FR2680095A1

FR2680095A1 - Dispositif d'imagerie radiologique.

Info

Publication number: FR2680095A1
Application number: FR9110136A
Authority: FR
Inventors: Klausz Remy
Original assignee: General Electric CGR SA
Current assignee: General Electric CGR SA
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 1993-02-12
Anticipated expiration: 2011-08-08
Also published as: FR2680095B1

Abstract

Pour améliorer l'ergonomie d'utilisation d'un appareil de tomographie utilisé en thomosynthèse on réalise un seul boîtier (23) de commande comportant un bouton (22) de commande de hauteur associé à un bouton (25) de sélection de mode d'utilisation de l'appareil. On peut sélectionner un mode de visualisation ou un mode d'acquisition. En mode de visualisation on peut voir (17) différentes coupes d'un corps examiné à des hauteurs imposées par le bouton de commande. En mode d'acquisition on provoque une acquisition de tomographie dont la hauteur du point pivot - centre d'homotéthie (20) est imposé par le bouton de commande unique. On montre une simplification notable des matériels.

Description

DISPOSITIF D'IMAGERIE RADIOLOGIQUE
La présente invention a pour objet un dispositif d'imagerie radiologique principalement utilisable pour faire des radiotomographies. Le but de l'invention est de perfectionner l'ergonomie d'utilisation des machines de tomographie, pour les rendre à la fois plus simples et plus rapides d'emploi. L'invention est plus particulièrement utilisable dans le domaine médical mais elle peut l'être également dans le contrôle non destructif par rayons X.

On sait que les procédés de radiotomographie consistent à réaliser un enregistrement radiographique d'un objet (par exemple, un organe d'un patient) simultanément à un mouvement mécanique de balayage d'une source de rayons X et d'un récepteur d'images associés.

Le mouvement de balayage de la source de rayons X est une translation suivant une trajectoire (par exemple linéaire, ou circulaire, ou spiralée) contenue dans un plan parallèle au plan de déplacement du récepteur d'image. Les trajectoires de la source et du récepteur sont homotéthiques par rapport à un point fixe. Un plan de coupe est un plan parallèle aux plans de ces trajectoires et passant par ce point fixe appelé centre d'homotéthie. Les machines de tomographie comportent donc des moyens mécaniques, ou électroniques, pour associer les mouvements de translation de la source de rayons X et du détecteur d'images par rapport à ce centre d'homotethie.

Pour faire varier la position en hauteur du plan de coupe, il est nécessaire de changer la position du centre d'homotéthie. On agit alors sur les réglages mécaniques ou électroniques dans ce but. Ceci est réalisé, soit par le déplacement effectif d'un point de pivot mécanique, soit par action sur les commandes des motorisations respectives de la source et du récepteur d'images. Dans les deux cas il existe un premier organe de commande, accessible à l'utilisateur, comme par exemple un bouton rotatif, associé à un premier indicateur de hauteur de coupe qui affiche la hauteur par rapport à une référence fixe (par exemple la hauteur par rapport au plan d'une table supportant l'objet) de la coupe tomographique.

On connaît par ailleurs, dans la revue Radiology n098, pages 249 à 255, de Miller et Al, en 1971, un dispositif de tomographie où le récepteur d'images est un dispositif permettant l'enregistrement d'images élémentaires correspondant à des positions rapprochées successives le long de la trajectoire tomographique.

Ainsi, au lieu de provoquer une intégration dans le temps du noircissement d'un film radiographique, on enregistre avec un détecteur temps réel une succession d'images correspondant chacune à une disposition dans l'espace du couple source de rayons X - détecteur d'images. Un détecteur d'images permettant cet enregistrement résulte par exemple de la combinaison d'un intensificateur d'images radiologiques associé à une caméra vidéo et à un dispositif d'enregistrement numérique des images.

Pour obtenir alors un effet tomographique on additionne les images élémentaires. On provoque ainsi une intégration, une addition, permettant de révéler une image acquise à la hauteur du plan de coupe. Il est cependant aussi possible de reconstruire des images correspondant à d'autres plans de coupe, décalés, en faisant subir aux images élémentaires, avant de les additionner, un décalage dans leur plan simulant les positions des images pour une position différente du centre d'homotéthie pivot.

Par exemple, la figure 1 montre la trajectoire 1 d'une source de rayons X 2 ainsi que la trajectoire associée 3 d'un détecteur d'images temps réel 4. Ces trajectoires sont associées par rapport à un plan de coupe 5 et à un centre d'homotéthie 6. Au cours du déplacement, le détecteur 4 acquiert une série d'images I1 à In représentées sur la figure 2. Le signal radiologique relatif à un lieu dans le plan de coupe 5 du corps 7 examiné est obtenu en additionnant tous les signaux d'images relatifs à ce point. Les signaux sont indiqués schematiquement par des petites flèches. Sur la figure 3, on a montré qu'en décalant les images avant d'additionner point à point les signaux d'images, on pouvait simuler des images de tomographie dans des plans de coupe 8 décalés du plan de tomographie principal 5.

Le bas de la figure 1 montre qu'effectivement pour une même position du tube à rayons X 2, pour ces autres plans de coupe, les positions des détecteurs d'images 4 seraient décalées.

Ainsi, la reconstruction des différentes images tomographiques se fait en sélectionnant un décalage de hauteur de coupe désirée. Ou encore on peut reconstruire toutes les coupes possibles en choisissant des décalages d'un pixel à chaque fois puis de deux pixels et ainsi de suite, puis en sélectionnant a posteriori dans toutes les images reconstruites celles qu'on veut voir. On peut aussi choisir des décalages en fraction de pixel en fonction d'un incrément de hauteur retenu. Dans les deux cas la sélection de la hauteur de coupe à visualiser se fait au moyen d'un deuxième dispositif de commande, par exemple le clavier d'un micro-ordinateur, relié à un processeur numérique qui traite les images.

L'intérêt principal de ce procédé, est de permettre la visualisation de plusieurs coupes pour un enregistrement unique. Ceci réduit l'irradiation et autorise la radiotomographie de phénomènes fugitifs (par exemple avec injection de produit de contraste). La mise en oeuvre d'un tel procédé nécessite la détermination du plan de coupe 5 avec le premier bouton de commande, ltacquisition des différentes images, puis la visualisation des images synthétisées dans des différents plans de coupe 8 en agissant sur un deuxième organe de commande relié au dispositif de visualisation.

Cette technique présente un léger inconvénient. En effet, sur la figure 3, compte-tenu de ce que l'on veut effectuer une intégration sur toutes les images mais que celles-ci sont décalées au fur et à mesure, le champ dans laquelle cette intégration est possible se réduit.

Cette réduction est même dépendante du décalage qu'on cherche à imposer. Autrement dit, dans un plan de coupe 8 décalé du plan contenant le centre 6 d'homotéthie le champ vu d est inférieur au champ visible D correspondant au plan de tomographie 5.

Par ailleurs, la surface réceptrice des intensificateurs d'images radiologiques est courbe : et leur courbure varie même du centre aux extrémités. Ceci conduit premièrement à définir des plans de coupe qui ne sont pas rigoureusement plans mais des domaines gauches dans le corps étudié. Par la suite on assimilera cependant ces domaines gauches à des plans pour simplifier l'explication. En deuxième conséquence, de cette courbure on relève des distorsions dans les accumulations correspondant au principe de la figure 3.

Il en résulte que la qualité des tomographies reconstruites est d'autant moins bonne que l'on s'écarte du plan central. Il est alors nécessaire de réaliser un deuxième balayage après ajustement du point de pivot à la hauteur déterminée par examen des différentes coupes reconstruites. Par exemple, après un premier balayage, correspondant à une hauteur de 110 mm au-dessus d'un récepteur, et après détermination que la meilleure position reconstruite est à -25 mm de ce plan de coupe, on peut refaire un deuxième balayage avec une hauteur du point de pivot égale à 110 - 25 = 85 mm. Dans la pratique il faut alors convertir les indications relatives au décalage de la coupe visualisée pour déterminer la valeur de 25 mm; il faut la retrancher de la valeur de hauteur du point de pivot; et il faut enfin réajuster la nouvelle valeur de hauteur du point de pivot à la valeur résultat de ce retranchement.

Dans l'invention, on a cherché à simplifier notablement ces opérations en modifiant les systèmes pour que le premier organe de réglage et le deuxième organe de réglage ne fassent plus qu'un : il n'y a qu'un seul bouton de commande. Par contre, on a ajouté au moins dans le principe un bouton de sélection de mode.

Dans un mode en acquisition, le système automatique règle la hauteur du point pivot à la hauteur affichée par le bouton de commande, puis lance l'acquisition.

Dans le mode de visualisation, le bouton de commande provoque la visualisation sur l'écran du plan de coupe choisi, décalé du plan principal.

L'invention a donc pour objet un dispositif de tomographie comportant un tube à rayons X déplaçable dans un plan d'émission, un détecteur temps réel d'images radiologiques déplaçable en correspondance dans un plan de réception parallèle au plan d'émission, des moyens pour placer un corps à examiner en position intermédiaire entre ce tube et ce détecteur, des moyens pour régler une première hauteur de coupe d'un premier examen tomographique de ce corps, ces moyens de réglage agissant sur la correspondance des déplacements du tube et du récepteur, et des moyens pour produire plusieurs images de tomographie de ce corps à cette première hauteur de coupe et à des hauteurs décalées de cette première hauteur de coupe, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens automatiques pour modifier la hauteur de coupe d'un examen ultérieur par addition de la hauteur de coupe du premier examen avec un décalage de hauteur dépendant d'une image de tomographie visualisée sur un écran.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont données qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent
- Figures 1 à 3 : les représentations théoriques d'un mode de réalisation de thomosynthèse perfectionné dans 1 ' invention
- Figure 4 : l'ensemble des moyens mis en oeuvre dans l'invention.

A l'aide de la figure 1, on va définir maintenant un ensemble de variables permettant, dans le dispositif de l'invention, de régler les différents appareils. On appelle T, à un instant donné, la position de la source 2 par rapport à une position centrale. On appelle H la hauteur de coupe. La hauteur H est ici prise au-dessus du plan de détection du détecteur 4. Dans la pratique ce plan de détection est le plus proche possible du dessous du panneau porte patient 9. De même, on appelle distance focale DF la distance qui sépare les plans des trajectoires de la source 2 et détecteur 4. Pour une hauteur H de pivot donnée, l'abscisse en translation du détecteur d'image est TI au même instant que l'abscisse vaut T pour la source de rayons X. On définit par ailleurs une hauteur de coupe décalée HR, séparant par exemple le plan 8 du plan du détecteur 4. Pour ce plan 8, on détermine une relation entre l'abscisse TIR du détecteur d'image qui correspondrait à une source de rayons X à l'abscisse T. Des relations homotéthiques relatives au centre de tomographie 6 on peut écrire formule 1
TI / T = H / ( DF - H ) d'où
TI = H.T / ( DF - H
De même pour le centre de tomographie décalé simulé 10 on peut écrire formule 2
TIR / T = HR / ( DF - HR ) d'où
TIR = HR.T / ( DF - HR
On en déduit le décalage des images TI - TIR donné par la formule suivante formule 3
TI - TIR = H.T / ( DF - H ) - HR.T / ( DF - HR
TI - TIR = T ( H / ( DF - H ) - HR / ( DF - HR ))
Autrement dit, connaissant un décalage en hauteur H - HR on en déduit facilement le décalage correspondant pour l'intégration des images TI - TIR. Le calcul réciproque est possible aussi.

Sur la figure 4 on voit un dispositif de tomographie conforme à l'invention. Il comporte un tube à rayons X 11 dont le foyer 2 se déplace dans un plan d'émission. Si le tube à rayons X est suspendu à un plafond 12, le plan d'émission est parallèle au plafond.

De préférence, le tube est porté par une colonne qui se déplace parallèlement en translation le long de la table. I1 existe aussi des appareils de tomographie dans lesquels le tube à rayons X est porté par une barre oscillant autour du centre d'homotéthie. La trajectoire de ces derniers tubes n'est plus alors rigoureusement dans un plan d'émission. Mais il s'agit d'une réalisation dégradée, et, en pratique, on peut considérer la trajectoire de ce tube comme sensiblement disposée dans un plan d'émission au sens de l'invention.

Le dispositif comporte également un détecteur temps réel d'images radiologiques comportant un tube intensificateur d'images radiologiques 13 couplé à une caméra vidéo 14. Le signal disponible en sortie de la caméra vidéo 14 est traité par un processeur numérique d'images 15 dans un exemple. Les images sont visualisées sur un moniteur de visualisation 16.

Le détecteur 13-14 est déplaçable dans un plan correspondant au plan dans lequel est déplacée la source 2. Cette correspondance est imposée, ici symboliquement, par la présence d'une canne de tomographie 18 reliant le tube à rayons X 11 au détecteur 13. Cette canne 18 permet par ailleurs, d'une manière connue, d'orienter le cône de rayonnement du tube à rayons X vers le récepteur 13. Cette canne de tomographie comporte une lumière 19 dans laquelle est engagé un pivot 20 dont la hauteur H est réglable. Dans la pratique elle est réglable au moyen d'un dispositif motorisé 21. Dans les systèmes modernes la canne 18 n'est plus présente elle est remplacée par un système d'asservissement électronique et par des capteurs de position respectivement du détecteur 13 et du tube à rayons X 11. Le pivot 20 permet de régler la hauteur H du plan de coupe 5. La hauteur H est réglée par action sur un bouton de commande 22 d'un pupitre de commande 23. D'une manière accessoire, et parce que cela est disponible sur les installations anciennes, le pupitre de commande 23 est aussi muni d'un afficheur 24 pour montrer à quelle hauteur H a été réglée la hauteur de coupe. Le pupitre de commande 23 comporte également un bouton de commande de mode 25 du type à deux positions. Pour une position de ce bouton 25, le dispositif est en acquisition, pour l'autre position il est en visualisation.

Comme moyen automatique de réglage le dispositif de l'invention comporte un microprocesseur 26 recevant du pupitre 23 une information H correspondant à la hauteur à laquelle a été effectuée l'acquisition, et une information HR correspondant au décalage de visualisation. Le microprocesseur 26 est en relation par l'intermédiaire d'un bus 27, d'une part avec un dispositif automatique 21 de changement de la hauteur du point pivot et d'autre part avec le processeur numérique d'image 15. Quand on indique que le microprocesseur 26 reçoit des informations de hauteur, dans la pratique, ceci peut être le résultat de la présence d'un asservissement : si le microprocesseur 26 impose une hauteur H, il peut charger dans un de ses registres la valeur de cette hauteur H, et savoir qu'elle est atteinte lorsque le dispositif 21 de réglage automatique de la hauteur du point pivot signale que ce point pivot est à la hauteur H. Ce signalement valide comme mesure la valeur enregistrée dans le registre. Il en est de même pour la hauteur HR imposant le décalage de hauteur.

Le microprocesseur 26 possède dans un de ses registres cette hauteur HR : il sait qu'elle est validée lorsque, à l'aide du bouton 22, et avec le mode correspondant, on a pu provoquer la visualisation du plan de coupe correspondant.

Le principe d'utilisation du dispositif de l'invention est le suivant. Avec le bouton de mode 25 en mode visualisation, on règle à l'aide du bouton 22 une hauteur H de coupe choisie. Par exemple, cette hauteur est également affichée sur l'afficheur 24. Une fois que cette hauteur est choisie, on change de mode avec le bouton 25 et on lance l'acquisition. Au cours de cette acquisition, le microprocesseur 26 exécute d'abord la mise à la hauteur convenable du point de pivot 20. Puis lorsque ce point de pivot est réglé, il lance l'acquisition en déplaçant en correspondance le tube 11 et le récepteur 13-14 pendant l'émission des rayons X.

L'automatisme de cette dernière séquence est connu en soi. Une fois que l'acquisition est réalisée, l'opérateur repasse en mode visualisation avec le bouton 25 et choisit, toujours à l'aide du même bouton 22, la hauteur de coupe à visualiser.

Pour exécuter toutes ces opérations le microprocesseur 26 est relié à une mémoire 28 qui comporte un programme 29 dans lequel toutes ces opérations sont décrites par des jeux d'instruction.

Ainsi, en mode visualisation, la position du bouton de commande 22 est transformée en une hauteur de visualisation HR elle-même transformée en une information de décalage latéral TI - TIR permettant au processeur numérique d'image d'effectuer la recomposition des images en vue de présenter sur le moniteur 17 l'image correspondante à la hauteur HR choisie. Le calcul du décalage latéral est effectué selon la troisième formule vue ci-dessus. Il est effectué par ailleurs conformément à l'enseignement de l'article de Miller cité dans le préambule.

En mode d'acquisition le programme 29 présente dans son principe deux jeux d'instruction exécutables successivement. Avec les instructions du premier jeu, on règle la hauteur du point pivot à une hauteur qui correspond à la hauteur imposée par le bouton de commande 22. Ce réglage est de type connu puisque dans l'état de la technique il y avait un bouton spécifique pour l'effectuer. Une fois que le point pivot est réglé en hauteur à la valeurdésirée, on lance l'acquisition avec le deuxième jeu d'instructions.

Dans un perfectionnement, le bouton de sélection de mode est un bouton de commande de type monostable. Dans l'état actif, instable, qui dure quelques instants, on effectue le réglage en hauteur du point pivot et l'acquisition radiologique. A l'issue, l'état actif bascule automatiquement dans l'état inactif correspondant au mode de visualisation.

On peut par ailleurs aussi prévoir dans les jeux d'instructions du programme 29 un jeu supplémentaire d'instructions qui organise ce caractère temporaire et ce basculement automatique du changement de mode. Le bouton de changement de mode, quand il est de type monostable, peut aussi se réduire à un bouton de déclenchement du type poussoir mécanique revenant automatiquement à sa position de départ.

Sur l'afficheur 24, on peut prévoir de ne représenter que les décalages H - HR au lieu des hauteurs absolues H ou HR. Dans la pratique, compte-tenu des habitudes des praticiens on utilisera de préférence des présentations de hauteur par rapport au plan de la table d'examen. Ceci peut signifier que, dans le mode visualisation, à une position donnée du bouton de commande 22, on n'affiche sur l'afficheur 24 que la hauteur au-dessus du plan de la table (correspondant au résultat de la soustraction H - HR). Par contre, pour la position du bouton 25 en mode d'acquisition, on commence par remplacer H par HR, et on provoque le réglage sur la valeur de HR imposée avant l'acquisition proprement dite.

Le programme 29 comporte des instructions de mesure de la hauteur de coupe ainsi que des instructions de mesure du décalage en hauteur de l'image visualisée.

Comme cela a été évoqué précédemment ces mesures peuvent consister en la validation de commandes effectuées par ailleurs par le microprocesseur 26.

Le choix d'un microprocesseur se justifie dans la mesure où un tel microprocesseur est par ailleurs disponible pour piloter d'autres fonctionnements du dispositif de radiologie. On peut cependant s'en affranchir et réaliser un circuit câblé qui, sous la commande des deux boutons 22 et 25 effectue les opérations décrites jusqu'ici. I1 en résulte dans tous les cas une amélioration de l'ergonomie : le praticien n'a jamais à transférer des informations auxquelles il accède avec un dispositif 30 de commande du processeur d'image 16, muni d'un bouton de commande 31, à calculer lui-même la hauteur à afficher, et enfin à l'appliquer avec le bouton de commande 22. Le perfectionnement apporté par l'invention est schématisé ici par la disparition du boîtier 30 et du bouton de commande 31.

Maintenant, il n'y a plus qu'un seul bouton de commande, le bouton 22 associé à un bouton de sélection de mode.

De même, il n'y a plus qu'un seul afficheur, si même un tel afficheur est désiré, il s'agit de l'afficheur 24.

Il n'y a enfin plus d'opération de calcul mental de soustraction.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de tomographie comportant un tube (11) à rayons X déplaçable dans un plan (1) d'émission, un détecteur (42-14) temps réel d'images radiologiques déplaçable en correspondance dans un plan (13) de réception, parallèle au plan d'émission, des moyens pour placer un corps à examiner en position intermédiaire (5-8) entre ce tube et ce détecteur, des moyens (21) pour régler une première hauteur (H) de coupe d'un premier examen tomographique de ce corps, ces moyens de réglage agissant sur la correspondance (18-20) des déplacements du tube et du récepteur, et des moyens (15) pour produire plusieurs images de tomographie de ce corps à cette première hauteur de coupe et à des hauteurs décalées de cette première hauteur de coupe, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens automatiques (22-25-29) pour modifier la hauteur de coupe d'un examen ultérieur par addition de la hauteur de coupe du premier examen avec un décalage de hauteur dépendant d'une image de tomographie visualisée sur un écran (17).

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens automatiques comportent un automate électronique (26-29) relié aux moyens de réglage de la hauteur de coupe pour en recevoir une information relative à la première hauteur de coupe, relié à l'écran pour en recevoir une information relative au décalage de l'image visualisée, et relié aux moyens de réglage de la hauteur de coupe pour ordonner la modification de cette hauteur de coupe préalablement à cet examen ultérieur, cet automate effectuant d'abord le calcul de la hauteur de coupe ultérieure sur la base des informations reçues, puis le réglage de la hauteur de coupe et enfin le lancement de l'examen ultérieur.

3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'automate électronique ne comporte qu'un seul bouton (22) de réglage de la hauteur de coupe en relation avec un seul afficheur (24), ce bouton servant à afficher une hauteur de coupe d'un examen de tomographie à lancer, ainsi qu'à choisir la hauteur d'une coupe à visualiser sur l'écran, le passage d'un mode à l'autre étant provoqué par une action sur un bouton de déclenchement (25).

4 - Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce que le bouton de déclenchement (25) est relié à un circuit monostable, en ce que pendant la phase active du signal délivré par ce circuit monostable on règle au préalable, en fonction de la position du bouton de réglage, la hauteur de coupe à une hauteur qui correspond à une hauteur affichée sur l'afficheur puis on lance un examen de tomographie, et en ce que, pendant la phase inactive ultérieure de ce signal délivré par ce circuit monostable, on impose, avec le même bouton de réglage, la hauteur de la coupe visualisée sur l'écran.

5 - Dispositif selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que l'automate électronique comporte un microprocesseur (26) en relation par un bus d'échange (27) avec une mémoire contenant un programme pour gérer ces moyens et les boutons, ce programme comportant des instructions de mesure de la hauteur de coupe, des instructions pour imposer un décalage pour la visualisation, des instructions de mesure de ce décalage de hauteur de l'image visualisée, des instructions de réglage d'une hauteur de coupe fonction d'une hauteur précédente et d t un décalage mesuré, et des instructions pour provoquer une acquisition ultérieure.

6 - Dispositif selon la revendication 5, modifié en ce que le microprocesseur et la mémoire sont remplacés par un circuit câblé.

7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 6, caractérisé en ce que le détecteur d'images radiologiques comporte un tube intensificateur (13) d'images radiologiques associé à une caméra (14) de télévision et à un dispositif (15) d'enregistrement numérique des images.