FR2779556A1 - Dispositif et procede de simulation des vaisseaux sanguins d'un patient - Google Patents
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Abstract
Dispositif de simulation du corps d'un patient pour le test d'un appareil de radiologie vasculaire du type comprenant un moyen d'émission d'un faisceau de rayons X, et un moyen de réception du faisceau de rayons X après qu'il a traversé une partie du corps du patient, le faisceau de rayons X étant centré sur un axe 3. Le dispositif comprend au moins un fil métallique 17 disposé au moins en partie transversalement par rapport à l'axe 3.
Description
Dispositif et procédé de simulation des vaisseaux sanguins d'un patient.
La présente invention relève du domaine des dispositifs permettant de simuler le corps ou une partie du corps, notamment les
vaisseaux sanguins d'un patient pour le test d'un appareil de radiologie.
Les appareils de radiologie comprennent généralement un tube permettant l'émission d'un faisceau de rayons-X dans une direction donnée, des moyens pour positionner au moins une partie du corps d'un patient dans le faisceau de rayons-X, et des moyens de réception sensibles aux rayons-X disposés dans le faisceau après sa traversée de la partie du corps du patient. Les appareils de radiologie nécessitent le réglage de nombreux paramètres susceptibles de dériver au cours du temps ce qui nécessite des interventions de maintenance à intervalles réguliers. La baisse de la qualité des images obtenues par les moyens de réception peut être liée, par exemple, à de légers changements de la géométrie de l'appareil en raison de l'usure de pièces, ou à des variations du champ
magnétique entourant l'appareil.
Pour caractériser de tels déréglages, on cherche à obtenir un dispositif permettant de simuler le corps d'un patient. La visualisation du dispositif de simulation sur un écran s'effectue de façon identique à celle du corps du patient, et permet de mettre en évidence de possibles déréglages et ainsi de déterminer si l'appareil de radiologie est en état de marche avec une précision supérieure à la précision minimale requise ou, au contraire, si l'appareil de radiologie doit faire l'objet d'une opération de
maintenance visant à restaurer la précision des images obtenues.
De tels dispositifs de simulation sont particulièrement utiles dans le domaine de l'imagerie vasculaire par soustraction d'images. Les vaisseaux sanguins du corps humain étant naturellement transparents aux rayons-X, on effectue tout d'abord une prise d'image sans adjonction de produit opacifiant, puis on injecte dans le sang du patient un produit
opacifiant, par exemple à base d'iode, qui rend le sang opaque aux rayons-
X, puis on effectue une seconde prise d'image après que le produit opacifiant s'est convenablement réparti dans le réseau vasculaire du patient. Les deux images ou séries d'images obtenues étant numérisées grace à des moyens électroniques, on effectue ensuite une soustraction d'images permettant d'ôter de la deuxième image les organes visibles sur la première, c'est-à-dire les organes naturellement visibles aux rayons-X tels que les os, etc. La présente invention a pour objet de proposer un dispositif de simulation facile à manipuler tout en étant adaptable à différents types d'appareils de radiologie, et permettant de mettre en évidence la précision de l'appareil. Il est plus particulièrement adapté au test des appareils
d'imagerie en trois dimensions.
Le dispositif de simulation du corps d'un patient, selon l'invention, est destiné au test d'un appareil de radiologie vasculaire du type comprenant un moyen d'émission d'un faisceau de rayons X, et un moyen de réception du faisceau de rayons X après qu'il a traversé une partie du corps du patient, le faisceau de rayons X étant centré sur un axe et mobile en rotation. Le dispositif de simulation comprend au moins un fil métallique disposé au moins en partie transversalement par rapport à l'axe. Dans un mode de réalisation de l'invention, le fil est disposé hélicoidalement par rapport à l'axe normal au plan de rotation de l'axe du faisceau de rayons X. Chaque fil peut être disposé sur un tour. De préférence, les fils sont de diamètres différents les uns des autres. Chaque fil peut être prévu à une distance par rapport à l'axe normal au plan de rotation de l'axe du faisceau de rayons X, différente de celle des autres fils. Dans un mode de réalisation de l'invention, chaque fil est disposé sur un support de forme adaptée à la forme du moyen de réception du faisceau de rayons X. Le support peut être cubique ou sphérique à
section équatoriale polygonale.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le support comprend des éléments à faible absorption de rayons X et sur lesquels sont fixés les
fils, lesdits éléments s'étendant d'une extrémité à l'autre du support.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le support comprend une tige centrale perpendiculaire à l'axe et réalisée dans un matériau à absorption moyenne de rayons X. La disposition de simulation peut être mise en oeuvre de la façon suivante: on effectue au moins une acquisition d'images d'un organe de simulation des os et des tissus mous du patient seulement et au moins une acquisition d'images de cet organe et du dispositif de simulation des vaiseaux sanguins opacifiés du patient et on obtient, par soustraction d'images, une image du dispositif de simulation. Ce dispositif de simulation est optimisé pour être sensible au moindre défaut de l'appareil
de radiologie et permettre sa détection.
Sur un système d'angiographie en trois dimensions à bras en forme de C, il est possible d'acquérir des images des vaisseaux sanguins pendant que le système d'acquisition, à savoir le tube à rayons X et les
moyens de réception du faisceau de rayons X, tourne autour du patient.
Une image tridimensionnelle des vaisseaux est ensuite reconstruite à partir de la série de clichés bidimensionnels numériques qui a été effectuée. Pour réaliser cette reconstruction, un modèle de la géométrie d'acquisition des images est nécessaire. Ce modèle est estimé dans une phase de calibration, et on considère pour la suite que la géométrie d'acquisition est la même pendant l'acquisition des images du patient que durant la calibration. Si la géométrie d'acquisition n'est pas exactement la même, c'est-à-dire si les performances du système d'acquisition sont dégradées, la qualité des images tridimensionnelles reconstruites sera également dégradée: les vaisseaux seront moins contrastés et certains vaisseaux de faible diamètre ne seront pas reconstruits convenablement
ou paraîtront flous.
La mesure du niveau de performance du système d'acquisition pour les reconstructions d'images tridimensionnelles est importante, tant lors de la fabrication de l'appareil de radiologie que lorsqu'il est en service, mais constitue une opération relativement difficile. En effet, une faible qualité d'image observée sur un patient n'est pas systématiquement due au système d'acquisition. De nombreux autres paramètres sont susceptibles d'intervenir tels qu'un mouvement du patient, la propagation du liquide opacifiant que l'on injecte dans le système sanguin du patient, etc. Un défaut de repositionnement du système d'acquisition n'est pas facile à détecter. Un élément du dispositif de visualisation peut être différent pour une acquisition d'une image du patient et pour la calibration qui a eu lieu antérieurement, bien que la qualité des images bidimensionnelles provenant de l'acquisition d'images du patient soit
parfaitement acceptable.
Pour contrôler le niveau de performance d'un système d'angiographie tridimensionnel, il est nécessaire de simuler une acquisition tournante d'images du patient avec un dispositif de simulation spécifique, également appelé "fantôme". Les images de ce fantôme
doivent être représentatives des vaisseaux sanguins d'un patient.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la
description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple
nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue de côté en élévation d'un dispositif de simulation conforme à l'invention; la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1; les figures 3 et 4 sont des reconstructions d'images tridimensionnelles du dispositif de simulation respectivement dans les positions des figures 1 et 2; la figure 5 est une vue schématique d'une coupe du dispositif de simulation selon un plan passant par une portion de fil; la figure 6 est semblable à la figure 5, mais avec une erreur de repositionnement de l'appareil de radiologie; la figure 7 est une vue partielle en coupe axiale du dispositif de simulation; et la figure 8 est une vue semblable à la figure 7 avec une erreur de
repositionnement de la caméra de l'appareil de radiologie.
Comme on le voit sur les figures 1 et 2, le dispositif de simulation est de forme générale sphérique avec un pôle supérieur 1 et un pôle inférieur 2, centrés sur un axe 3 représenté en traits mixtes, et comprend des éléments semi-circulaires 4 s'étendant du pôle supérieur 1 au pôle inférieur 2. Une pièce de maintien 5 est prévue au pôle supérieur 1 et une pièce de maintien 6 est prévue au pôle inférieur 2. Les éléments semi-circulaires 4 sont fixés à chacune de leurs extrémités à la pièce de maintien 5 et à la pièce de maintien 6. Les éléments semi- circulaires 4 sont réalisés en matériau absorbant peu les rayons X, par exemple en "Plexiglas", en polycarbonate ou encore en un autre matériau de densité
équivalente. Le dispositif de simulation comprend six éléments semi-
circulaires 4 régulièrement répartis dans le sens circonférentiel.
Toutefois, à titre de variante, on pourrait en prévoir un nombre différent,
par exemple quatre ou huit.
Les éléments semi-circulaires 4 sont plats et possèdent sur leur bord extérieur 7 une zone étagée 8 comprenant des marches 9 à 13 dont la distance par rapport à l'axe 3 diffère de l'une à l'autre marche. Une tige centrale 14 coaxiale à l'axe 3 relie les pièces de maintien 5 et 6 des pôles supérieur 1 et inférieur 2. La tige centrale 14 assure la tenue mécanique de l'ensemble du dispositif de simulation et est réalisée dans un matériau à absorption moyenne de rayons X, par exemple en aluminium. A titre de variante, on pourrait prévoir une tige centrale 14 dans un autre matériau, par exemple céramique ou titane, mais avec des inconvénients respectifs
de poids et de coût.
Les éléments semi-circulaires 4 sont percés d'une pluralité de
trous 15 et 16 de faible diamètre, traversant l'épaisseur des éléments semri-
circulaires 4 et disposés perpendiculaires à un plan passant par l'axe 3 à
proximité du bord extérieur 7 au niveau des marches 9 à 13.
Dans les trous 16, sont passés des fils référencés 17 à 21, les trous 15 restant dépourvus de fil. Les fils 17 à 21 sont chacun disposés sur un tour complet du dispositif de simulation et de façon à former un angle de l'ordre de 15 avec un plan radial. Par exemple, le fil 17 qui passe dans les trous 16 de la marche 9 des différents éléments semi- circulaires 4,
passe dans le trou 16a prévu dans le bas de la marche 9 de l'élément semi-
circulaire 4 visible sur la droite de la figure 1, puis dans le trou 16b du milieu de la marche 9 de l'élément semi-circulaire 4 suivant, puis dans le trou 16c de l'élément semi-circulaire 4 suivant avant de passer dans le trou 16b du milieu de la marche 9 de l'élément semi-circulaire 4 visible sur la gauche de la figure 1. Bien entendu, les notions de gauche et de droite, de haut et de bas sont relatives et se réfèrent à la figure 1, le dispositif de
simulation pouvant être utilisé dans n'importe quelle position dans l'espace.
Les autres fils 18 à 21 sont disposés de façon similaire dans les trous 16 des
autres marches 10 à 13.
Les fils 17 à 21 sont réalisés en cuivre, matériau à forte absorption de rayons X, mais pourraient également être réalisés dans un autre métal ou alliage à condition d'adapter leur diamètre en fonction de l'absorption des rayons X par le matériau. Les diamètres des fils s'échelonnent de façon régulière, entre 0,2 et 0,6 mm. Les extrémités des fils 17 à 21 sont passées
dans un trou 16 et bloquées par un point de colle.
A partir de la tige centrale 14, s'étend un élément cylindrique 22 disposé selon un axe 23 oblique par rapport à l'axe 3. L'élément cylindrique
22 se raccorde à la tige centrale 14 par une portion 24 de faible diamètre.
L'élément cylindrique 22 est également réalisé dans un matériau à forte absorption de rayons X et permet de simuler un anévrisme qui présente
souvent un collet de diamètre réduit simulé par la portion 24.
La tige centrale 14 supporte également un élément 25 annelé disposé obliquement par rapport à la tige centrale 14 et pourvu d'une succession de portions 26 de fort diamètre et de portions 27 de faible diamètre, afin de pouvoir vérifier si l'on visualise de façon satisfaisante
lesdites portions 26 et 27.
Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, les éléments semi-circulaires 4 sont régulièrement répartis dans le sens circonférentiel de façon que les fils 17 à 21 forment un hexagone approchant une forme sphérique particulièrement bien adaptée dans le cas o le champ de vision d'une caméra de l'appareil de radiologie est circulaire. On pourrait aussi prévoir un dispositif de simulation à huit éléments semi-circulaires
définissant un octogone, ou encore à quatre ou cinq éléments semi-
circulaires définissant un carré ou un pentagone.
Ainsi, la tige centrale 14 de diamètre important par rapport à celui des fils 17 à 21 et à absorption moyenne de rayons X, permet d'une part de simuler les vaisseaux de fort diamètre tels que la carotide et de fournir une référence de densité pour des mesures quantitatives à partir de l'image tridimensionnelle reconstruite. Le diamètre important de la tige centrale 14 rend son image peu sensible aux dégradations. On dispose ainsi d'une référence stable. Les différents fils 17 à 21 de faible diamètre et à haut coefficient d'absorption de rayons X, permettent de simuler les vaisseaux de très faible dimension, par exemple des petites artères cérébrales, pour
estimer la résolution de la reconstruction d'images tridimensionnelles.
Les fils ont des diamètres différents, de 0,2 à 0,6 mm par marche de 0,1 mm. La distance entre chaque fil et la tige centrale 14 est déterminée de sorte que les fils soient les plus proches possibles du contour de l'image sur les projections bidimensionnelles, pour obtenir une sensibilité satisfaisante aux défauts de repositionnement en rotation de la caméra de l'appareil de radiologie, dans le cas d'une caméra tournant autour de son axe. L'orientation tridimensionnelle de chaque fil est telle que l'angle entre l'axe du fil et un plan radial par rapport à l'axe 3, soit faible, inférieur ou égal à 15 , mais non nul. En effet, si les fils étaient parallèles à un tel plan radial, l'image serait extrêmement sensible à la dégradation de la qualité, ce qui est un avantage. L'axe 3 est normal au plan défini par les différentes positions de l'axe du faisceau de rayons X qui est mobile en rotation. Mais selon certaines incidences de projection bidimensionnelle, on risquerait des superpositions de fils horizontaux, ce qui ne permettrait plus de détecter convenablement les défauts. Ainsi, comme on le voit sur la figure 1, certains fils 17 à 21 peuvent se croiser de façon ponctuelle,
mais ne se superposent pas.
De même, on voit sur la figure 2, que les fils 17 à 21 sont prévus pour ne pas se superposer mutuellement. Bien entendu, une même disposition des fils pourrait être obtenue avec une structure de support différente, par exemple une boule de polystyrène remplaçant les éléments semi-circulaires 4. Lors de son utilisation, le dispositif de simulation est positionné sur une table de l'appareil de radiologie sur laquelle est normalement disposé le patient, de façon que la tige centrale 14 soit approximativement parallèle à l'axe de rotation du système d'acquisition d'images. L'utilisation de fils de diamètres différents et croissants, facilite l'automatisation du procédé d'étalonnage par comptage du nombre de fils visibles, la qualité de l'image étant proportionnelle au nombre de
fils visibles.
On voit sur la figure 3 une vue de face, bidimensionnelle, d'une image tridimensionnelle reconstruite. On voit que l'ensemble des organes du dispositif de simulation présent sur la figure 1, sont visibles sur la figure 3. Les fils de plus fort diamètre apparaissant plus clairement que les fils de plus faible diamètre. Il en est de même sur la figure 4, qui est une vue de dessus bidimensionnelle obtenue à partir de la même image tridimensionnelle utilisée pour la figure 3. On remarque que le fil 18 de plus faible diamètre apparaît sur cette figure, ce qui est un gage de la
bonne qualité de reconstruction de l'image.
La figure 5 est une vue en coupe partielle bidimensionnelle de l'image tridimensionnelle reconstruite et sur laquelle on voit apparaître
les portions de trois fils adjacents, la qualité d'image étant satisfaisante.
Au contraire, sur la figure 6, qui est une coupe identique à celle de la figure 5, la qualité d'image n'est pas satisfaisante dans la mesure o les fils semblent se diviser en deux. Cette dégradation de la qualité de l'image est due à un défaut de positionnement du bras de support du tube à rayons X et du moyen de réception et de visualisation des rayons X incidents, tel que scintillateur, caméra, CCD, etc. L'erreur de repositionnement, ici de quelques dixièmes de degrés, est mise en évidence. Sur la figure 7, on voit plusieurs points brillants correspondant à des fils coupés transversalement à leur axe. L'image de ces fils est sensiblement circulaire, ce qui est satisfaisant. Au contraire, sur la figure 8, l'image des mêmes fils tend à s'étaler pour former un segment de droite, ce qui est révélateur d'une erreur de repositionnement en rotation de la caméra du système d'acquisition d'image, cette erreur étant de l'ordre de
quelques dixièmes de degrés.
Grace à l'invention, une faible dégradation des performances du système d'acquisition produit une dégradation visible de la reconstruction tridimensionnelle du dispositif de simulation. Ce dispositif de simulation peut donc être utilisé pour estimer la qualité de reconstruction de l'image tridimensionnelle d'un système. Une vue synthétique de la qualité de la reconstruction peut être obtenue à partir de l'image tridimensionnelle en utilisant une vue bidimensionnelle correspondant à la figure 4, de façon
que la visualisation s'effectue parallèlement à l'axe de la tige centrale.
Certains défaut du système d'acquisition produisent des défauts particuliers sur l'image tridimensionnelle. Le dispositif de simulation peut donc être utilisé pour caractériser des problèmes de qualité de l'image. Le dispositif de simulation peut être utilisé, aussi bien pour une inspection visuelle par un opérateur ou pour un procédé automatique permettant une évaluation quantitative de la qualité de la reconstruction tridimensionnelle. Ce procédé peut être effectué par détection de la tige centrale grâce à une succession d'étapes d'érosion et de dilatation de l'image, par détermination de la densité de la tige centrale, par détermination d'une série de densités élémentaires obtenues par des coefficients linéaires prédéterminés, par application à chaque densité élémentaire d'un seuil, par création d'une image bidimensionnelle dans une orientation parallèle à la tige centrale, par détection et comptage des fils visibles sur cette
image, le critère de qualité final étant la somme de tous les fils visibles.
O10
Claims (9)
1. Dispositif de simulation du corps d'un patient pour le test d'un appareil de radiologie vasculaire du type comprenant un moyen d'émission d'un faisceau de rayons X, et un moyen de réception du faisceau de rayons X après qu'il a traversé une partie du corps du patient, le faisceau de rayons X étant centré sur un axe et mobile en rotation, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un fil métallique (17)
disposé au moins en partie transversalement par rapport à l'axe.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fil est disposé hélicoïdalement par rapport à un axe (3) normal au plan de rotation de l'axe du faisceau de rayons X.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait
que chaque fil est disposé sur un tour.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé par le fait que les fils sont de diamètres différents
les uns des autres.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé par le fait que chaque fil est prévu à une distance par rapport à l'axe (3) normal au plan de rotation de l'axe du faisceau de
rayons X, différente de celle des autres fils.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé par le fait que chaque fil est disposé sur un support de forme adaptée à la forme du moyen de réception du faisceau de rayons X.
7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que
le support est à section équatoriale polygonale.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7,
caractérisé par le fait que le support comprend des éléments (4) à faible absorption de rayons X et sur lesquels sont fixés les fils, lesdits éléments
s'étendant d'une extrémité à l'autre du support.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8,
caractérisé par le fait que le support comprend une tige centrale (14) perpendiculaire à l'axe et réalisée dans un matériau à absorption moyenne de rayons X.
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