EP0012065B1

EP0012065B1 - Détecteur de radiation d'un appareil de tomographie

Info

Publication number: EP0012065B1
Application number: EP79400892A
Authority: EP
Inventors: Michel Laval; Edmond Tournier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1978-11-28
Filing date: 1979-11-20
Publication date: 1984-04-18
Also published as: FR2443184A1; JPS649709B2; DE2966929D1; EP0012065A1; US4297576A; FR2443184B1; JPS5581474A

Description

La présente invention concerne un détecteur de radiation d'un appareil de tomographie qui comprend notamment une enceinte fermée par un couvercle, des électrodes de détection dans cette enceinte et des moyens d'interconnexion entre ces électrodes et des bornes conductrices extérieures à l'enceinte.
Ce détecteur s'applique plus particulièrement à un appareil de tomographie dans lequel il est nécessaire de prévoir un nombre important de connecteurs entre des électrodes contenues dans une enceinte fermée par un couvercle et des bornes conductrices extérieures à cette enceinte et dans lequel il est nécessaire d'éviter les courants de fuite entre ces connecteurs et les parties conductrices de l'enceinte et du couvercle.
On sait qu'un appareil de tomographie à rayons X comprend un détecteur constitué par des cellules de détection délimitées par des électrodes de mesure portées à un potentiel de polarisation et logées dans un boîtier dont une face reçoit les rayons X et dont le fond est fermé par un couvercle. Généralement, ce boîtier est rempli de gaz sous pression, tel que le xénon par exemple. Afin de pouvoir obtenir une image d'un organe observé grâce à l'appareil, il est nécessaire de connecter les cellules de détection à des voies électroniques de mesure des courants reçus par chaque électrode. Afin d'améliorer la résolution spatiale de l'appareil, il est nécessaire que le nombre de cellules de détection soit très important. Actuellement, ce nombre peut atteindre 500 et même 1000 cellules de détection. Le nombre des électrodes est bien entendu aussi important et dans un appareil présentant 500 à 1000 cellules de détection, 500 à 1000 connexions sont nécessaires pour relier l'appareil de tomographie aux différentes voies de mesure. Généralement, ces connexions sont réalisées par un câblage fil à fil, à la sortie du boîtier, et, afin d'isoler les différents fils du câblage et le boîtier, ces fils sortent du boîtier à travers des perles soudées ou collées sur ce boîtier. Le grand nombre d'électrodes nécessité par l'accroissement de la résolution spatiale rend difficile, voir même impossible, la disposition mécanique de 500 à 1000 perles de verre. Un exemple de réalisation d'un appareil de tomographie présentant un très grand nombre de cellules est donné dans la demande de brevet européen EP-A-10 474 avec priorité française du 13 octobre 1978 au nom du même demandeur. Ainsi qu'il apparaît dans cette demande de brevet, il est important d'éviter tout courant de fuite dans les isolants de l'appareil de tomographie. Dans l'interconnexion des cellules avec les voies de mesure, outre le problème posé par le grand nombre de conducteurs d'interconnexion de cellules avec des voies électroniques de mesure, un autre problème est posé par les courants de fuite qui apparaissent dans les traversées du boîtier et notamment lorsque des perles isolantes sont utilisées, tel que dans le brevet US-A-4 119 853. Ce brevet décrit un détecteur de radiation d'appareil de tomographie comportant une enceinte fermée par un couvercle démontable et des moyens d'interconnexion par des conducteurs entre les électrodes de détection contenues dans cette enceinte et l'extérieur, ces conducteurs se trouvant regroupés à l'intérieur de l'enceinte sous la forme d'un câble plat flexible, avant de déboucher à l'extérieur par l'intermédiaire de traverses isolantes montées dans le couvercle. Le câble plat flexible se compose de conducteurs noyés dans une nappe isolante insérée entre deux couches conductrices elles-mêmes insérées entre deux couches isolantes. Le détecteur décrit dans ce brevet ne permet pas, du fait des moyens de connexion qu'il utilise, d'éviter les courants de fuite qui apparaissent à la traversée de l'enceinte. Il ne permet pas non plus de relier un nombre important d'électrodes contenues dans l'enceinte, avec un grand nombre de bornes conductrices extérieures à cette enceinte, du fait de la présence des traverses isolantes encombrantes.
Des moyens de connexion qui pourraient éventuellement permettre de relier un grand nombre d'électrodes intérieures à une enceinte d'un appareil de tomographie, avec un grand nombre de bornes conductrices extérieures à l'enceinte, est décrit dans le brevet FR-A-1 399 458. Ce brevet décrit un dispositif d'interconnexion par des conducteurs entre des bornes conductrices intérieures à une enceinte fermée par un couvercle démontable et des bornes conductrices extérieures à cette enceinte, dans lequel les conducteurs passent entre l'enceinte et le couvercle, ces conducteurs étant noyés dans une nappe de matériau isolant qui les isole électriquement entre eux et par rapport à l'enceinte et son couvercle. Ce dispositif permet de relier un grand nombre de bornes conductrices intérieures à une enceinte avec un grand nombre de bornes extérieures à cette enceinte. Il n'est toutefois pas destiné à résoudre un problème de courants de fuites à la traversée de l'enceinte.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients du détecteur de radiation décrit plus haut et notamment de réaliser un détecteur de radiation pour un appareil de tomographie dans lequel il est nécessaire de prévoir un nombre important de conducteurs entre des électrodes contenues dans une enceinte fermée par un couvercle et des bornes conductrices extérieures à cette enceinte, tout en évitant les courants de fuite entre ces conducteurs et les parties conductrices de l'enceinte et du couvercle. Ces buts sont atteints en noyant les conducteurs dans une nappe isolante entourée de couches conductrices portées au même potentiel que celui auquel sont portés les conducteurs. Ces couches conductrices sont elles-mêmes noyées dans des couches isolantes. Le détecteur de l'invention permet aussi d'éviter l'utilisation de perles isolantes entre l'enceinte et son couvercle.
L'invention a pour objet un détecteur de radiation d'un appareil de tomographie, comprenant une enceinte fermée par un couvercle amovible, une pluralité d'électrodes de détection disposées dans ladite enceinte fermée, susceptibles de présenter des potentiels variables à mesurer, et des moyens pour interconnecter par des conducteurs lesdites électrodes de détection intérieures à ladite enceinte et des bornes conductrices extérieures à cette enceinte, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'interconnexion présentent la forme d'un ruban passant entre l'enceinte et le couvercle, ledit ruban comprenant lesdits conducteurs noyés dans une nappe de matériau isolant qui les isole électriquement entre eux et par rapport à l'enceinte et son couvercle, ladite nappe de matériau isolant étant insérée entre deux couches conductrices, elles-mêmes insérées entre deux couches isolantes situées respectivement en regard de l'enceinte et du couvercle, lesdites électrodes étant destinées à être portées par l'intermédiaire desdits conducteurs à un potentiel de polarisation déterminé, et lesdites couches conductrices étant destinées à être portées au même potentiel de polarisation que lesdits conducteurs, afin d'éviter l'apparition de courants de fuite dans l'isolant entourant ces conducteurs.
Selon une autre caractéristique, ladite nappe isolante recouvre le pourtour de l'interface entre l'enceinte et le couvercle.
Selon une autre caractéristique, deux joints toriques d'étanchéité sont respectivement disposés en regard de l'une et l'autre faces de ladite nappe isolante.
Selon une autre caractéristique, les conducteurs sont subdivisés en un premier et un second groupes insérés chacun séparément entre deux couches conductrices, les conducteurs desdits premier et second groupes étant destinés à être respectivement portés à un premier et à un second potentiels de polarisation et lesdites couches conductrices étant destinées à être respectivement portées au même potentiel de polarisation que celui du groupe de conducteurs correspondant.
Enfin, selon une autre caractéristique, lesdites bornes conductrices extérieures à l'enceinte sont constituées par les bornes des voies de mesure de l'appareil de tomographie à rayons. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels:

- la fig. 1 représente un détecteur de radiation muni d'un dispositif d'interconnexion conforme à l'invention, permettant l'interconnexion des cellules de détection et des voies de mesure dans un appareil de tomographie à rayons X;
- la fig. 2 est une vue en coupe transversale du dispositif d'interconnexion conforme à l'invention;
- la fig. 3 est une vue schématique représentant le schéma électrique d'ensemble du dispositif d'interconnexion conforme à l'invention et de l'appareil de tomographie à rayons X;
- la fig. 4 est une coupe schématique de l'appareil de tomographie de la fig. 3, selon un plan IV-IV perpendiculaire au plan de la fig. 3 faisant apparaître le dispositif d'interconnexion selon l'invention. Seule la partie supérieure de l'appareil de tomographie a été représentée sur cette coupe.

Les mêmes éléments portent les mêmes références sur ces différentes figures.
En référence à la fig. 1, on a représenté un détecteur de radiation d'un appareil de tomographie muni d'un dispositif 1 d'interconnexion conforme à l'invention. Ce dispositif permet l'interconnexion des cellules de détection 2 d'un appareil 3 de tomographie à rayons X, avec des voies de mesure non représentées sur cette figure. Ces voies permettent de visualiser l'image d'un organe, à partir de signaux reçus des cellules de détection, lorsque celles-ci sont soumises à un rayonnement X représenté en R et ayant traversé l'organe à radiographier. Les cellules de détection de l'appareil de tomographie 3 sont logées dans un boîtier 4, dont une face non représentée reçoit les rayons X et dont le fond 5 est fermé par un couvercle 6. Ces cellules de détection comprennent des électrodes de mesure 7 qui peuvent être du même type que celles qui sont décrites dans la demande de brevet européen n° 10 474 précitée. Le dispositif 1 d'interconnexion a la forme d'un ruban qui traverse le boîtier à l'interface 8 qui sépare le boîtier de son couvercle. Ce dispositif _'d'interconnexion comprend des conducteurs 9 qui seront décrits plus loin en détail;-ces conducteurs 9 sont isolés les uns des autres et sont isolés du boîtier, notamment par une nappe isolante 10 dans laquelle ils peuvent être noyés; cette nappe isolante 10 est recouverte sur chacune de ses faces respectivement par des couches conductrices 11, 12, elles-mêmes recouvertes de couches isolantes 13, 14. Comme on le verra plus loin en détail, ces couches conductrices sont portées au potentiel de polarisation des électrodes, afin d'éviter l'apparition des courants de fuite dans l'isolant qui entoure ces conducteurs. Ces couches conductrices agissent de la même manière qu'un anneau de garde entourant un conducteur filiforme et qui serait porté au même potentiel que ce conducteur. Selon un mode de réalisation particulier et afin d'assurer une étanchéité parfaite entre le couvercle et le boîtier, au niveau de l'interface entre ce couvercle et ce boîtier, le dispositif d'interconnexion 1 peut avoir la forme représentée sur la figure, de manière à coopérer avec des joints toriques 15, 16 destinés à assurer une étanchéité parfaite entre le couvercle et le boîtier. Il est bien évident que les portions latérales 33 du dispositif d'interconnexion ne comportent au niveau du boîtier que les couches et nappes isolantes ainsi, éventuellement, que les couches conductrices. Les conducteurs sont reliés aux électrodes 7 de la manière représentée en 32.
En référence à la fig. 2, on a représenté en coupe transversale le dispositif d'interconnexion conforme à l'invention. Comme on l'a déjà indiqué dans la description relative à la fig. 1, ce dispositif comprend des conducteurs 9 qui sont isolés les uns des autres et qui sont isolés du boîtier de l'appareil de tomographie, grâce à une structure qui comprend une nappe isolante 10 renfermant ces conducteurs; cette nappe isolante est recouverte sur chacune de ses faces respectivement, par des couches conductrices 11, 12 elles-mêmes recouvertes de couches isolantes 13, 14. Les conducteurs 9 sont de préférence des rubans parallèles réalisés en cuivre par gravure d'une couche continue par exemple; les couches conductrices 11, 12 peuvent également être des couches de cuivre déposées sur les faces de la nappe 10. Cette nappe 10 peut être constituée de deux couches 18, 19; la couche 18 par exemple porte initialement la couche de cuivre dans laquelle sont gravées les bandes conductrices 9 qui réunissent chaque électrode à chaque voie électronique. Les couches conductrices 11, 12 sont portées au même potentiel de polarisation que celui des électrodes auxquelles les conducteurs 9 sont reliés. Ces couches conductrices 11, 12 jouent le rôle d'anneaux de garde entre les bandes conductrices et la masse conductrice du boîtier de l'appareil de tomographie. Les couches isolantes peuvent être réalisées en polytétrafluoréthylène, plus connu sous la dénomination commerciale de téflon, en polyamide («Kapton») ou en époxy armé de fibre de verre.
La fig. 3 permet de mieux comprendre l'interconnexion du dispositif conforme à l'invention, entre les cellules 2 de détection d'un appareil 3 de tomographie à rayons X et les voies de mesure 20 et 27 d'un ensemble électronique 21 permettant une visualisation de l'organe radiographié grâce à l'appareil 3 de tomographie. Cet appareil peut être de même type que celui qui est décrit dans la demande de brevet précitée. On suppose sur cette figure que l'appareil de tomographie est vu sur sa face arrière et que le rayonnement R est perpendiculaire au plan de la figure. Cet appareil de tomographie est de type multicellulaire et les cellules de détection comprennent une pluralité d'anodes 7 et de cathodes 22 disposées de manière alternée sur des barrettes isolantes représentées schématiquement en 23 et 24. Les baret- tes et les électrodes sont disposées dans le boîtier 4, fermé par le couvercle 6 tenu par des vis 30. L'étanchéité est assurée grâce aux joints toriques 15, 16 mentionnés plus haut. Sur cette figure, seul est visible le joint 15. Comme indiqué dans la demande de brevet européen EP-A-10 474 précitée, les barrettes isolantes peuvent être recouvertes sur leur face en regard des extrémités des électrodes qu'elles supportent, d'une couche conductrice. Ces barrettes seront mieux décrites plus loin. Les électrodes 7 sont par exemple portées à un potentiel de polarisation positif par rapport à un potentiel de référence M, grâce à une alimentation électrique 25, et constituent des anodes. De la même manière, les électrodes telles que 22 sont portées à un potentiel négatif de polarisation par rapport à un potentiel de référence M, grâce à une alimentation électrique 26, et constituent des cathodes. Les voies de mesure 27 sont reliées aux anodes 7 par les conducteurs 9 du dispositif d'interconnexion 1 conforme à l'invention. Comme indiqué plus haut, le dispositif d'interconnexion comprend, pour la partie supérieure de l'appareil représenté, des conducteurs 9 noyés par exemple dans la couche isolante 19 et recouverts par la couche isolante 18. On distingue également sur la figure, les couches conductrices 11 et 12, elles-mêmes recouvertes des couches isolantes 13, 14. Les couches conductrices 11, 12 sont portées par le conducteur 42 au même potentiel positif prédéterminé que celui des anodes 7, grâce à l'alimentation 25. L'alimentation 25 permet par ailleurs d'une part d'appliquer ce potentiel de polarisation aux anodes 7 par l'intermédiaire des voies de mesure 27, du circuit 32 et des conducteurs 9, et d'autre part d'appliquer ce potentiel à la couche conductrice qui recouvre les barrettes 23, qui supportent les électrodes, comme on le verra plus loin en détail. Il en résulte que les couches conductrices 11 et 12 du dispositif d'interconnexion qui sont continues et portées au même potentiel que les électrodes correspondantes, jouent le rôle d'anneau de garde entre les conducteurs 9 et le potentiel de référence M auquel est porté le boîtier 4 de l'appareil de tomographie 3. De la même manière, le dispositif d'interconnexion 1 permet de relier les cathodes 22 aux voies de mesure 20 de l'ensemble électronique 21, par l'intermédiaire des conducteurs 28, semblables aux conducteurs 9 via le circuit 33. Le potentiel négatif de l'alimentation électrique 26 est appliqué aux deux couches conductrices 11, 12 par le circuit 31. Ce potentiel négatif de polarisation est également appliqué par l'intermédiaire des voies de mesure 20, du circuit 33 et des conducteurs 28 à chacune des cathodes 22, ainsi qu'à la couche conductrice recouvrant la barrette 24 qui supporte ces cathodes, comme on le verra plus loin en détail. Les couches conductrices 11 et 12 suivent le contour du fond du boîtier 4, mais elles sont bien entendu interrompues dans la partie médiane 40, 41 de ce contour. En effet, ces couches conductrices sont portées à un potentiel positif dans la partie haute de l'appareil (à savoir partie gauche au dessin) et à un potentiel négatif dans la partie basse (partie droite au dessin), par exemple. Les couches isolantes 13, 14, 18 et 19 sont par contre continues sur tout le contour du fond du boîtier 4.
Le potentiel de polarisation des anodes 7 est appliqué à ces anodes par le circuit 32, qui sert aussi à recueillir les signaux de mesure à appliquer sur les voies 27 de l'ensemble électronique de visualisation 21. Pour appliquer une haute tension positive aux anodes 7 et recueillir les signaux de mesure sur ces anodes, l'alimentation 25 est reliée aux entrées positives des amplificateurs opérationnels 34, dont les entrées négatives sont reliées au circuit 32. L'entrée négative de chaque amplificateur opérationnel est relié à la sortie de cet amplificateur par l'intermédiaire d'un circuit de contre réaction 35 qui peut, par exemple, être un condensateur. Ce sont les sorties 36 de ces amplificateurs opérationnels qui sont reliées à l'unité de visualisation 5 de l'ensemble 21.
De la même manière, les cathodes 22 sont reliées à l'alimentation 26 par l'intermédiaire des amplificateurs opérationnels 37. L'entrée négative de chacun de ces amplificateurs est également reliée à sa sortie par l'intermédiaire d'un condensateur 38, par exemple. Les sorties 39 des amplificateurs 37 sont reliées à l'unité de visualisation 5.
On a supposé sur cette figure que toutes les électrodes étaient des électrodes de mesure et que chaque électrode était donc réunie à une voie de mesure de l'ensemble électronique 21; il est bien évident cependant que seules les cathodes, par exemple, peuvent être reliées aux voies de mesure tandis que les anodes sont simplement portées à un potentiel positif de polarisation, sans être reliées à une voie de mesure. Dans ce cas, les anodes sont réunies entre elles et portées au potentiel positif de polarisation tandis que les cathodes sont réunies aux voies de mesure. Ces voies de mesure sont référencées à un potentiel négatif V par rapport à une masse de référence M, dont le potentiel est zéro volt. Le potentiel des électrodes, en l'absence de signal, est V. Il est bien évident que dans le cas où les voies de mesure sont reliées aux anodes et aux cathodes, la résolution globale de l'appareil de tomographie est double de la résolution obtenue dans le cas où seules les cathodes sont réunies aux voies de mesure. Il est donc possible, grâce au dispositif d'interconnexion conforme à l'invention, d'utiliser un appareil de tomographie pouvant présenter deux parties; l'une de ces parties peut être destinée à la visualisation d'un organe avec une résolution spatiale élevée et dans ce cas, les anodes et les cathodes de cette partie sont reliées aux voies de mesure; l'autre partie peut être destinée à la visualisation d'un organe ne nécessitant pas une résolution spatiale élevée, dans ce cas, seules les cathodes sont reliées aux voies de mesure de l'ensemble électronique de visualisation.
En référence à la fig. 4, on a représenté l'appareil de tomographie de la fig. 3, en coupe selon un plan IV-IV perpendiculaire au plan de la fig. 3. Seule la partie supérieure de l'appareil de tomographie (à savoir partie latérale droite au dessin) a été représentée sur cette figure. Le dispositif de connexion conforme à l'invention est représenté en 1 sur cette figure. Les conducteurs 9 sont reliés aux anodes 7, mais il est bien évident que dans la partie inférieure de l'appareil de tomographie, des conducteurs identiques 28 sont reliés aux cathodes. Ces conducteurs sont, en outre, reliés par des connexions 32 à l'alimentation 25, par l'intermédiaire d'amplificateurs opérationnels décrits plus haut.
Cette alimentation est celle qui permet de porter les anodes à une tension de polarisation positive. Les conducteurs 9 sont noyés dans les couches isolantes 18, 19, elles-mêmes recouvertes des couches conductrices 11, 12 reliées en 42 à l'alimentation 25. Ces couches conductrices sont elles-mêmes recouvertes par les couches isolantes 13, 14. La couche conductrice 12, comme indiqué plus haut ainsi que dans la demande de brevet précitée, est reliée en 43 aux couches conductrices 45, 46, qui recouvrent les barrettes isolantes supportant les anodes 7 qui forment un anneau de garde, à la base de ces barrettes isolantes. Une liaison électrique 47 permet de porter à la haute tension positive les couches conductrices recouvrant les barrettes isolantes supportant les anodes, à la partie inférieure non représentée de l'appareil de tomographie. De la même manière, le dispositif de connexion situé à la partie inférieure (non représentée) de l'appareil de tomographie, permet de porter les cathodes 22 à une tension de polarisation négative et d'appliquer cette tension par la liaison électrique 48, aux couches conductrices 49, 50 qui recouvrent la base des barrettes supportant les cathodes.
Le dispositif d'interconnexion qui vient d'être décrit a été supposé appliqué à l'interconnexion des cellules de détection et des voies de mesure dans un appareil de tomographie à rayons X dont toutes les électrodes sont des électrodes de mesure. De ce fait, le dispositif d'interconnexion présente deux parties symétriques puisqu'il présente deux groupes de conducteurs portés respectivement à des potentiels positif et négatif. Si seules les électrodes polarisées par une haute tension positive par exemple servent d'électrodes de mesure, le dispositif de l'invention présente simplement l'une des deux parties symétriques.

Claims

1. Détecteur de radiation d'un appareil de tomo= graphie, comprenant une enceinte (4) fermée par un couvercle amovible (6), une pluralité d'électrodes de détection (7) disposées dans ladite enceinte fermée, susceptibles de présenter des potentiels variables à mesurer, et des moyens (1) pour interconnecter par des conducteurs (9) lesdites électrodes de détection intérieures à ladite enceinte et des bornes conductrices (20, 27) extérieures à cette enceinte, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'interconnexion (1) présentent la forme d'un ruban passant entre l'enceinte et le couvercle, ledit ruban comprenant lesdits conducteurs (9) noyés dans une nappe (10) de matériau isolant qui les isole électriquement entre eux et par rapport à l'enceinte et son couvercle, ladite nappe de matériau isolant étant insérée entre deux couches conductrices (11, 12). elÎes- mêmes insérées entre deux couches isolantes (13, 14) situées respectivement en regard de l'enceinte et du couvercle, lesdites électrodes étant destinées à être portées par l'intermédiaire-desdits conducteurs (9) à un potentiel de polarisation déterminé, et lesdites couches conductrices (11, 12) étant destinées à être portées au même potentiel de polarisation que lesdits conducteurs (9), afin d'éviter l'apparition de courants de fuite dans l'isolant entourant ces conducteurs.

2. Détecteur de radiation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins ladite nappe isolante recouvre le pourtour de l'interface entre l'enceinte (4) et le couvercle (6).

3. Détecteur de radiation selon la revendication 2, caractérisé en ce que deux joints toriques d'étanchéité (15, 16) sont respectivement disposés en regard de l'une et l'autre faces de ladite nappe isolante (10).

4. Détecteur de radiation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conducteurs (9) sont subdivisés en un premier et un second groupes insérés chacun séparément entre deux couches conductrices (11, 12), les conducteurs desdits premier et second groupes étant destinés à être respectivement portés à un premier et à un second potentiels de polarisation, et lesdites couches conductrices étant destinées à être respectivement portées au même potentiel de polarisation que celui du groupe de conducteurs correspondant.

5. Détecteur de radiation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdites bornes conductrices extérieures à l'enceinte sont constituées par les bornes des voies de mesure de l'appareil de tomographie à rayons X.