FR2697918A1

FR2697918A1 - Dispositif de scintigraphie.

Info

Publication number: FR2697918A1
Application number: FR9213560A
Authority: FR
Inventors: Lange Kai
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1992-11-10
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1994-05-13
Anticipated expiration: 2012-11-10
Also published as: FR2697918B1

Abstract

Pour adapter des dispositifs de scintigraphie avec de grands détecteurs (1-4) à l'examen de petits objets (10), on prévoit de décaler (d) les détecteurs du dispositif les uns (4) par rapport aux autres (1) de manière à ce qu'ils masquent en partie les faces actives d'un détecteur (1) précédent. On montre que ce dispositif permet alors d'approcher les détecteurs au plus près des objets à examiner et donc d'obtenir une meilleure sensibilité de détection et une meilleure résolution des images produites.

Description

DISPOSITIF DE SCINTIGRAPHIE
La présente invention a pour objet un dispositif de scintigraphie utilisable en particulier dans le domaine médical. Ce dispositif appelé aussi gamma-caméra est utile aussi bien pour effectuer des tomographies en émission que des tomographies en transmission. Le but de ce dispositif est d'utiliser au maximum les caractéristiques de détection des détecteurs par scintigraphie, et donc d'approcher au maximum ces détecteurs des patients à examiner.

Une gamma-caméra permet d'obtenir une image de l'activité d'un organe, à l'intérieur du corps d'un patient. Dans ce but, on injecte dans le sang de ce patient un marqueur radioactif qui, en se métabolisant, émet des rayons gamma dont le nombre ou l'énergie renseigne quantitativement et qualitativement sur le fonctionnement de l'organe où ils se métabolisent. La mesure et le comptage de ces rayonnement sont effectués à l'aide d'un détecteur. Un détecteur est normalement constitué par un arrangement de tubes photomultiplicateurs dont les faces d'entrée, constituant ensemble la face active du détecteur reçoivent les rayonnements gamma.Pour améliorer la détection on place normalement sur les faces d'entrée des tubes photomultiplicateurs un cristal scintillateur qui est constitué d'une plaque en un matériau transformant les rayons gamma reçus en des scintillations lumineuses détectées par les tubes photomultiplicateurs. Ces scintillations lumineuses excitent des dynodes de ces tubes photomultiplicateurs et ces tubes débitent des courants dont on mesure l'intensité révélatrice du rayonnement capté.

Compte tenu de la statistique de détection du cristal scintillateur, ainsi que de celle des tubes photomultiplicateurs, l'image d'un rayonnement gamma est répartie sur un ensemble de tubes. Dans un circuit de mesure relié à tous les tubes photomultiplicateurs on effectue la barycentration géographique des courants mesurés pour savoir d'où exactement provient, en regard de la face d'entrée du détecteur, le rayonnement gamma ainsi capté. Les principes de ces gamma caméras sont en particulier décrits dans le brevet Américain Anger NO 3 011 057. La forme de la face d'entrée des détecteurs est rectangulaire alors qu'elle a été jusqu'à ces dernières années ronde. Dans un exemple la face d'entrée mesure environ 40 cm par 50cm.Dans un autre exemple, où le détecteur est destiné à examiner de petites parties des patients, par exemple le crâne, les détecteurs utilisés sont plus petits et leur champ de détection fait par exemple 20 cm par 30 cm.

De manière à ce que les détections soient les plus efficaces possibles, il importe d'approcher le détecteur le plus près possible du patient, presque à le toucher.

Le détecteur est en général éloigné d'un ou deux centimètres du patient. Normalement, la constitution d'une image en tomographie est relativement longue. En effet, l'acquisition des informations relatives à une tomographie nécessite des vues nombreuses du patient, pendant lequel le dispositif est immobile. Une vue correcte peut être obtenue en 20 à 30 secondes. Comme il en faut environ 60, réparties avec des incidences distribuées sur 1800, la définition d'une image de tomographie peut durer de l'ordre de 20 mn.

Pour réduire cette durée il a été préconisé d'utiliser simultanément plusieurs détecteurs orientés tous ensemble en direction du corps du patient à examiner. Par exemple, ces détecteurs sont tous montés sur un châssis et peuvent être déplacés radialement en direction du patient. On comprend néanmoins que ces détecteurs répartis à la périphérie du châssis ne peuvent être approchés du patient que dans la mesure où leurs encombrements respectifs ne gênent pas cette approche. Si on examine le thorax du patient, on utilisera de préférence les détecteurs à grand champ, si on examine la tête il faudra utiliser des détecteurs à petit champ. On constate donc un premier inconvénient lié à la nécessité de devoir posséder deux types de détecteurs, deux équipements, ce qui grève le court d'une installation et en réduit la rentabilité.Si on n'en possède qu'un, par exemple celui à grands champs les détecteurs ne peuvent être approchés suffisamment. Alors les images tomographiques sont mauvaises.

C'est donc un but de la présente invention de proposer une machine, notamment pour faire des tomographies par scintigraphie qui comporte un nombre limité de détecteurs, et dans ce cas de préférence des grands détecteurs, avec laquelle on n'ait pas à souffrir des problèmes d'encombrement. Pour résoudre ce problème une idée de l'invention consiste, en rapprochant les détecteurs en direction de l'organe à examiner à les décaler, avec une composante tangentielle toujours orientée de la même façon afin que les surfaces actives de ces détecteurs puissent s'emboiter les unes dans les autres et permettre ainsi la réduction du volume résultant de leur enchevêtrement. On déplace alors en correspondance le centre de reconstruction des tomographies.L'idée de déplacer le centre de reconstruction du fait du recouvrement des détecteurs les uns par les autres permet alors d'étudier, avec des grands détecteurs, des petits objets.

L'invention a donc pour objet un dispositif de scintigraphie comportant:
- des détecteurs avec des faces actives inclinées les unes par rapport aux autres,
- ces détecteurs étant mécaniquement liés à un statif pouvant tourner dans un plan autour d'une partie du corps d'un patient à examiner,
- un mécanisme pour déplacer ces détecteurs radialement dans ce plan, de part et d'autre et en direction de cette partie, caractérisé en ce que
- le mécanisme comporte des moyens pour décaler ces détecteurs latéralement par rapport à ce statif, ces décalages possédant tous une composante tangentielle de même orientation circulaire.

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 - Figure 1 : une représentation schématique en coupe d'un dispositif classique de scintigraphie de l'état de la technique montant la limite de ses performances ; - Figure 2 : une représentation schématique en coupe d'un dispositif conforme à l'invention où le problème d'encombrement a été résolu - Figures 3 et 4: des représentations en coupe des champs examinés réellement pour l'encombrement donné ; - Figures 5, 6 et 7 : un perfectionnement du dispositif de l'invention montrant une optimisation du champ réellement examiné par rapport à l'espace d'accès ; - Figure 8 : un autre perfectionnement montrant comment on peut acquérir simultanément une tomographie d'émission et une tomographie de transmission ; - Figure 9 : une variante de réalisation du dispositif de l'invention ; - Figures 10 et 11 : des exemples schématiques de modifications à apporter sur des machines de l'état de la technique pour leur permettre de mettre en oeuvre l'invention.

La Figure 1 montre le dispositif de scintigraphie de l'état de la technique. Celui-ci comporte schématiquement quatre détecteurs notés 1 à 4 munis chacun d'un collimateur d'entrée respectivement 5 à 8.

Les scintillateurs et les jeux de tubes photomultiplicateurs ne sont pas représentés.

L'encombrement des détecteurs, la largeur D de chacun d'eux (quand ils sont de même taille), fixe le volume minimum d'examen 9, que l'on peut surveiller avec un tel appareil. Si une partie examinée, par exemple le crâne 10 d'un patient porté par une couche 11 n'occupe pas tout le volume 9 on se rend compte que l'encombrement D empêche d'approcher les détecteurs presqu'au contact avec le crâne 10. Normalement, les détecteurs 1 à 4 sont montés sur un statif (non représenté), ils sont déplaçables radialement selon des directions matérialisées par les flèches 12 à 15. Dans ce cas les tomographies ne sont pas excellentes, ou sont longues à acquérir.

La Figure 2 montre schématiquement le dispositif de l'invention. Celui-ci comporte, comme dans le cas précédent, des détecteurs 1-4 avec des faces actives inclinées les unes par rapport aux autres. Dans l'exemple, l'inclinaison des faces est de préférence de 900 : il y a quatre détecteurs. Comme précédemment ces détecteurs sont mécaniquement liés à un statif (non représenté). Ce statif peut par ailleurs tourner selon un mouvement montré par la flèche 16. Dans ce cas, pour effectuer des tomographies l'ensemble occupe diverses orientations autour d'un centre 17. Le dispositif de l'invention comporte, classiquement, un mécanisme pour déplacer les détecteurs radialement dans un plan, en direction du centre 17. Ce déplacement radial est par exemple effectué selon des directions 12 à 15 comme précédemment.Un mécanisme qui permet ce déplacement radial est connu de l'état de la technique et en particulier de la demande internationale de brevet au nom du présent demandeur publiée sous le nO WO 92/07512.

Selon une caractéristique essentielle de l'invention le mécanisme de déplacement comporte également des moyens pour décaler, par exemple selon les flèches 18 à 21, chacun des détecteurs tangentiellement par rapport au statif. On notera cependant qu'autant ces déplacements peuvent être, selon les flèches 18 à 21, dans un sens ou dans l'autre autant ils doivent être tous orientés avec une même direction au départ tangentielle. Ils sont par exemple tous décalés dans le sens des aiguilles d'une montre ou tous dans le sens trigonométrique.

Ce faisant on décale chacun des détecteurs de la position médiane centrée sur le centre 17 qu'il occupe naturellement. En effectuant alors des déplacements ultérieurs selon les flèches 22 à 25 parallèles aux flèches 12 à 15 d'orientation radiales on peut rapprocher les détecteurs les uns des autres de façon à ce que chacun (par exemple le détecteur 4) recouvre en partie la face active d'un autre détecteur (dans ce cas le détecteur 1). La face active recouverte est réduite de la dimension d. Ce faisant, le volume utile 26 peut être réduit à un carré de section (D-d)2. On voit alors que dans ces conditions les détecteurs peuvent être approchés au plus près de la tête 10 du patient. Ceci conduira à réaliser de meilleures images et, au cas où on réalise des tomographies, de meilleures tomographies.

Dans les circuits de prise en compte des signaux délivrés par les divers photomultiplicateurs de chacun des détecteurs on interposera, selon l'invention, un dispositif ou un système tel que le système 27 pour neutraliser les signaux délivrés par les photomultiplicateurs dont le champ est masqué par un boîtier d'un autre détecteur qui les recouvre. Ceci est montré symboliquement ici par un jeu d'interrupteurs en position ouverts reliés à ces photomultiplicateurs. Dans la pratique, plutôt que d'avoir recours à un système physique avec interrupteurs, compte tenu du traitement numérique des signaux délivrés par chacun des photomultiplicateurs, on pourra négliger de traiter les signaux délivrés par les photomultiplicateurs masqués.

Le traitement informatique sera modifié en conséquence, en limitant dans les algorithmes de calcul le champ utile au champ D-d, et en décalant le centre de ce champ de d/2. Ceci est effectué simplement en utilisant d/2 comme paramètre de définition du centre dans ces algorithmes de reconstruction. Tel que le système est décrit il améliore donc la sensibilité rien que parce qu'il permet d'approcher des détecteurs, grands, près d'un objet petit.

Le nombre des détecteurs n'est pas nécessairement de quatre. Il peut par exemple être de six, auquel cas l'ensemble a l'allure d'un hexagone plutôt que d'un carré, ou même au contraire les détecteurs peuvent être moins nombreux : il peut par exemple n'y en avoir que trois, la section du volume d'intérêt est alors un triangle. Dans tous les cas il est possible, en se décalant, de prévoir un recouvrement et de définir respectivement un hexagone, un triangle ou une autre figure régulière de dimensions variables.

Les Figures 3 et 4 montrent les champs utiles vus dans un objet 10 à examiner, compte tenu de la perte de détection due à la position des photomultiplicateurs dans la face d'entrée d'un détecteur. On constate en effet, Figure 2, que les collimateurs 5 à 8 n'occupent pas la totalité de la largeur D. En effet, de part et d'autre de chacun de ces collimateurs subsiste un espace e qui constitue une perte de surface de détection liée à la nécessité de placer les tubes photomultiplicateurs dans un boîtier. Ceci signifie que toutes les parties qui se situent à l'aplomb, verticalement, de ces espaces e dans le volume 10 à étudier ne sont pas correctement étudiées.Les Figures 3 et 4 montrent, respectivement pour une grande section et une petite section d'une part un cercle intérieur d'intérêt respectivement 28 et 29, où les mesures permettront d'acquérir des images de bonne qualité, et d'autre part des couronnes périphériques, respectivement 30 et 31, où la qualité de signal sera moins bonne. En effet à chaque vue un seul des détecteurs d'un couple de détecteurs opposés contribue à la formation de la vue, l'autre n'y contribuant pas. Celui qui présente au champ à examiner son espace e ne permet pas de détecter une quelconque information utile. Les images en tomographies sont alors bonnes pour les parties 28 et 29 et un peu moins bonnes pour les parties 30,31.

Les Figures 5, 6 et 7 montrent, dans les mêmes conditions que précédemment, une amélioration notable apportée dans un perfectionnement de l'invention. Ce perfectionnement consiste à utiliser des collimateurs tels que 32 à 35 à trous parallèles inclinés. Dans ces conditions d'une part, on réduit sensiblement, Figure 6 et Figure 7, les épaisseurs des couronnes 30 et 31 dans lesquelles la résolution et la sensibilité sont moins bonnes. En effet, un rapide calcul permettrait de montrer que l'épaisseur de mauvaise détection est réduite de moitié par rapport au cas précédent. En outre, le phénomène d'inclinaison permet d'effectuer un agrandissement proportionnel à l'inverse du cosinus de l'angle d'inclinaison. Dans un exemple préféré l'inclinaison des collimateurs est de l'ordre de 150 par rapport à la normale au plan de la face d'entrée des détecteurs.Sur le plan pratique il n'y a pas besoin de modifier les algorithmes de localisation, ni même de reconstruction tomographique : il suffit dans ce cas de prendre les collimateurs 32 à 35 avec tous une meme inclinaison. L'inclinaison est telle que, pour un décalage nominal (moyen), un photomultiplicateur extrême d'un détecteur soit collimaté en direction de la limite non masquée du détecteur qui lui face.

La Figure 8 montre un autre perfectionnement de l'invention qui, en particulier couplé avec des collimateurs à trous inclinés, permet d'acquérir simultanément des vues relatives à une tomographie en émission et des vues relatives à une tomographie en transmission. Par exemple les détecteurs 1 et 3 sont munis des collimateurs 32 et 34 inclinés et permettent d'acquérir des vues relatives à une tomographie en émission : le volume du corps du patient, circonscrit par les limites 36 et 37 reliant les directions de collimation extrêmes des collimateurs 32 et 34, émet utilement des rayons gammas qui sont détectés par les détecteurs 1 et 3. Ceux-ci permettent d'acquérir une image de tomographie en émission pure. Par contre, un des détecteurs, par exemple le détecteur 4, a été remplacé par une source radioactive 38.La source 38 est une source plane contenue dans un boitier de confinement qui peut être obturée par un couvercle amovible. Elle est de même dimension qu'un scintillateur, et occupe sa place. Le détecteur 4, remplacé par la source, et le détecteur 2, sont surmontés de préférence chacun d'un collimateur, lui aussi de préférence à trous inclinés, respectivement 35 et 33. Le détecteur 2 situé en regard du collimateur 33 détecte des radiations relatives d'une part aux émissions radioactives internes au corps du patient et d'autre part, aux émissions émises par la source 38 et transmises par le corps du patient. De préférence, la longueur d'ondes des radiations émises par la source 38 est la même que celle des radiations émises naturellement par le corps.Dans ce cas les vues détectées par le détecteur 2 sont des vues correspondant à un phénomène de transmission et à un phénomène d'émission. On règle l'activité de la source 38 en conséquence en modifiant son épaisseur. Pour avoir un résultat d'une vue en transmission pure, il suffit de soustraire de l'image détectée par une vue en émission-transmission le résultat d'une vue en émission pure qui occuperait la même position (une fois que le statif aura tourné de 900). Dans une autre solution la source radioactive n'est pas la même, et on peut extraire de l'image détectée par le détecteur 2 directement l'image en transmission pure en réglant les niveaux d'énergie du signal détecté pour correspondre à la bande d'énergie du produit radioactif utilisé pour cette source.

Sur la Figure 9 on a représenté, en variante, une combinaison d'un système décrit dans la demande internationale de brevet citée ci-dessus et de celui de la présente invention. De plus, pour montrer le caractère complet de l'invention on a montré des détecteurs n'ayant pas des tailles identiques. Ainsi deux détecteurs ont une largeur D alors qu'un troisième détecteur a une largeur D' plus petite. Un des détecteurs est double et il comporte le grand détecteur 39 et le petit détecteur 40 montés à angle droit l'un de l'autre et déplaçables ensemble radialement selon la flèche 41 ou tangentiellement selon la flèche 42 par rapport à un statif circulaire 43 de centre 44. De même un troisième détecteur 45 est déplaçable radialement selon les flèches 46 et tangentiellement selon les flèches 47.Pour déterminer les surfaces utiles des détecteurs, dans le montage de la Figure 9 ou dans les montages précédents on utilisera des circuits du type de ceux décrits dans la demande internationale de brevet précitée.

Les Figures 10 et 11 montrent deux exemples de réalisation de mécanismes permettant de décaler des détecteurs, dans les directions possédant une composante tangentielle. Par exemple, Figure 10, le détecteur 1 est monté en coulissement le long de glissières 48 sur une platine 49. Un moteur 50 muni d'un pignon denté 51 et s'engrenant dans une crémaillère 52 solidaire de la platine 49 permet la translation et le maintien en position du détecteur 1 par rapport à la platine 49.

Dans la pratique, la platine 49 est mue radialement, selon la flèche 12, par rapport au statif, tandis que le détecteur peut être déplacé latéralement, selon la flèche 18, par rapport à la platine. La glissière 48 et la crémaillère 52 sont donc sensiblement perpendiculaires à l'orientation radiale.

En variante, le système à déplacement latéral peut être réalisé différemment. Dans ce cas une platine 53 peut être déplacée en rotation par rapport au statif 58 autour d'un centre de rotation 54. Un détecteur 1 est monté en rotation sur un autre endroit 55 de la platine 53. Alors que la platine est mue radialement, selon une flèche 12 en direction d'un centre 17 de rotation du statif, la platine 53 peut être tournée sur elle-même d'un certain angle 56 alors que le détecteur 1 tourne d'un angle complémentaire inverse 57 autour de l'articulation 55. D'autres systèmes sont également envisageables.

Le réglage du système en utilisation est le suivant. On approche les détecteurs en direction du corps du patient le plus près possible. Si les détecteurs se touchent avant d'être suffisamment proches du corps, on les décale latéralement d'une petite quantité, par exemple quelques centimètres. Puis on recommence à les approcher radialement l'un de l'autre jusqu'à ce qu'ils se touchent à nouveau. On procède ainsi de suite jusqu'à ce que l'écart par rapport au corps du patient soit le meilleur. On peut utiliser directement les déplacements des moteurs 50 ou mesurer directement les rotations 56 et 57 pour en déduire les décalages d utilisés par les algorithmes de traitement.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de scintigraphie comportant:

- des détecteurs avec des faces actives inclinées les unes par rapport aux autres,

- ces détecteurs étant mécaniquement liés à un statif pouvant tourner dans un plan autour d'une partie du corps d'un patient à examiner,

- un mécanisme pour déplacer ces détecteurs radialement dans ce plan, de part et d'autre et en direction de cette partie, caractérisé en ce que

- le mécanisme comporte des moyens pour décaler, ces détecteurs par rapport à ce statif, ces décalages possédant tous une composante tangentielle de même orientation circulaire.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte

- quatre détecteurs inclinés sensiblement à angle droit les uns par rapport aux autres.

3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que

- les détecteurs sont de même taille.

4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que

- au moins un détecteur est muni d'un collimateur à trous en oblique par rapport à une face active de ce détecteur.

5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que

- l'angle d'inclinaison des trous obliques est de 15 degrés par rapport à la normale à la face active du détecteur.

6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que

- chaque détecteur est monté sur une platine déplaçable radialement et tangentiellement dans ledit plan.

7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que

- chaque détecteur est monté en rotation sur une platine déplaçable en rotation par rapport au statif.

8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que

- un des détecteurs est remplacé par une source radioactive plane surmontée d'une plaque de dispersion inclinée.