17 à la borne positive de la source de tension 18.
A la fermeture de ces contacts normalement ouverts, une tension positive est appliquée à 1-'anode de la tétrode 22 et du courant circule dans ce tube, par la résistance 21 et par son chemin de dérivation comprenant la résistance 25 et le condensateur 26, vers la borne négative de la source 18, à travers la résistance 24. Ce courant, en traversant le condensateur 26, commence à le charger, mais sa capacité est suffisante pour que la grille de commande du tube 16 ne fasse pas passer immédiatement du courant entre les électrodes principales de ce dernier. En se fermant , les contacts normalement ouverts du relais 19 connectent aussi l'électrode supérieure du tube 16, par la bobine d'excitation du relais 14, aux bornes de la chute de tension provoquée par le courant dans la résistance 17.
Comme l'électrode de commande du tube 16 était initialement au potentiel de son électrode
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inférieure,ce tube n'était pas conducteur et aucun courant ne traversait la bobine d'excitation du relais 14. Au contraire, une tension suffisante est rapidement atteinte par le condensa- teur 26 pour provoquer une décharge d'arc dans le tube 16,à la suite de laquelle le relais 14 est excité et ouvre ses contacts fermés,, ce qui interrompt le passage du courant dans l'enroule- ment d'excitation du relais 12. Les contacts de ce dernier s'ou- vrent alors de manière à couper le courant de/la source 13 @ vers le tube à rayons X 1 et le mécanisme d'obturation 6.
Le faisceau de rayons X du tube 1 est donc interrompu après un laps de temps déterminé par le temps requis par le condensateur 26 pour se charger à une tension suffisante pour provoquer le pas- sage de courant dans le tube 16. La longueur de ce laps de temps peut être réglée à volonté à l'aide de la résistance variable 25.
La chute de tension dans la résistance 7 est propor- tionnelle à l'intensité du faisceau de rayons X qui frappe l'écran fluorescent d'entrée de l'intensificateur d'image 2, et cette chute de tension dans la résistance 7 détermine l'in- tensité du courant qui traverse la tétrode 22 et charge le condensateur 26. Plus le faisceau de rayons X de la source 1 est intense, plus intense est le-courant traversant la tétrode 22 et plus courte la durée de charge du condensateur 26 à un potentiel suffisant pour provoquer le passage du courant dans le tube 16 et l'interruption du faisceau de rayons X. Le faisceau est donc interrompu au moment où l'intégration dans le temps de son intensité atteint une valeur déterminée, variable d'ailleurs par réglage de la résistance variable 25.
Comme l'obturateur automatique 6 est mis aux bornes du circuit qui alimente le transformateur 11, il est évident que l'obturateur s'ouvre quand le transformateur amorce le @
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faisceau de rayons X, et qu'il se referme quand le faisceau de rayons X est interrompu. L'intégration dans le temps de l'exposition du film à la lumière, arrière l'obturateur 6, est donc aussi fixée à une valeur déterminée par la charge du condensateur 26. Quoique les contacts du relais 12 soient repré- sentés mis en série avec le transformateur 11 qui alimente le tube à rayons X, et avec l'obturateur 6, il est évident que ces contacts peuvent être connectés seulement dans l'un ou l'autre de ces circuits, suivant l'appareil correspondant à commander en fonction du dosage des rayons X.
Après l'exposition aux rayons X, terminée par l'ouver- ture des contacts du relais 14, le relais 12 ne peut pas être remis sous tension, si on n'ouvre pas l'interrupteur à main 15.
L'ouverture de ce dernier déconnecte la bobine d'excitation du relais 19 dont les contacts normalement ouverts se rouvrent de manière à interrompre le passage du courant continu de la source 18 dans les résistances 17, 23 et 24. Le tube à décharge en at- mosphère gazeuse 16 s'éteint à l'arrêt du passage du courant dans la résistance 17, permettant les contacts normalement fermés du relais 14 de fermerla bobine d'excitation du relais 12 pouvant ainsi être remise sous tension à la fermeture de l'interrupteur manuel 15. Au moment où le relais 19 est coupé, ses contacts normalement fermés se ferment et dissipent rapide- ment la charge du condensateur 26. Le système est ramené ainsi dans son état initial, avant le début du cycle d'opérations décrit.
Quoique l'invention ait été décrite dans son applica- tion à un dosage déterminé de rayons X, il est évident qu'elle peut être utilisée pour commander, en fonction d'une intégration dans le temps détenninée de radiations, tout type d'appareil pour lequel une telle régulation est souhaitable.
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Photographic timer for image intensification.
The invention relates to timers and more particularly to a device for timing the operation of a source of rays) 1 or other penetrating rays as a function of the amount of radiated energy which has passed through an irradiated object. The invention applies very advantageously to the X-ray apparatus which comprises an X-ray image intensifier, such as that shown and described in US Pat. No. 2,523,132.
X-ray examinations, especially in the medical field, are increasingly carried out using fluorescent screens.
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on which the image of the irradiated object is reproduced. Although this practice has existed for a long time, great difficulties have always been encountered because of the very low luminosity of a fluorescent image, the observer being obliged to stay first for thirty or forty minutes in a dark room to adapt his eyes at the low light level with which it will have to work. The aforementioned patent describes an image intensifier whose input face is provided with the fluorescent screen and the output face carries an electron fluorescent screen on which an image is formed more than one hundred times brighter than that produced on the screen. 'entrance fluorescent screen.
This device virtually revolutionized the x-ray technique and made fluoroscopic examinations much more useful than ever before.
The great intensification of the luminosity obtained with an image intensifier of this kind is due to the placement of a photoelectric screen near the input fluorescent screen, which produces a double electronic image, in space distribution. , of the bright image formed by the x-rays on the fluorescent screen, and of the acceleration of the electrons of this electronic image so that they strike the output fluorescent screen.
On the latter therefore forms a luminous image of greatly intensified luminosity which can be seen through an optical luminous system or which can be photographed or cinematographed with a view to recording it.
As is known, the duration and intensity of the X-ray beam are limited, in medicine, to low values impracticable, because of the harmful effect of too long exposure of a patient to the rays. The use of other penetrating rays than X-rays, for example neutron beams, is also beginning to emerge, but the same limitations against the danger
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overexposure should be applied. It is therefore necessary to provide for stopping the beam of rays after a determined time of exposure to these rays.
The present invention is based on the discovery that this interruption can be done automatically in the case of image intensifier devices, since the number of electrons emitted by the photoelectric screen is directly proportional to the number of roentgens of rays. X or other penetrating rays to which the patient has been exposed at any time.
The invention therefore relates to a device for measuring penetrating radiation produced by a source of rays, such as an X-ray tube, in an apparatus which comprises an electronic image intensifier to which the image of an exposed object is applied. to this radiation. According to the invention, a control circuit responds to the passage of electrons through the image intensifier and can control the ray source, or a camera, or both, depending on the passage of the electrons.
An embodiment of the invention is shown, at. by way of example, in the appended drawing, the only figure of which shows schematically an X-ray system comprising an image intensifier and equipped with controls in accordance with the present invention.
As the drawing shows, a penetrating ray source such as an x-ray tube 1 of any suitable type is arranged so as to project a beam of rays, through any desired object, onto an input screen of a. image intensifier 2 shown, by way of example, of the general form described in the aforementioned patent.
This image intensifier 2 comprises an input screen 3 comprising a layer of fluorescent material, such as zinc sulphide, separated, by a thin glass, from a screen of photoelectric emissive material such as powdered antimony. with cesium. The other end of the tube @
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2 comprises an output screen 4 formed by a thin layer of a material which becomes fluorescent under the action of electrons, cadmium and zinc sulphide for example. The tube 2 is under high vacuum and may include, between the screens 3 and 4, a suitable electronic lens system. A suitable voltage source (not shown), the negative terminal of which is grounded, applies a high positive voltage to the display 4.
The rays emitted by the source 1, through the examined object, strike the fluorescent screen 3 and there produce a luminous image which produces, on the immediately adjacent photoelectric screen, an electronic image which corresponds to it point by point. dot over the entire screen surface.
The positive output screen 4 accelerates the electrons composing this image, the latter being focused by the electronic lens system so as to produce, by striking the layer of fluorescent material under the electrons, a luminous image which is a replica , very small in size, of the bright screen image 3.
If desired, the light image of the screen 4 can be observed through a desired optical-light system, preferably an enlarger system, this image then appearing to the observer as the image of the screen of input 3, except that its brightness is much greater. However, for certain applications, a photo-graphic recording of the light image of the screen 4 is often required and this can be done with the aid of a suitably operated camera 5 and preferably provided with a. an electrically controlled shutter 6.
When the ray source 1 is excited, a stream of electrons goes from the photoelectric surface on the input screen 3 to the output screen 4, thus establishing a current to earth through the voltage source connected to screen 4 and returning to input screen 3 through a resistor and conductor 8.
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The X-ray source is excited by a transformer 11 with a primary winding connected, through the normally open contacts of a relay 12, to a suitable source 13 of alternating voltage. The energizing winding of the relay 12 can be connected to the voltage source 13 by the normally closed contacts of a relay 14 and by a hand switch 15.
The excitation coil of relay 14 is connected in the circuits of the main electrodes of a gas discharge tube 16, provided with a control electrode. The relay 14 and the tube 16 are shunted by a resistor 17 which is connected to the positive terminal of the DC voltage source 18 by the normally open contacts of a relay 19. The negative terminal of the voltage source 18 is set. Earth. The excitation coil of relay 19 is connected to the terminals of the voltage source represented by line 13, via the hand switch 15.
The end of resistor 17 remote from the normally open contacts of relay 19 is connected by a resistor 21 to the anode of a gate-driven electron tube 22 shown here as a tetrode, and by a pair of resistors 23 and 24 to earth. The anode of tetrode 22 is connected by a variable resistor 25 to the control electrode of tube 16. The control grid of tube 22 is connected to the ungrounded end of resistor 7.
A capacitor 26 is connected between the control grid and the cathode of tube 16, and is shunted by a pair of normally closed contacts of relay 19. When it is desired to use the automatic shutter 6 on the camera 5, it can be done. connect in parallel with the input terminals of the transformer 11.
The system described above operates as follows. When the hand switch 15 is closed, current flows through it and the normally closed contacts
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relay 14, so as to supply relay 12 by current source 13. Relay 12 supplies transformer 11, which produces an X-ray beam, emitted by source 1, which irradiates the input screen 3 of the image intensifier tube 2, after passing through the examined object. The light image thus produced on the screen 3 forms a corresponding electronic image, the electrons of which circulate in the tube 2 and in the resistor 7 and produce a positive voltage on the control electrode of the tube 22 and, at the same time. time, a bright image on the output screen 4.
Note that the normally closed contacts of relay 19 short-circuit capacitor 26, as long as relay 19 is not energized. When the hand switch 15 has been closed, as described above, the energized relay 19 disconnects the capacitor 26 and at the same time closes its mostly open contacts, this yes connects the lower end of the resistor 17 to the positive terminal of the voltage source 18.
On closing of these normally open contacts, a positive voltage is applied to the anode of the tetrode 22 and current flows through this tube, through resistor 21 and through its branch path comprising resistor 25 and capacitor 26, to the negative terminal of the source 18, through the resistor 24. This current, passing through the capacitor 26, begins to charge it, but its capacity is sufficient so that the control grid of the tube 16 does not immediately pass current between the main electrodes of the latter. When closing, the normally open contacts of relay 19 also connect the upper electrode of tube 16, through the excitation coil of relay 14, to the terminals of the voltage drop caused by the current in resistor 17.
Since the control electrode of tube 16 was initially at the potential of its electrode
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lower, this tube was not conductive and no current passed through the excitation coil of the relay 14. On the contrary, a sufficient voltage is quickly reached by the capacitor 26 to cause an arc discharge in the tube 16, following which the relay 14 is energized and opens its closed contacts, which interrupts the flow of current in the energizing winding of the relay 12. The contacts of the latter then open in such a manner. to cut off the current from / the source 13 @ to the x-ray tube 1 and the shutter mechanism 6.
The X-ray beam from tube 1 is therefore interrupted after a period of time determined by the time required by capacitor 26 to charge to a voltage sufficient to cause current to flow through tube 16. The length of this period time can be set as desired using the variable resistor 25.
The voltage drop across resistor 7 is proportional to the intensity of the x-ray beam hitting the input fluorescent screen of image intensifier 2, and this voltage drop across resistor 7 determines l The intensity of the current flowing through tetrode 22 and charges capacitor 26. The stronger the x-ray beam from source 1, the more intense the current flowing through tetrode 22 and the shorter the charging time of capacitor 26. at a potential sufficient to cause the current to flow through the tube 16 and the interruption of the X-ray beam. The beam is therefore interrupted at the moment when the integration in time of its intensity reaches a determined value, variable moreover by adjusting the variable resistor 25.
As the automatic shutter 6 is placed at the terminals of the circuit which supplies the transformer 11, it is obvious that the shutter opens when the transformer initiates the @
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X-ray beam, and that it closes when the X-ray beam is interrupted. The integration over time of the exposure of the film to light, behind the shutter 6, is therefore also fixed at a value determined by the charge of the capacitor 26. Although the contacts of the relay 12 are shown in series. with the transformer 11 which supplies the X-ray tube, and with the shutter 6, it is obvious that these contacts can be connected only in one or the other of these circuits, according to the corresponding apparatus to be controlled in function X-ray dosage.
After the exposure to X-rays, completed by the opening of the contacts of relay 14, relay 12 cannot be re-energized if the hand switch 15 is not opened.
The opening of the latter disconnects the excitation coil of the relay 19, the normally open contacts of which reopen so as to interrupt the passage of direct current from the source 18 to the resistors 17, 23 and 24. The discharge tube at - gaseous mosphere 16 goes out when the flow of current in resistor 17 stops, allowing the normally closed contacts of relay 14 to close the excitation coil of relay 12 which can thus be re-energized when the switch is closed manual 15. When relay 19 is cut, its normally closed contacts close and rapidly dissipate the charge on capacitor 26. The system is thus returned to its initial state, before the start of the cycle of operations described.
Although the invention has been described in its application to a determined dosage of X-rays, it is obvious that it can be used to control, as a function of a determined integration in time of radiations, any type of apparatus. for which such regulation is desirable.