FR2647661A1

FR2647661A1 - Tomodensitometre double tranche

Info

Publication number: FR2647661A1
Application number: FR9006940A
Authority: FR
Inventors: Jerome Arenson; Reuven Levinson; David Freundlich
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: Elscint Ltd
Priority date: 1989-06-04
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1990-12-07
Anticipated expiration: 2010-06-05
Also published as: JP2930123B2; NL194322C; US5228069A; DE4017904A1; FR2647661B1; JPH03109054A; IL90521A0; NL9001259A; NL194322B

Abstract

Un tomodensitomètre 11 utilisant un mode rotation pure dans lequel le détecteur 17 est conçu de manière à détecter simultanément des rayons X qui ont traversé des sections multi-planaires d'un patient examiné 18.

Description

La présente invention concerne des tomodensitomètres et, plus

particulièrement, des systèmes de scannographie équipés pour réaliser l'acquisition des données de plusieurs tranches en un seul balayage. Les premiers tomodensitomètres parfois appelés aussi Scanners" ou cannographes" utilisés pour analyser le cerveau ne disposaient que d'un seul détecteur et d'une seule source de rayons X à faisceau filiforme. La source et le détecteur subissaient une translation rectilinéaire répétée en travers de la tête sur une courte distance puis tournaient pour obtenir les différentes vues nécessaires pour former une image. Les premiers scanners nécessitaient environ 300 secondes pour effectuer un balayage de 180 degrés. Historiquement, les scanners issus du progrès suivant, ceux que l'on nomme scanners de "deuxième génération", utilisaient aussi un système à deux mouvements, mais amélioraient la vitesse d'acquisition des données en l'abaissant à moins de 20 secondes grâce a l'utilisation d'une barrette de détecteurs et d'une source de rayons X à faisceau éventail. Une durée de vingt secondes correspond à une période normale de blocage de la respiration; les tomodensitomètres de deuxième génération parvenaient ainsi à réduire le flou d'image découlant du

mouvement et les artefacts dus à la transpiration.

Les scannographes de troisième génération, également connus sous le nom de scannographe à rotation pure, utilisaient des sources de rayons X à faisceau éventail et une barrette de détecteurs tournant simultanément autour du sujet. Le temps de balayage de ces appareils de troisième

génération est, en règle générale, inférieur à 5 secondes.

Les tomodensitomètres de quatrième génération utilisent également une source de rayons X à faisceau éventail qui tourne à l'intérieur d'une couronne de détecteurs stationnaires occupant un cercle complet de 360 degrés autour du sujet. Ainsi, les générations successives de scannographes ont vu une amélioration de la vitesse de balayage qui a permis d'en diminuer la durée. Chaque génération utilisait des barrettes comprenant un nombre de plus en plus grand de détecteurs, augmentant ainsi le coût du système. Bien entendu, le plus grand nombre de détecteurs permettait d'obtenir une meilleure résolution spatiale. Donc, au fil des différentes générations de scanners, la vitesse de balayage et le coût ont augmenté

parallèlement & l'amélioration de la résolution spatiale.

Une méthode employée pour augmenter la vitesse des premiers tomodensitomètres de première génération consistait à utiliser une paire de détecteurs pour obtenir les données de deux tranches en un même balayage. Cette pratique fut abandonnée lorsque l'on se mit à employer des barrettes de détecteurs. Ainsi, après l'amélioration de la vitesse de la deuxième génération, les spécialistes du domaine considérèrent qu'il était désormais inutile de procéder à l'acquisition simultanée des données de deux tranches. Un facteur important jouant en la défaveur de l'acquisition simultanée des données de deux tranches est que pour obtenir une image de cette manière, il est indispensable d'augmenter le nombre de détecteurs. Bien entendu, chaque détecteur doit normalement disposer d'un canal séparé, équipé de tous les circuits électroniques et

de tout le matériel nécessaire pour supporter le détecteur.

De ce fait, chaque adjonction d'un détecteur augmente de manière considérable le coût de l'équipement densitométrique. Ainsi, si le système à balayage de deux tranches assure un gain de temps, il accroit substantiellement le coût et a, dans le passé, augmenté les artefacts causés par l'opération de balayage. C'est ce qui explique pourquoi les spécialistes de ce domaine n'ont plus utilisé ce procédé depuis l'introduction du faisceau éventail; c'est-à-dire des scanners de la deuxième génération, et il semble par ailleurs certain qu'aucun scanner de la troisième génération n'ait recouru & l'acquisition simultanée des données de deux tranches, même si l'emploi de ce système a été suggéré dans des appareils de quatrième génération. Reportez-vous, par exemple, à un article intitulé nTheorical Possibilities for a CT Scanner Development" du Dr. D.P. Boyd, paru dans Diagnostic Imaging

en décembre 1982.

D'une manière générale, la vitesse de balayage des tomodensitomètres a augmenté, pour passer d'environ 5 minutes à moins d'une seconde. L'augmentation de la vitesse a permis d'obtenir une meilleure qualité d'image grâce, entre autres choses, à la réduction du mouvement causée par des artefacts. En outre, la résolution spatiale s'est améliorée grâce à l'accroissement de la puissance des

ordinateurs et au nombre et à la densité des détecteurs.

Dans l'article, le problème que représente le coût supplémentaire des détecteurs et de l'équipement requis pour un système d'acquisition de deux tranches est résolu par la suggestion de l'emploi de plusieurs sources de rayons X déplacées l'une par rapport à l'autre dans la direction Z plutôt que de détecteurs déplacés les uns par

rapport aux autres dans cette même direction.

Néanmoins, comme en atteste les scanners de quatrième génération, les spécialistes continuent à chercher des méthodes et des dispositifs permettant de réduire plus encore le mouvement dû aux artefacts tout en augmentant le débit et en réduisant la durée d'exposition du sujet aux

radiations.

Par conséquent, un des objectifs de la présente invention consiste à offrir un système d'acquisition des données de deux tranches pouvant âtre employés dans des tomodensitomètres à rotation pure de la troisième

génération.

La présente invention concerne un système de tomodensitométrie, ledit système comprenant: un portique, ledit portique étant doté de dispositifs permettant de retenir un dispositif source de rayons X d'un côté du patient et un dispositif détecteur de l'autre côté dudit patient, un dispositif permettant de faire tourner simultanément lesdits dispositifs source et détecteur autour du patient, ledit dispositif détecteur comprenant des dispositifs permettant de détecter des rayons X qui ont traversé plusieurs sections planes dudit patient, un dispositif permettant de traiter lesdits rayons X détectés afin de fournir des données d'image, et un dispositif permettant d'afficher des images basées sur

lesdites données d'image.

La présente invention est caractérisée en ce qu'elle offre le moyen d'utiliser de manière plus efficace les faisceaux radiogènes pour obtenir les données d'image de deux tranches par balayage. Cetemploi effectif des faisceaux radiogènes accélère le débit, réduit le mouvement causé par des artefacts ainsi que l'exposition du patient aux rayons X sans dégradation de la qualité de l'image. Le balayage simultané de deux tranches peut être réalisé moyennant un accroissement du coût minimum dû aux détecteurs supplémentaires en utilisant deux modes de fonctionnement, un mode simple tranche et un mode double tranche. L'emploi du mode double tranche peut être réservé à des balayages

limités à certaines parties du corps.

La présente invention est caractérisée en ce qu'elle fournit le moyen de déplacer le dispositif détecteurs dans la direction Z pour s'assurer que les artefacts causés par la divergence du faisceau soient immédiatement rectifiables

par l'emploi du balayage habituel à 360 degrés.

La présente invention est caractérisée en ce qu'elle inclut un dispositif détecteur dans lequel ledit dispositif, qui permet de détecter les rayons X qui ont traversé plusieurs sections planes du patient, comprend une paire de détecteurs attenants s'étendant dans la direction Z avec des dispositifs'-isolant chacun des détecteurs et les empêchant d'influencer les détecteurs voisins. Y est la direction entre la source et les détecteurs et X est la

direction le long des multiples détecteurs d'une barrette.

Z est la direction perpendiculaire aux deux directions X et Y. La présente]rvention est caractérisée aussi en ce qu'elle comprend l'utilisation d'un dispositif source qui a une dimension dans la direction Z et qui, par conséquent n'est pas une source ponctuelle dans la direction Z, ledit dispositif source fournissant un faisceau éventail qui va du dispositif source au dispositif détecteur et enveloppe le patient dans la direction X. La présente invention-est caractérisée encore en ce qu'elle comprend l'utilisation de plusieurs détecteurs s'étendant dans la direction Z uniquement pour une portion de la barrette dans la dimension X. Par conséquent, cette utilisation d'un nombre limité de détecteurs supplémentaires dans la direction X s'étendant dans la direction Z minimise les coûts de détecteurs supplémentaires tout en offrant les avantages de la possibilité de double tranche dans le cadre de procédures

d'acquisition délicates, comme le balayage de la tête.

Ce qui précède ainsi que les autres caractéristiques et objets de la présente invention seront mieux compris si

on les envisage à la lumière de la description suivante

effectuée en conjonction avec les schémas annexés, o: La Fig. 1 est un schéma fonctionnel partiel qui illustre la configuration d'un tomodensitomètre selon la présente invention; La Fig. 2 est une -vue en plan simplifiée d'une barrette de détecteurs correspondant à l'état de la technique; La Fig. 3 est une vue en plan simplifiée d'une barrette de détecteurs selon la présente invention; La Fig. 4(a) détaille le détecteur de la Fig.3 en vue de face; c'est-à-dire dans la direction X, La Fig. 4(b) détaille le détecteur de la Fig. 3 en vue latérale; c'est-à- dire dans la dimension Z; La Fig. 5 présente une vue dans le plan YZ des rayons X provenant de la source et éclairant les détecteurs après avoir traversé le patient; La Fig. 6 est une vue en plan d'une autre mise en oeuvre de la barrette de détecteurs selon le système inventé; La Fig. 7(a) montre une vue du plan YZ de la barrette de détecteurs et du dispositif source selon la présente invention, la source étant positionnée au-dessus d'une première rangée de détecteurs, La Fig. 7(b) illustre la source de la Fig. 7(a) déplacée de manière à se trouver au-dessus d'une première et d'une seconde rangée de détecteurs, et La Fig. 8 est une vue en plan présentant le dispositif source par rapport au détecteur et aux sections du patient

dont une image est générée.

Dans la Fig.1 l'extrémité comprenant le portique d'un tomodensitomètre à rotation pure est illustrée en 11. Le scanner comprend le portique 12 monté sur une base 13. Le portique dispose d'une ouverture 14 destinée à recevoir le patient. Un dispositif source de rayons X 16 rotatif est monté sur le portique et est situé à une distance fixe de la barrette de détecteurs 17. Le dispositif source et la barrette de détecteurs se déplacent ensemble, commandé par le dispositif de contrôle de déplacement angulaire 21,

autour du patient 18, représenté couché sur un lit 19.

La rotation s'effectue autour de l'isocentre 22 illustré à une distance Y1 du dispositif source et à une distance Y2 de la barrette de détecteurs. Des dispositifs comme le processeur 23 traitent les données provenant de la barrette de détecteurs 17 en utilisant la mémoire 24 pour

fournir un affichage 26 sur un dispositif d'affichage 27.

Des dispositifs permettant de décaler la position du détecteur par rapport à la source, comme un dispositif de déplacement du détecteur 28 sont illustrés pour déplacer sélectivement le détecteur afin d'augmenter la résolution spatiale effective du système d'une manière bien connue par les spécialistes du domaine. Il faut comprendre que la source pourrait être déplacée plutôt que le détecteur. Le

déplacement s'effectue par rapport au dispositif source 16.

Pour augmenter encore la résolution dans une mise en oeuvre préférable, le dispositif source peut être une source à double foyer électronique telle que décrite dans le brevet U.S. 4.637.040 publié le 13 janvier 1987 et attribué au cessionnaire de cette invention. En outre, le dispositif de traitement comprend un système destiné à minimiser les artefacts causés par la non-coplanairité selon le système et les méthodes du brevet U.S. 4.578.753 publié le 25 mars 1984 et attribué au cessionnaire de cette

invention.

Les artefacts causés par la non-coplanairité due à la divergence du faisceau sont généralement rendus négligeables par un balayage à 360 degrés. Alternativement, on peut prévoir un dispositif de déplacement de source 29 qui décale la source dans la direction Z. Il faut comprendre que le décalage de la source dans la direction Z est relatif à la barrette de détecteurs. Par conséquent, celle-ci peut également être déplacée dans la direction Z. Le déplacement de la source dans la direction Z est destiné à localiser le centre du dispositif source au point de jonction des doubles détecteurs de la barrette. Notez qu'il

est préférable que le dispositif source soit centré au-

dessus du centre de la barrette de détecteurs dans la direction X. Le dispositif source peut être déplacé de telle manière que son centre dans la direction Z se situe soit au-dessus du centre du détecteur de la barrette de détecteurs de base ou au-dessus de la ligne de contact des

doubles détecteurs. Le dispositif source se trouve au-

dessus du centre des détecteurs dans la direction X sans aucun déplacement. Le dispositif de déplacement de la source est indiqué au bloc 29. Les flèches indiquant les directions X et Y sont illustrées respectivement en 31 et 32. La Fig. 2 illustre en 36 une barrette de détecteurs à rangée unique correspondant à l'état de la technique. La barrette de détecteurs est constituée de plusieurs détecteurs, l'un d'eux étant indiqué en 37. La barrette s'étend dans la direction X tandis que la longueur de chaque détecteur est orientée dans la direction Z. La barrette correspondant à l'état de la technique est constituée de détecteurs simples dans la direction Z. Une barrette de détecteurs double tranche double rangée est illustrée en 38 dans la Fig. 3. Elle est constituée de plusieurs-rangées de détecteurs contenant des détecteurs tel que le détecteur 39 dans une rangée de base

en contact avec le détecteur 41 dans une seconde rangée.

Plusieurs de ces détecteurs sont montés dans la barrette 38 pour former la barrette a double détecteur. Il convient de veiller à éviter ou à minimiser les zones non sensibles telles que 42 des détecteurs attenants qui ne peuvent acquérir de données du fait d'un masquage de la lumière. Il doit néanmoins exister un écran de protection contre la lumière entre les détecteurs 39 et 41 pour éviter que des scintillements dans le détecteur 39, par exemple, affectent le détecteur 41. Cette protection peut être assurée par un collimateur ou par un véritable écran entre les détecteurs 39 et 41. Cependant, l'espace entre les détecteurs, comme l'espace 42 entre les détecteurs 39 et 41, doit être maintenu au minimum pour éviter une perte de zones d'image et par conséquent une perte d'informations d'image entre

les sections.

La Fig. 4 illustre les détecteurs 39 et 41. La Fig. 4a présente une vue de face du détecteur 39. La Fig. 4b est la vue latérale qui présente les deux détecteurs 39 et 41. Ces derniers comprennent tous deux un cristal 46 qui réagit au

contact des rayons X en émettant une quantité de lumière.

Celle-ci frappe la couche de photodiodes 47 qui convertit la lumière en charges électriques. Il est important que les

quantités de lumière provenant du cristal 46a, situé au-

dessus d'une photodiode 47a, n'entrent pas en collision

avec la photodiode 47b qui se trouve sous le cristal 46b.

C'est pourquoi un écran est prévu entre les cristaux. Cet écran empêche toute quantité de lumière provenant de cristaux non situés directement audessus des photodiodes de les affecter. L'écran peut être formé par une feuille d'aluminium fixée aux cristaux au niveau de la zone de contact ou par de la peinture étendue sur la zone de contact des cristaux blancs. L'épaisseur de l'écran ne doit

pas dépasser 0.05 à 0.1 mm.

Les charges électriques sont reçues et transmises par les circuits électroniques indiqués aux blocs 48(a) et 48(b). La sortie des blocs 48 est transmise par les fils 51, 52 et 53 au processeur 23 qui comprend un convertisseur analogique-numérique. Idéalement, les fils 51 et 52 acheminent les électrons tandis que le fil 53 est relié à

la terre.

Dans une mise en oeuvre préférable, le substrat de photodiodes 47 est également divisé en parties et séparé optiquement en 54 pour garantir qu'il n'y ait pas d'interaction entre les scintillements causés par 'des rayons X frappant le cristal 39 ou 41. Par conséquent, les rayons X frappant le cristal 39 n'ont pratiquement aucun effet sur la photodiode 47b. De même, les rayons X frappant le cristal 41 n'ont pratiquement aucun effet sur la photodiode 47a. Les circuits électroniques d'entrée représentés par les blocs 48a et 48b fournissent des signaux analogiques qui sont convertis en signaux numériques dans le processeur pour être traités en données d'image afin de fournir l'image 26 dans l'unité

d'affichage 27.

Comme le montre la Fig. 5, idéalement, le centre 61 du dispositif source illustré en 16 est aligné avec la

jonction 54 des détecteurs 39i et 41i.

La distance entre le dispositif source situé à 16 et la barrette de détecteurs 17 s'étend dans la direction Y. L'isocentre 22 est indiqué avec le patient 18. Notez qu'il y a une zone de recouvrement 55 hachurée au niveau du patient et dans laquelle les données sont obtenues par les deux détecteurs 39i et 41i. Dans la mise en oeuvre préférable, les doubles foyers électroniques déjà mentionnés sont situés dans l'alignement du point 61 et s'étendent dans la direction X. Une mise en oeuvre préférable de la barrette de

détecteurs est illustrée dans la vue en plan de la Fig. 6.

Dans ce cas, les doubles détecteurs ne sont utilisés que dans une petite partie de la barrette de détecteurs,

suffisante, par exemple, pour couvrir la tête du patient.

Donc, la barrette 17 est constituée d'une barrette de détecteurs de base ou principale 17a, qui est la barrette- de détecteurs complète, et d'une plus petite barrette de détecteurs 17b contenant un nombre restreint de détecteurs, qui contribue à réduire la probabilité d'artefacts de

volume partiel.

L'ensemble du corps tient entre les traits pointillés 61a et 61b. La tête, par exemple, tient entre les traits pleins 62a et 62b. L'espace entre les traits 62a et 62b est l'endroit o les artefacts de volume partiel peuvent être significatifs. L'épaisseur des doubles tranches est substantiellement la dimension des détecteurs dans la direction Z. Les directions X et Z dans la Fig. 6 sont illustrées en 63. La barrette de détecteurs du type illustré dans la Fig. 6 peut également être utilisée pendant l'acquisition de plusieurs tranches en déplaçant soit le patient soit l'ensemble source et barrette de détecteurs d'une manière bien connue

afin d'obtenir des tranches contiguës.

La Fig. 7 illustre le décalage de la source par rapport aux détecteurs, par exemple, les détecteurs 67a et 67b. Lorsque la barrette de détecteurs 17a est utilisée seule, la source est déplacée de sorte que son centre 61 se trouve au-dessus du centre 68 du détecteur 67a. Lorsque les deux détecteurs 67a et 67b sont utilisés, la source 16 est déplacée tel qu'illustré dans la Fig. 7b de sorte que son centre 61 soit aligné avec la zone de jonction 54 des détecteurs 67a et 67b. Les axes X, Y et Z sont illustrés en 69. La Fig. 8 est une vue en plan de la disposition de la source et des détecteurs montrant la relation entre la source et les détecteurs dans les différents modes de balayage. Donc, lors d'un balayage utilisant la barrette de détecteurs 17a, la source 16 est décalée de sorte que son point central 61 soit situé au milieu de la barrette de détecteurs 17 dans la direction Z. Les axes X et Z sont illustrés en 69 dans la Fig. 8. Le dispositif de déplacement de la source 29 déplace la source de sorte que le point central 61 se trouve au-dessus de la jonction 40 entre les barrettes 17a et 17b au point central

approximatif de la barrette de détecteurs 17a.

Dans la procédure de balayage préférable de l'ensemble du corps, le corps apparaît entre les traits 61a et 6lb tandis que la tête ou le coeur, par exemple, apparaît entre

les traits 62a et 62b dans la Fig. 8.

En pratique, le patient repose sur le lit et est déplacé dans le scanner pour réaliser un balayage tomodensitométrique. Deux tranches sont obtenues simultanément en utilisant l'ensemble source détecteur à rotation pure. Pour minimiser le nombre de détecteurs nécessaires, une seconde barrette de détecteurs attenante à la première et contenant moins de détecteurs peut être utilisée. La seconde barrette est, de préférence, mais pas obligatoirement, alignée avec le centre de la source dans les directions X et Z. La présente invention a été décrite en relation avec des procédures et des exécutions particulières, néanmoins,

il faut savoir que cette description n'est faite qu'à titre

d'exemple et ne limite en aucun cas la portée de la

présente invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Un tomodensitomètre comprenant: des dispositifs (19) de support du patient (18), un portique (12), des dispositifs pour le montage d'un dispositif source (16) radiogène sur ledit portique d'un côté dudit patient, des dispositifs pour le montage d'un dispositif détecteur (17) de l'autre côté dudit patient, des dispositifs (21) pour faire tourner simultanément lesdits dispositifs source et détecteur autour du patient en mode rotation pure, ledit dispositif détecteur comprenant des dispositifs (17) permettant de détecter des rayons X qui ont traversé des

sections multi-planaires dudit patient.

2. Le tomodensitomètre selon la revendication 1, comprenant: un dispositif (28) pour déplacer les détecteurs dans une direction Z dans lequel une direction Y est la direction entre le dispositif source et le dispositif détecteur, la direction X est la direction de rotation de la barrette de détecteurs et la direction Z est la direction perpendiculaire aux directions X et Y.

3. Le tomodensitomètre selon la revendication 1 dans lequel ledit dispositif détecteur comprend: une rangée de base (39) de plusieurs détecteurs, une rangée secondaire (41) de plusieurs détecteurs, juxtaposée à la rangée de base et s'étendant dans la direction Z, la rangée de base et la rangée secondaire de détecteurs s'étendant toutes les deux dans la direction X, o: la direction X est la direction de rotation, une direction Y le long de la dimension longitudinale dudit dispositif de maintien du patient, et la direction Z forme est perpendiculaire aux directions X et Y.

4. Le tomodensitomètre selon la revendication 3 dans lequel la rangée de base s'étend sur un arc complet, de

même que la rangée secondaire.

5. Le tomodensitomètre selon la revendication 3 dans lequel la rangée de base (17a)s'étendsur une arc complet et la rangée secondaire (17b)ne s'étend que sur partie dudit arc

complet.

6. Le tomodensitomètre selon la revendication 5 dans lequel la rangée secondaire (76) se trouve dans la partie

centrale de l'arc complet (17a).

7. Le tomodensitomètre selon la revendication 5 dans lequel ledit arc complet est défini par les limites d'un faisceau éventail émanant de la source de radiation des rayons X et s'étend dans la direction X;

8. Le tomodensitomètre selon la revendication 3, comprenant un dispositif de protection(54)empechant

l'interaction entre des détecteurs juxtaposés.

9. Une méthode permettant d'obtenir des données d'image tomodensitométriques, ladite méthode comprenant les étapes suivantes:

14 2647661

1 4 maintien d'un patient, installation d'une source de rayons X d'un côté du patient, installation d'un détecteur de rayons X de l'autre côté dudit patient, la rotation simultanée desdits dispositifs source et détecteur autour du patient dans un mode rotation pure, et la détection simultanée des rayons X qui ont traversé des

sections multi-planaires dudit patient.

10. La méthode tomodensitométrique selon la revendication 9 incluant les étapes suivantes: déplacement d'un détecteur dans une direction Z dans lequel une direction Y est la direction entre le dispositif source et le dispositif détecteur, une direction X est la direction de l'extension de la barrette de détecteurs et la direction Z est la direction perpendiculaire aux deux directions X et Y.

11. La méthode selon la revendication 9 dans laquelle ledit détecteur comprend une rangée de base de détecteurs et une seconde rangée de détecteurs juxtaposée à la rangée de base; les deux rangées s'étendant dans la direction de

rotation desdits dispositifs source et détecteur.

12. La méthode de tomodensitométrie selon la revendication 11 comprenant l'étape consistant à prévenir l'interaction

entre des dispositifs détecteurs juxtaposés.