FR2665537A1 - Procede pour definir un etat physique d'un corps solide sensible aux rayons photoniques x, ainsi qu'une mire utilisable a cet effet. - Google Patents

Abstract

L'invention vise à définir un état physique d'un corps (19) sensible aux rayons X, recouvert d'une couche de matière différente. Selon l'invention, on dispose à proximité du corps une mire (9) présentant plusieurs zones à pouvoirs d'absorption différents des rayons X, puis on effectue un cliché radiographique tel que l'environnement et la distance parcourus par les rayons pour parvenir l'un au corps (19), l'autre à la mire (9) soient semblables et, après développement du cliché, disposant alors d'une échelle de référence, on identifie par comparaison la densité optique d'une région dudit corps avec celle de l'une desdites zones de la mire. Une application privilégiée concerne le domaine médical pour déterminer un état de calcification osseux.

Description

L'invention concerne un procédé pour définir un état physique d'un corps solide, tel en particulier que l'état de calcification d'un os ou d'un groupe d'os, recouvert d'une couche de matière, telle que des tissus mous, de constitution et de densité différentes de celles dudit corps.

L'invention se rapporte également à une mire destinée à servir d'instrument de référence pour définir l'état physique du corps solide en question.

En particulier dans le domaine de la pathologie, l'intérêt de l'appréciation d'un état physique osseux, notamment par étude densitométrique ou minéralométrique, ne fait actuellement plus de doute.

Cela étant, la mise en oeuvre pratique des méthodes d'investigation s'avère difficile. Pour ce faire, on recourt souvent à une technique dite de "tomodensitométrie", utilisant un scanner relié à un système informatique et permettant l'appréciation de la densité osseuse spatiale par évaluation de l'atténuation d'un faisceau de rayons photoniques X. Mais une telle méthode impose une iradiation relativement importante du corps à examiner et le coût de cet examen est particulièrement élevé, étant de ce fait réservé à des applications très spécifiques.

Une autre solution existante consiste à utiliser la technique dite de "densitométrie osseuse bi-photonique" qui permet d'apprécier la densité osseuse par l'étude de l'atténuation d'un rayonnement photonique Gamma ou X.

Malheureusement, avec cette technique, certains clichés ne peuvent être effectués. En outre, cette technique nécessite l'installation d'un appareil très spécialisé d'un coût élevé.

Et de surcroît elle impose l'émission successive de deux intensités de rayonnement, avec réception par un capteur.

Bien que particulièrement appropriée au domaine de l'investigation pathologique dans le cadre de l'étude de la minéralisation osseuse, l'invention serait également applicable à d'autres domaines, tels par exemple celui consistant en la vérification d'un état physique d'une structure composite comprenant un corps solide sensible aux rayons photoniques X (par exemple une armature métallique) recouverte, notamment en un endroit peu accessible, par une couche de matière différente (par exemple matière synthétique, plastique...). Dans ce cas, l'invention pourrait apporter une solution intéressante aux problèmes de contrôle qui se posent régulièrement compte-tenu de la difficulté qu'il y a à obtenir des résultats de mesure fiables et aisément exploitables.

Conformément à la présente invention, le procédé proposé ici et dont l'objet est d'apporter une solution aux problèmes évoqués ci-dessus, se caractérise en ce que
- on dispose à proximité du corps solide dont on veut définir un état physique, une mire de référence de telle sorte que cette dernière soit recouverte dans au moins une direction par la couche précité de matière de densité différente de celle du corps, cette mire présentant plusieurs zones ayant des pouvoirs d'absorption différents des rayons photoniques X sous une intensité donnée, ces zones correspondant à différents états physiques possibles dudit corps,
- on effectue un cliché radiographique, en transmettant vers le corps et la mire et dans ladite direction de recouvrement de cette dernière, un rayonnement photonique X de telle sorte que l'environnement traversé et la distance parcourue par deux rayons issus de ce rayonnement pour parvenir l'un au corps, l'autre à la mire, soient sensiblement identiques,
- et, après développement du cliché, disposant par l'impression radiographique de la mire d'une échelle de référence, on identifie par comparaison et à partir de cette échelle, la densité optique d'une région dudit corps avec celle de l'une desdites zones de la mire.

De préférence, pour identifier les densités optiques de ladite région du corps et de la zone correspondante de la mire
- on prend une image vidéo du cliché radiographique,
- on traite numériquement cette image pour d'une part calculer la valeur de la densité optique moyenne de la zone choisie du corps, cette valeur correspondant au rapport entre la somme des valeurs numériques des pixels contenus dans cette région et le nombre total de ces mêmes pixels, et pour d'autre part afficher le profil numérique de la courbe figurant la valeur de la densité optique des pixels sur l'étendue d'une ligne s'étendant le long des différentes zones de la mire,
- on identifie ladite densité optique moyenne calculée à la valeur de l'un des pixels de la courbe affichée,
- et on en déduit visuellement un endroit correspondant de l'une des zones de la mire.

En pratique, l'endroit visuellement choisi de cette mire sera bien entendu considéré comme répresentatif d'un état physique du corps en question.

En ce qui concerne maintenant la mire qui constitue le second volet de l'invention, on notera dès à présent qu'elle se présente sous la forme d'un barreau allongé ayant une épaisseur allant en croissant dans le sens de sa longueur, avec différentes zones réparties les unes à la suite des autres le long de ce barreau, ces zones ayant des pouvoirs d'absorption différents des rayons photoniques X et correspondant à différents états physiques possibles du corps solide retenu.

Pour faciliter l'utilisation pratique de cette mire, chaque zone sera de préférence séparée de la suivante par une bande transversale de matière ayant un pouvoir d'absorption des rayons photoniques X nettement supérieur à celui de l'une quelconque des zones en question.

L'invention, ses caractéristiques et avantages apparaîtront encore plus clairement de la description qui va suivre faite en référence aux dessins d'accompagnement donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique d'ensemble et de principe figurant le procédé de l'invention,
- les figures 2 et 3 présentent respectivement une vue de côté et de dessus d'une mire conforme à l'invention.

- la figure 4 montre un exemple de courbe figurant la valeur de la densité optique des pixels sur l'étendue d'une ligne numériséetle long des différentes zones de la mire,
- et la figure 5 présente un graphique illustrant un exemple d'absorption d'un faisceau photonique X d'une intensité donnée par un objet en aluminium, en fonction de son épaisseur, ce graphique permettant d'en déduire la masse surfacique correspondante de l'objet,
Dans le cadre de la figure 1, on a figuré l'application de l'invention à la définition d'un état de calcification osseuse d'un patient schématisé en 1, allongé sur une table de radiologie conventionnelle 3. Au-dessus de la table, un émetteur 5 classique de rayons photoniques X associé à une plaque photographique 7 disposée sous la table radiologique, permet de prendre des clichés radiographiques d'une partie du corps du patient.En l'espèce, désirant prendre un cliché d'une région osseuse pour en apprecier l'état de calcification, on a choisi de radiographier la zone du col fémoral. En règle générale, deux autres points fondamentaux peuvent être également privilégiés, à savoir le rachis, troisième vertèbre lombaire, ou le second métacarpien (dans le cas de nouveaux nés ou de prématurés, on choisirait alors la zone de l'humérus).

On remarquera sur la figure 1 que, conformément à l'invention, on a placé à proximité immédiate de la zone à radiographier une mire ou fantôme schématisé(e) en 9. La mire 9 est disposée de façon que le faisceau photonique X issu de l'émetteur 5 ait à traverser pratiquement autant de tissus mous pour parvenir au fantôme 9 que pour parvenir à la zone osseuse fémorale. Pour ce faire, dans le cas d'une telle radiographie du col fémoral, le patient sera en décubitus dorsal et la mire 9 sera placée sous la cuisse, dans la partie supéro-interne, au plus près du col fémoral.

Un exemple de réalisation d'une mire utilisable dans le cadre de l'invention a été illustré aux figures 2 et 3.

La mire 9 se présente ici sous la forme d'un barreau allongé ayant une épaisseur (e, figure 2) allant croissante de manière sensiblement constante dans le sens de la longueur 4 du barreau. Comme on le voit plus clairement sur la figure 3, la surface inclinée 11 de la mire est séparée en une succession de zones 13a, 13b... 13x réparties les unes à la suite des autres le long du barreau et séparées chacune par une bande transversale 15 de matière permettant de bien différencier les zones. L'épaisseur du barreau allant croissant, on comprend que chacune de ces zones a un pouvoir d'absorption différent des rayons photoniques X, sous une intensité donnée.De façon que les zones en question correspondent à différents états physiques possibles de la zone osseuse radiographiée, la matière choisie pour la composition de la mire sera de préférence de l'aluminium (ou une matière ayant une masse atomique globale proche de celle de l'os tous composants confondus). Mais on pourrait également envisager d'utiliser une matière synthétique ayant des caractéristiques notamment d'absorption comparables, telle 1'hydroxy-apathite.

Quant aux bandes 15 de séparation des zones, elles pourront être constituées dans une matière beaucoup plus impénétrable aux rayons X. On peut par exemple prévoir d'utiliser des fils de plomb encastrés en surface de la pente 11, permettant ainsi d'imprimer sur l'image radiographique développée différentes marches correspondant, par tronçon, à des niveaux d'épaisseur de la mire.

Une fois cette mire correctement positionnée, comme mentionné ci-dessus, on va alors effectuer un cliché radiographique (a priori unique) en transmettant vers la zone du corps concerné et vers la mire 9 un rayonnement photonique x de telle sorte que, comme on le voit sur la figure 1, l'environnement traversé et la distance parcourue par deux rayons (appartenant à ce rayonnement) pour parvenir l'un au corps radiographié et l'autre à la mire 9, soient comparables et de préférence sensiblement identiques. Ainsi, les rayons qui frapperont la mire auront suivi un chemin semblable à ceux qui auront traversé le calcium de l'os ou du groupe d'os concerné.

En pratique, on préfèrera limiter au maximum en amont de la mire la présence d'obstacles absorbants (côtes ou bassin) ou pratiquement inabsorbant (gaz) autres que les tissus mous, réduisant ainsi les risques d'évaluation erronée du cliché. Toutefois les erreurs pouvant être entraînées par ces phénomènes apparaîtraient clairement lors de l'analyse ultérieure du cliché.

Bien entendu, avant d'effectuer le cliché radiographique, on aura pris soin de régler les constantes de la table radiologique selon les paramètres habituels, et notamment pour le col fémoral, actuellement 60 KeV environ.

Une fois ce cliché effectué, on procède au développement de la plaque photographique imprimée 7 de façon à obtenir l'épreuve radiologique figurée en 17 sur la figure 1 et qui comprend donc à la fois de la mire et la zone osseuse du col fémoral 19.

On dispose alors, par l'impression radiographique de cette mire, d'une échelle de référence à partir de laquelle on va pouvoir d'abord identifier, par comparaison, la densité optique d'une région définie du corps radiographié avec celle de l'une desdites zones 13a, 13b,... de la mire, puis en déduire l'état physique correspondant, c'est-à-dire notamment l'état de calcification de cette région osseuse que l'on a considérée comme représentative de l'état général de calcification du patient.

Etant donné le caractére relativement faillible de l'oeil humain lorsque les nuances de cliché sont trop fines, il est conseillé de recourir à une digitalisation et à traitement informatique pour mener à bien l'étape d'identification susmentionnée.

Pour ce faire, on a prévu, comme illustré sur la figure 1, d'effectuer d'abord, "une prise de vue" du cliché radiographique 17 à l'aide d'une caméra CCD (caméra vidéo) 21.

La prise de vue enregistrée par la caméra est ensuite transmise, via la liaison vidéo 22, vers un microordinateur 25 comprenant une carte électronique de conversion analogique/numérique 23 d'entrée associée à un logiciel de traitement.

Lors des essais effectués, la prise en compte du cliché 17 sur l'ordinateur a été obtenue par digitalisation du signal vidéo de la caméra (625 lignes en l'espèce) en image numérique d'un format supérieur à 512 x 512 pixels, chaque pixel (ou élément de teinte homogène de l'image enregistrée par la caméra) étant défini sur 8 bits (soit 256 niveaux de nuances de teinte). Le niveau de nuance de teinte de chaque pixel a été ainsi rendu accessible sous la forme d'un chiffre compris entre
O (teinte noire) et 255 (en l'espèce teinte blanche, étant donné qu'il s'agissait d'une caméra "noir et blanc").

Ayant ainsi numérisé le cliché, on va utiliser les informations qu'il renferme pour tout d'abord calculer la valeur de la densité optique moyenne d'une région déterminée que l'on aura définie sur le corps radiographié, cette densité moyenne dm correspondant au rapport entre la somme des valeurs numériques des pixels contenus dans cette région et le nombre total de ces mêmes pixels. Cette valeur va ensuite être affichée sur une unité d'affichage ou moniteur 27 sur laquelle sera également représentée l'image numérisée 31 issue de la caméra 21, cette image numérisée étant bien entendu affichée en l'espèce avec ses 256 nuances de teintes.

Sur l'écran 27, on va également faire apparaître le profil numérique préalablement calculé de la courbe figurant la valeur de la densité optique des pixels sur l'étendue d'une ligne schématisée en 33 sur la figure 3 et s'étendant le long des différentes zones 13a...,13x de la mire 9 (ou plus exactement de son image numérisée repérée également 9 à l'intérieur de l'écran 27 de la figure 1).

Etant donné qu'un tel affichage de courbe est classique en traitement informatique, le processus et les moyens utilisés ne seront pas décrits. Sur la figure 4, on a simplement représenté un type classique de courbe pouvant être obtenue avec en abscisse la longueur L de la mire et en ordonnée la valeur Vp des pixels sur l'étendue de la ligne 33.

A partir de cette courbe et connaissant la valeur de la densité moyenne dm précédemment calculée, on va pouvoir identifier cette densité optique dm à la valeur de densité de l'un des pixels situé sur la ligne 33, c'est-à-dire appartenant à l'une des zones de la mire.

Ce point (A) ayant été identifié, on va ensuite en déduire visuellement un endroit correspondant de l'une des zones de la mire.

Par exemple, sur la figure 4, on remarque que le point A se situe entre la troisième et la quatrième crêtes de la courbe en partant de la gauche, et sensiblement au milieu de ces deux crêtes. Chaque crête matérialisant l'une des bandes 15 de séparation de deux zones successives (voir figures 2 et 3), on va donc en déduire que l'endroit concerné se situe à l'emplacement B de la figure 3. A cet endroit, la mire présente une épaisseur el (figure 2). Or, comme illustré sur la figure 5, il est particulièrement aisé de connaître (et donc d'entrer en mémoire dans l'ordinateur) la loi d'absorption par la mire, en fonction de son épaisseur e, d'un faisceau photonique X d'une intensité donnée (dans l'exemple choisi 60 KeV), en relation avec la masse surfacique de cette mire. Connaissant cette loi et ayant déterminé l'endroit B concerné de la mire d'épaisseur el, on va donc pouvoir en déduire la masse par l'unité de surface msl de cette mire, que l'on va ensuite identifier à la masse par unité de surface de la région sélectionnée du col fémoral.

On va ainsi disposer d'une valeur considérée comme représentative du capital osseux du patient.

Exemple pratique d'application
Une femme de 67 ans se soumet à l'examen.

On procède à la prise d'une radiographie du col fémoral à 60 KeV en plaçant la mire de référence sous la cuisse, dans la partie supéro-interne.

Cette mire, en Aluminium, a une longueur d'environ 10 cm, une largeur d'environ 1 cm et une hauteur maximale de l'ordre également de 1 cm. Elle comporte en outre un plan incliné de pente constante le long duquel sont régulièrement répartis 13 fils transversaux de plomb.

Une fois développée, la radiographie est photographiée et numérisée en 768 x 512 pixels sur 8 bits (256 niveaux de gris), la caméra CCD utilisée étant du type "noir et blanc".

La densité moyenne calculée dm de la zone centrale du col fémoral est affichée sur l'écran de l'ordinateur avec une valeur de 95.

Une identification avec la mire, à partir de son profil d'absorption, permet de constater que la densité 95 correspond au troisième palier de la mire, à l'endroit où celle-ci présente une épaisseur de 2,5 mm d'aluminium.

La densité par unité de surface de cette même mire est déduite de la courbe de la figure 5 et s'établie à 0,78 g/cm2.

On en déduit que tel est également la densité surfacique de la zone osseuse considérée.

La densité osseuse de la même zone extraite d'une population "normale", à l'âge de 67 ans, s'établit pour les femmes à 0,84 g/cm2.

En conséquence, on peut apprécier que le taux de calcification osseux de la patiente se situe à 92 % de la normale.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour définir un état physique d'un corps solide (19) sensible aux rayons photoniques X, tel que l'état de calcification d'un os ou d'un groupe d'os, recouvert d'une couche de matière, telle que des tissus mous (10), de constitution et de densité différentes de celles dudit corps, caractérisé en ce que

a) on dispose à proximité de ce corps solide une mire (9) de référence de telle sorte que cette dernière soit recouverte dans au moins une direction par ladite couche de matière (10), cette mire présentant plusieurs zones (13...., 13x) ayant des pouvoirs d'absorption différents des rayons photoniques X sous une intensité donnée, ces zones correspondant à différents états physiques possibles dudit corps,

b) on effectue un cliché radiographique, en transmettant vers le corps et la mire et dans la direction de recouvrement de cette dernière, un rayonnement photonique X de telle sorte que l'environnement traversé et la distance parcourue par deux rayons appartenant à ce rayonnement pour parvenir l'un au corps (19), l'autre à la mire (9) soient sensiblement identiques,

c) et, après développement du cliché, disposant par l'impression radiologique de la mire d'une échelle de référence, on identifie par comparaison et à partir de cette échelle la densité optique d'une région dudit corps (19) avec celle de l'une desdites zones de la mire (9).

2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque zone (13a,..., 13x) de la mire (9) ayant une épaisseur (e) prédéterminée dans la direction du rayonnement, lors de l'étape c)

- après avoir identifié ladite densité optique de la région choisie du corps (19) et celle de l'une desdites zones de la mire, et compte-tenu de la loi connue d'absorption photonique par la mire et pour ladite intensité donnée de rayonnement, cette loi liant la masse par unité de surface de la mire et son épaisseur, on définit, pour l'épaisseur (el) de ladite zone identifiée de la mire, la valeur correspondante de sa masse par unité de surface,

- et, par identification, on détermine la valeur de la masse par unité de surface de ladite région du corps (19).

3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que, pour identifier les densités optiques de ladite région du corps (19) et de la zone (B) correspondante de la mire (9),

- on prend une image vidéo dudit cliché radiographique,

- on convertit en données numériques ladite image vidéo,

- on traite ces données numériques pour d'une part calculer la valeur de la densité optique moyenne de ladite région choisie du corps (19) correspondant au rapport entre la somme des valeurs numériques des pixels contenus dans cette région et le nombre total de ces mêmes pixels, et pour d'autre part définir et afficher le profil numérique de la courbe figurant la valeur de la densité optique des pixels sur l'étendue d'une ligne (33) s'étendant le long des différentes zones (13a, ..., 13x) de la mire,

- on identifie ladite densité optique moyenne calculée à la valeur de densité de l'un des pixels de la courbe affichée,

- et on en déduit visuellement l'endroit correspondant de ladite zone de la mire.

4. Mire destinée à être utilisée pour définir un état physique d'un corps solide (19) sensible aux rayons photoniques X, tel que l'état de calcification d'un os ou d'un groupe d'os, recouvert d'une couche de matière (10), telle que des tissus mous, de constitution et de densité différentes de celles dudit corps, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'un barreau allongé d'épaisseur variable, comprenant plusieurs zones (13a,... , 13x) ayant des pouvoirs d'absorption différents des rayons photoniques X sous une intensité donnée, ces zones correspondant à différents états physiques possibles dudit corps.

5. Mire selon la revendication 4 caractérisée en ce que l'épaisseur du barreau va croissante dans un sens suivant la direction de sa longueur (L), lesdites zones de la mire étant réparties les unes à la suite des autres le long du barreau.

6. Mire selon la revendication 4 ou la revendication 5 caractérisée en ce que chaque zone (13a,..., 13x) est séparée de la suivante par une bande transversale (15) de matière ayant un pouvoir d'absorption des rayons photoniques

X nettement supérieur à celui de l'une quelconque de ces zones.

7. Mire selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisée en ce que ses différentes zones sont réalisées sur toute leur épaisseur en une matière ayant une masse atomique proche de la masse atomique de l'os, tous composants confondus.

8. Mire selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisée en ce que chaque zone est réalisée sur toute son épaisseur en aluminium.

9. Mire selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé en ce que chaque zone est réalisée sur toute son épaisseur en hydroxy-apathite.