FR2728154A1 - Optical system for accurate positioning in radiological equipment - Google Patents
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Abstract
Description
APPAREIL DE RADIOLOGIE A SYSTèME OPTIQUE
DE GUIDAGE DE POSITIONNEKENT
La présente invention concerne un appareil de radiologie à système optique de guidage de positionnement. Elle s'applique en particulier aux appareils de radiologie équipés d'un cadre de stéréotaxie.RADIOLOGY APPARATUS WITH OPTICAL SYSTEM
GUIDE TO POSITIONNEKENT
The present invention relates to a radiology device with an optical positioning guidance system. It applies in particular to radiology devices equipped with a stereotaxic frame.
Un appareil de radiologie numérique à usage neurologique ou vasculaire se compose généralement des éléments suivants
- un tube à rayons X et un collimateur pour former et délimiter le faisceau de rayons X,
- un récepteur d'images, généralement un
Intensificateur d'Image Radiologique (IIR) plus une caméra vidéo,
- un positionneur portant l'ensemble formé par le tube à rayons X, le collimateur, 1'IIR et la caméra vidéo, lequel est mobile dans l'espace autour d'axes xx' et yy' et éventuellement d'un troisième axe zz'.A digital radiology device for neurological or vascular use generally consists of the following elements
- an X-ray tube and a collimator to form and delimit the X-ray beam,
- an image receiver, usually a
Radiological Image Intensifier (IIR) plus a video camera,
- a positioner carrying the assembly formed by the X-ray tube, the collimator, the IIR and the video camera, which is mobile in space around axes xx 'and yy' and possibly a third axis zz '.
L'orientation dans l'espace des axes xx' et yy' dépend de l'angle de rotation autour de zz'. Celle de l'axe yy' dépend également de l'angle de rotation autour de xx'. Ces axes de rotation sont orthogonaux entre eux et se croisent en un point appelé isocentre du positionneur. Cette configuration permet d'orienter l'axe du faisceau de rayons X dans à peu près toutes les directions de l'espace,
- une table pourvue d'un plateau destiné à supporter le patient en position allongée. Ce plateau peut être déplacé selon les trois directions x, y et z de l'espace de façon à positionner correctement le patient par rapport à l'isocentre du positionneur.The spatial orientation of the axes xx 'and yy' depends on the angle of rotation around zz '. That of the axis yy 'also depends on the angle of rotation around xx'. These axes of rotation are orthogonal to each other and intersect at a point called the positioner's isocenter. This configuration makes it possible to orient the axis of the X-ray beam in almost all directions of space,
- a table provided with a tray intended to support the patient in the lying position. This tray can be moved in the three directions x, y and z of the space so as to correctly position the patient relative to the isocenter of the positioner.
Le tube à rayons X est alimenté par un générateur haute tension et les images issues de la caméra vidéo sont traitées, visualisées et stockées dans un système numérique de traitement d'image. The X-ray tube is powered by a high voltage generator and the images from the video camera are processed, viewed and stored in a digital image processing system.
Un tel appareil radiologique peut notamment être utilisé pour pratiquer des interventions à l'aide d'un dispositif appelé cadre de stéréotaxie. Ce dispositif permet d'immobiliser la tête du patient à l'aide de quatre pointes en métal insérées dans la boîte cranienne dans de petits trous forés dans l'os par le chirurgien. Le cadre est fixé solidement au plateau de la table. Le cadre peut être muni d'éléments de repérage radio-opaques qui permettent de situer avec précision dans l'espace les structures anatomiques. Such a radiological device can in particular be used to perform interventions using a device called a stereotaxic framework. This device allows the patient's head to be immobilized using four metal points inserted in the cranial box in small holes drilled in the bone by the surgeon. The frame is securely attached to the table top. The frame can be provided with radiopaque locating elements which allow the anatomical structures to be precisely located in space.
Un tel dispositif permet de repositionner avec une très grande précision la tête du patient par rapport au cadre. Cette faculté est impérative si le patient doit subir plusieurs examens successifs, ce qui est le cas pour certains traitements ou opérations.Such a device allows the patient's head to be repositioned with great precision relative to the frame. This faculty is imperative if the patient must undergo several successive examinations, which is the case for certain treatments or operations.
I1 est nécessaire pour certaines applications de stéréotaxie de repositionner avec précision le système radiologique par rapport au cadre, généralement pour des prises de clichés radiologiques orthogonaux face et profil, par exemple pour le contrôle du positionnement correct des outils ou instruments en cours d'opération. It is necessary for certain stereotaxic applications to precisely reposition the radiological system with respect to the frame, generally for taking orthogonal radiographic images on the face and profile, for example for checking the correct positioning of the tools or instruments during operation.
Les tables radiologiques et les positionneurs sont en général équipés de systèmes d'affichage de leur position par rapport aux axes de référence. La position linéaire d'une table radiologique par rapport aux axes x, y et z s'exprime en millimètres. La position angulaire de rotation du positionneur autour des axes xx', yy' et zz' s'exprime en degrés. X-ray tables and positioners are generally equipped with systems for displaying their position relative to the reference axes. The linear position of an X-ray table with respect to the x, y and z axes is expressed in millimeters. The angular position of rotation of the positioner around the axes xx ', yy' and zz 'is expressed in degrees.
Ces valeurs de position de table et d'angles du positionneur sont données soit par rapport à une référence déterminée à l'installation, soit par rapport à une référence déterminée par l'utilisateur en fonction de ses besoins. These values of table position and positioner angles are given either in relation to a reference determined at the installation, or in relation to a reference determined by the user according to his needs.
Les mesures des positions sont généralement obtenues à partir de capteurs potentiométriques (ou similaires) montés sur les équipements. Position measurements are generally obtained from potentiometric sensors (or similar) mounted on the equipment.
Le repositionnement dans une configuration donnée du système radiologique peut se faire de deux façons en mode manuel ou en mode automatique. En mode manuel, l'opérateur commande lui-même le déplacement des différents éléments en suivant les indications du dispositif d'affichage des positions jusqu'à l'obtention des positions désirées. En mode automatique, pour les appareils les plus perfectionnés, il est possible de mémoriser les positions des différents axes et de les retrouver automatiquement à la demande de l'opérateur. Repositioning in a given configuration of the radiological system can be done in two ways in manual mode or in automatic mode. In manual mode, the operator himself controls the movement of the various elements by following the indications of the position display device until the desired positions are obtained. In automatic mode, for the most sophisticated devices, it is possible to memorize the positions of the different axes and to find them automatically at the operator's request.
Quel que soit le mode utilisé, la précision de repositionnement obtenue est d'environ plus ou moins 1 mm sur les positions du plateau et plus ou moins un degré sur les positions angulaires du positionneur, dans le meilleur des cas. Ceci est dû à l'ensemble des erreurs introduites dans la chai ne de mesure résolution des capteurs, jeux de transmission etc. Whatever mode is used, the repositioning precision obtained is approximately plus or minus 1 mm in the positions of the plate and plus or minus one degree in the angular positions of the positioner, in the best of cases. This is due to all of the errors introduced into the sensor resolution measurement chain, transmission clearances, etc.
De plus, ces valeurs ne tiennent pas compte des flexions du plateau de table et autres déformations possibles sous charge de la table et du positionneur.In addition, these values do not take into account bending of the table top and other possible deformations under load of the table and the positioner.
Un contrôle plus précis du positionnement peut être fait en utilisant des marqueurs de visée radio-opaques, mais ceux-ci obligent l'opérateur à effectuer les opérations de repositionnement du système radiologique sous fluoroscopie. Ceci occasionne une irradiation supplémentaire du patient et de l'opérateur. A more precise control of the positioning can be done using radiopaque aiming markers, but these oblige the operator to carry out the repositioning operations of the radiological system under fluoroscopy. This causes additional irradiation of the patient and the operator.
La présente invention a précisément pour objet d'apporter une solution à ce problème de repositionnement du plateau de la table et du positionneur. Elle met en oeuvre pour cela une source émettrice d'un faisceau laser fixée au positionneur et des éléments de réflexion de ce faisceau fixés au plateau de la table. The object of the present invention is precisely to provide a solution to this problem of repositioning the table top and the positioner. To do this, it uses a source emitting a laser beam fixed to the positioner and elements for reflecting this beam fixed to the table top.
L'invention a donc pour objet un appareil de radiologie comprenant
- un système radiologique comportant des moyens d'émission d'un rayonnement radiologique suivant un axe donné,
- un positionneur supportant le système radiologique et mobile en rotation autour d'axes de l'espace xx', yy' et éventuellement zz' se croisant en un point appelé isocentre du positionneur,
- une table pourvue d'un plateau destiné à recevoir un patient et à le positionner par rapport à l'isocentre du positionneur, le plateau étant mobile en translation le long de chacun desdits axes de l'espace,
- des moyens de repositionnement du système radiologique par rapport au plateau de la table, caractérisé en ce que les moyens de repositionnement comprennent un dispositif optique de guidage comportant un ensemble constitué
- d'une partie solidaire du positionneur et
comprenant une source émettrice d'un faisceau
laser selon une direction déterminée par rapport
à l'axe du rayonnement radiologique,
- d'au moins une partie réflectrice solidaire du
plateau et comprenant des moyens miroir comportant
une cible et apte à réfléchir ledit faisceau laser, l'ensemble comprenant en outre des moyens permettant, grâce à la réflexion du faisceau laser sur les moyens miroir, de disposer ces moyens miroir dans une position de référence par rapport au faisceau laser. The invention therefore relates to a radiology device comprising
- a radiological system comprising means for emitting radiological radiation along a given axis,
- a positioner supporting the radiological and mobile system in rotation around space axes xx ', yy' and possibly zz 'intersecting at a point called the positioner's isocenter,
a table provided with a plate intended to receive a patient and to position it relative to the isocenter of the positioner, the plate being movable in translation along each of said axes of space,
- Means for repositioning the radiological system with respect to the table top, characterized in that the repositioning means comprise an optical guide device comprising an assembly made up
- an integral part of the positioner and
comprising a beam emitting source
laser in a direction determined with respect to
to the axis of the radiological radiation,
- at least one reflective part secured to the
tray and comprising mirror means comprising
a target and capable of reflecting said laser beam, the assembly further comprising means allowing, by virtue of the reflection of the laser beam on the mirror means, to place these mirror means in a reference position with respect to the laser beam.
Un moyen simple de réaliser les moyens permettant de disposer les moyens miroir dans une position de référence est d'utiliser un élément servant de surface de réception du faisceau laser réfléchi, cette surface entourant la fenêtre d'émission de la source laser. A simple means of producing the means making it possible to arrange the mirror means in a reference position is to use an element serving as a reception surface for the reflected laser beam, this surface surrounding the emission window of the laser source.
De préférence, ladite position de référence est une position où les moyens miroir sont dans un plan perpendiculaire au faisceau laser. Preferably, said reference position is a position where the mirror means are in a plane perpendicular to the laser beam.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels
- la figure 1 représente, de façon sommaire, un appareil de radiologie selon la présente invention et dans une première position de réglage,
- la figure 2 représente le même appareil dans une deuxième position de réglage.The invention will be better understood and other advantages and particularities will appear on reading the description which follows, given by way of nonlimiting example, accompanied by the appended drawings among which
FIG. 1 shows, in summary, a radiology device according to the present invention and in a first adjustment position,
- Figure 2 shows the same device in a second adjustment position.
En se référant aux figures 1 et 2, l'appareil de radiologie représenté comprend un tube 1 à rayons
X qui délivre, via un collimateur 2, un faisceau 4 de rayons X selon un axe 3. Le faisceau 4 est émis vers l'intensificateur d'image radiologique 5 auquel est adjointe une caméra vidéo 6. Un positionneur 7, en forme d'arc, porte le tube 1 et le collimateur 2 à l'une de ses extrémités et l'intensificateur d'image radiologique 5 et la caméra 6 à son autre extrémité.Referring to Figures 1 and 2, the radiology device shown comprises a tube 1 with rays
X which delivers, via a collimator 2, a beam 4 of X-rays along an axis 3. The beam 4 is emitted towards the radiological image intensifier 5 to which is added a video camera 6. A positioner 7, in the form of arc, carries the tube 1 and the collimator 2 at one of its ends and the radiological image intensifier 5 and the camera 6 at its other end.
Le positionneur 7 est mobile dans l'espace autour des axes xx', yy' et zz'. Ces axes sont orthogonaux entre eux et se croisent à l'isocentre I du poisitonneur. L'axe 3 du faisceau de rayons X passe par l'isocentre I. Dans le cas de la figure 1, cet axe 3 est confondu avec l'axe vertical zz'. The positioner 7 is movable in space around the axes xx ', yy' and zz '. These axes are orthogonal to each other and intersect at the isocenter I of the pitting machine. The axis 3 of the X-ray beam passes through the isocenter I. In the case of FIG. 1, this axis 3 coincides with the vertical axis zz '.
La table 8 est équipée d'un plateau 9 transparent aux rayons X et destiné à recevoir un patient en position allongée. La table est fixe mais le plateau peut être déplacé le long des trois directions x, y et z de l'espace pour amener la partie du corps du patient à examiner à l'isocentre du positionneur. The table 8 is equipped with a plate 9 transparent to X-rays and intended to receive a patient in the lying position. The table is fixed but the tray can be moved along the three directions x, y and z of the space to bring the part of the patient's body to be examined to the positioner's isocenter.
On a également représenté, fixé au plateau 9, un cadre de stéréotaxie 10 équipé des quatre pointes 11 d'immobilisation de la tête du patient. Also shown, attached to the plate 9, a stereotaxic frame 10 equipped with four pins 11 for immobilizing the patient's head.
Sur la figure 1, le positionneur 7 est dans une position permettant d'acquérir une vue de face du patient, le tube à rayons X et le collimateur étant sous le plateau 9 et l'intensificateur d'image radiologique et la caméra vidéo étant au-dessus. In FIG. 1, the positioner 7 is in a position making it possible to acquire a front view of the patient, the X-ray tube and the collimator being under the plate 9 and the radiological image intensifier and the video camera being at -above.
Selon un mode de réalisation de l'invention, une diode laser 12 est fixée rigidement sur le collimateur 2 de façon qu'elle puisse émettre un faisceau lumineux 13 vers le cadre de stéréotaxie 10. According to one embodiment of the invention, a laser diode 12 is rigidly fixed on the collimator 2 so that it can emit a light beam 13 towards the stereotaxic frame 10.
Le faisceau lumineux 13 est réglé pour être parallèle à l'axe 3 du faisceau de rayons X et à une distance d de cet axe 3. Cette distance d n'est pas critique.The light beam 13 is adjusted to be parallel to the axis 3 of the X-ray beam and at a distance d from this axis 3. This distance d is not critical.
Elle est essentiellement imposée par la taille du collimateur 2 et par la taille du cadre de stéréotaxie 10.It is essentially imposed by the size of the collimator 2 and by the size of the stereotaxic frame 10.
Deux petits miroirs 14 et 15 sont fixés sur le cadre de stéréotaxie 10, perpendiculairement au plan du cadre, respectivement sur le bord inférieur et sur le bord latéral droit. Le centre de chaque miroir, ou cible, est également à la même distance d de l'axe 3 que le faisceau laser 13, lorsque ce miroir se trouve être en vis-à-vis de la diode laser 12. Two small mirrors 14 and 15 are fixed on the stereotaxic frame 10, perpendicular to the plane of the frame, respectively on the lower edge and on the right lateral edge. The center of each mirror, or target, is also at the same distance d from the axis 3 as the laser beam 13, when this mirror is found facing the laser diode 12.
Les miroirs 14 et 15 sont pourvus de gravures en cercles concentriques autour de leur centre. Ces gravures sont destinées à guider l'opérateur. Pour des raisons de commodité de réglage, les miroirs sont constitués chacun par une couche réflectrice partiellement transparente et déposée sur un support en matériau transparent. On peut ainsi observer l'impact lumineux du faisceau 13 également sur la face arrière du miroir. Mirrors 14 and 15 are provided with engravings in concentric circles around their center. These engravings are intended to guide the operator. For reasons of convenience of adjustment, the mirrors each consist of a partially transparent reflective layer and deposited on a support of transparent material. We can thus observe the light impact of the beam 13 also on the rear face of the mirror.
La figure 2 représente le même appareil avec le positionneur 7 orienté pour acquérir une vue de profil du patient. Le tube 1 et le collimateur 2 sont situés à droite, l'intensificateur d'image radiologique et la caméra vidéo sont à gauche, l'axe 3 du faisceau de rayons X est horizontal et confondu avec l'axe yy'. Figure 2 shows the same device with the positioner 7 oriented to acquire a profile view of the patient. The tube 1 and the collimator 2 are located on the right, the radiological image intensifier and the video camera are on the left, the axis 3 of the X-ray beam is horizontal and coincides with the axis yy '.
Les figures 1 et 2 représentent les deux positions de réglage les plus couramment utilisées. Figures 1 and 2 show the two most commonly used adjustment positions.
I1 serait bien sûr possible d'obtenir d'autres positions en plaçant les miroirs différemment sur le cadre 10 ou en ajoutant des miroirs supplémentaires. I1 est également possible de les fixer sur un autre élément que le cadre, sur le plateau lui-même par exemple. It would of course be possible to obtain other positions by placing the mirrors differently on the frame 10 or by adding additional mirrors. It is also possible to fix them on another element than the frame, on the plate itself for example.
On va maintenant décrire la procédure de réglage de l'appareil selon 1 'invention. The procedure for adjusting the apparatus according to the invention will now be described.
On suppose qu'un patient est allongé sur le plateau 9 et que sa tête est fixée dans le cadre par l'intermédiaire des pointes 11 dans la position choisie par le chirurgien. On commence par exemple le réglage avec le positionneur 7 dans la position représentée à la figure 1 (axe 3 du faisceau de rayons X vertical), puis avec le positionneur 7 dans la position représentée à la figure 2 (axe 3 du faisceau de rayons X horizontal). Cet ordre peut bien sûr être inversé. It is assumed that a patient is lying on the plate 9 and that his head is fixed in the frame by means of the tips 11 in the position chosen by the surgeon. We start for example the adjustment with the positioner 7 in the position shown in Figure 1 (axis 3 of the vertical X-ray beam), then with the positioner 7 in the position shown in Figure 2 (axis 3 of the X-ray beam horizontal). This order can of course be reversed.
Le plateau 9 et le positionneur 7 sont d'abord prépositionnés en utilisant les organes de positionnement habituels : guidage manuel avec lecture des afficheurs de position ou prépositionnement automatique. The plate 9 and the positioner 7 are first prepositioned using the usual positioning devices: manual guidance with reading of the position displays or automatic prepositioning.
Une fois ce prépositionnement effectué, il apparaît sur le disque 16 entourant la diode laser 12 une tache lumineuse qui correspond au faisceau laser 13 réfléchi par le miroir 14. On agit alors sur les commandes du positionneur en faisant tourner lentement celui-ci autour de l'axe xx' selon F1 et/ou de l'axe yy' selon F2 pour amener le faisceau 13 réfléchi par le miroir 14 dans la fenêtre d'émission du laser 12. Once this prepositioning has been carried out, there appears on the disk 16 surrounding the laser diode 12 a light spot which corresponds to the laser beam 13 reflected by the mirror 14. Then, the positioner controls are acted upon by slowly rotating the latter around the 'axis xx' along F1 and / or axis yy 'along F2 to bring the beam 13 reflected by the mirror 14 into the emission window of the laser 12.
Une fois cette opération effectuée, le plan du miroir 14 se trouve parfaitement perpendiculaire à l'axe du faisceau 13 du laser 12 et, par conséquent, perpendiculaire à l'axe du faisceau 3 de rayons X.Once this operation has been carried out, the plane of the mirror 14 is perfectly perpendicular to the axis of the beam 13 of the laser 12 and, consequently, perpendicular to the axis of the beam 3 of X-rays.
L'opérateur déplace ensuite le plateau 9 de façon à amener la tache lumineuse visible sur le miroir 14 au centre de la gravure faite sur ce miroir, c'est-à-dire dans la cible.The operator then moves the plate 9 so as to bring the visible light spot on the mirror 14 to the center of the etching made on this mirror, that is to say in the target.
Une fois ce premier réglage effectué, on fait tourner le positionneur 7 autour de l'axe xx' selon
F1 pour le prépositionner, en mode manuel ou automatique, dans la configuration de la figure 2 (axe 3 du faisceau de rayons X horizontal). On règle ensuite comme précédemment les positions angulaires du positionneur de façon que le faisceau 13 de la diode laser 12 réfléchi par le miroir 15 revienne dans la fenêtre d'émission du laser. Cette configuration permet de régler la position du plateau 9 suivant son axe vertical z et son axe horizontal x.Once this first adjustment has been made, the positioner 7 is rotated around the axis xx 'according to
F1 to preposition it, in manual or automatic mode, in the configuration of Figure 2 (axis 3 of the horizontal X-ray beam). Then, as before, the angular positions of the positioner are adjusted so that the beam 13 of the laser diode 12 reflected by the mirror 15 returns to the laser emission window. This configuration makes it possible to adjust the position of the plate 9 along its vertical axis z and its horizontal axis x.
L'invention permet de retrouver des positions définies du système radiologique incluant les déformations et flexions des différents éléments (plateau de table, positionneur). Les précisions de repositionnement relevées expérimentalement sont les suivantes 4 + 0,5 mm sur les trois axes du plateau de la table,
# 0,1 sur les axes du positionneur.The invention makes it possible to find defined positions of the radiological system including the deformations and flexions of the different elements (table top, positioner). The repositioning details noted experimentally are as follows: 4 + 0.5 mm on the three axes of the table top,
# 0,1 on the axes of the positioner.
Ceci constitue une très grande amélioration par rapport à l'art antérieur. This constitutes a very great improvement compared to the prior art.
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| EP0898937A1 (en) * | 1997-09-01 | 1999-03-03 | Ge Medical Systems Sa | Method and device for positioning a radiology instrument |
| FR2767668A1 (en) * | 1997-09-01 | 1999-03-05 | Ge Medical Syst Sa | POSITIONING DEVICE OF A RADIOLOGY APPARATUS |
| EP0913169B1 (en) * | 1997-10-31 | 2004-07-14 | Ge Medical Systems Sa | Compact radiology instrument |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2728154B1 (en) | 1997-07-18 |
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| FR2656211A1 (en) | ||
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