FR2849983A1 - Procede de reglage du debit de rayonnement d'un tube a rayons x - Google Patents

Abstract

Pour régler le débit de rayonnement d'un tube à rayons X, on prévoit de modéliser d'une manière empirique par une fonction analytique polynomiale, d'ordre 2 en fonction du courant de chauffage (Ich) et d'ordre 1 en fonction du logarithme de la haute tension (V), la valeur du courant du tube (Itube) à rayons X. On montre qu'en agissant ainsi on obtient une fonction de transfert (13) particulièrement robuste lors de l'utilisation et permettant (18) d'obtenir des précisions inférieures à 3 % pour le réglage d'un courant de tube attendu. Cette fonction permet aussi la prise en compte (21) des disparités de fabrication et des vieillissements des tubes au cours de leurs utilisations.

Description

Procédé de réglage du débit de rayonnement d'un tube à rayons X

La présente invention à pour objet un procédé de réglage du débit de rayonnement d'un tube à rayons X. Le but de l'invention est de permettre de 5 réaliser des images radiographiques, notamment dans le domaine médical, dans lequel des conditions d'obtention des images sont bien mieux maîtrisées que dans l'état de la technique.

Le fonctionnement d'un tube à rayons X est dicté par la haute tension appliquée entre une anode et une cathode de ce tube, ainsi que par le 10 courant électrique de chauffage avec lequel on porte un filament de la cathode à haute température. Le principe de l'émission des rayons X consiste à extraire les électrons de la cathode et à les projeter à grande vitesse sur l'anode. La cible de l'anode qui est frappée par ces électrons émet alors des rayons X utilisables pour produire des clichés 15 radiographiques, ou plus généralement des images radiologiques. La haute tension appliquée est en relation directe avec l'énergie des photons X émis.

Compte tenu de l'homogénéité du matériau cible de l'anode, des variations de la haute tension d'alimentation pendant le cliché, ainsi que du phénomène statistique de production des rayons X, ceux-ci sont émis avec 20 un spectre large. Il est connu de les filtrer à l'aide de filtres interposés sur le cheminement du rayonnement, avant que celui-ci n'atteigne le corps à irradier.

La nature des rayons X, leur énergie, dépend du type d'image à effectuer. Certains tissus à imager interposés, notamment les tissus du corps 25 humain, présentent en effet des coefficients d'absorption radiologique différents pour différentes énergies de photons X. Il est donc connu qu'un praticien, dans le cadre d'un examen radiologique, impose la valeur de la haute tension.

Un autre paramètre qui intervient dans la qualité d'une image à 30 produire, est le débit en rayons X du tube. En effet, la révélation sur un détecteur est un phénomène énergétique cumulatif quoique non linéaire. On conçoit que plus le débit est élevé, plus la dose moyenne à injecter va être obtenue rapidement. Notamment pour les examens de type cardiaque pour lesquels une telle rapidité est nécessaire, on comprend qu'il est 35 indispensable de maîtriser la quantité de photons émise par unités de temps.

En pratique, il y a une relation directe entre la quantité de photons X émis et le nombre d'électrons qui percutent l'anode. Par contre, le nombre de ces électrons est dépendant d'une part du courant de chauffage. Plus la cathode est excitée par le courant chauffage, plus le nombre d'électrons libres 5 susceptibles d'être arrachés sera grand. D'autre part, plus la haute tension entre anode et cathode sera grande et plus ce phénomène d'arrachement est susceptible de se produire statistiquement. En définitive, le débit en rayons X du tube est fonction du courant de chauffage et de la haute tension.

Dans l'état de la technique, pour tenir compte de ces influences 10 croisées, il a été prévu de calibrer les machines, de déterminer quel était le courant de tube, donc le débit des rayons X émis pour un ensemble de valeurs de haute tension, paramétrées par un ensemble de valeurs de courant de chauffage.

Le premier inconvénient de cette méthode de calibration est lié au fait 15 que le fonctionnement du tube n'est garanti que pour les points de calibration. Il n'est pas vraiment possible, compte tenu de la complexité du phénomène, d'envisager une interpolation entre les points de calibration.

Une telle interpolation est d'autant moins possible que les spécifications imposent que les débits demandés par les praticiens soient respectés avec 20 une tolérance relativement faible, de l'ordre de 10 %. Or, du fait des disparités de fabrication dans une chaîne de fabrication, et du fait du vieillissement des tubes, très rapidement la tolérance de 10 % est à peine respectée pour les points de calibration. A fortiori elle n'est plus respectée pour les points interpolés.

D'autres méthodes pour déduire une valeur réelle du courant de tube, à partir de valeurs de courant de chauffage et de haute tension appliquées au tube à rayons X, sont des méthodes analytiques basées sur des modèles théoriques des différents phénomènes impliqués lors de la production des rayons X. Ces méthodes n'apportent toutefois pas de solution ni aux 30 problèmes de disparités, ni à ceux des vieillissements. Elles sont par ailleurs si complexes à mettre en oeuvre qu'elles ne le sont pas, sauf pour des tubes expérimentaux, pas pour des tubes de production courante.

Dans l'invention, on a résolu ce problème en procédant à un calibrage du tube à rayons X et en exprimant ce calibrage selon une expression 35 particulièrement simple. Cette expression est analytique polynomiale d'ordre 2 en fonction du courant de chauffage, et d'ordre 1 en fonction de la haute tension. Dans la pratique, pour que cette calibration soit simple, on a exprimé non pas la valeur du courant de tube mais plutôt la valeur du logarithme népérien de la valeur du courant de tube. On peut montrer alors que cette 5 calibration conduit à une erreur de 3 % de l'estimation du courant de tube produit. Cette erreur est bien inférieure à la tolérance de 10 % demandée. En outre, on pourra montrer que l'expression polynomiale ainsi élaborée se prête particulièrement bien pour tenir compte des disparités de fabrication des tubes d'un même type ou, pour chaque tube, pour tenir compte des 10 conséquences de son propre vieillissement. On montrera en effet que la correction à appliquer, durant toute la vie du tube, est particulièrement simple à calculer et permet en l'appliquant de conserver pendant toute la durée de vie du tube l'erreur de 3 %, bien inférieure aux spécifications demandées.

L'invention a donc pour objet un procédé de réglage du débit de 15 rayonnement Itube d'un tube à rayons X dans lequel - on calibre le débit de rayonnement du tube en fonction d'une haute tension V à appliquer entre une cathode active et une anode du tube à rayons X et en fonction d'un courant de chauffage 'ch de la cathode active, - on alimente en haute tension une anode du tube par rapport à une 20 cathode de ce tube, - on règle un courant de chauffage de la cathode pour un débit de rayonnement attendu en fonction de cette calibration, caractérisé en ce que - pour calibrer, on retient pour exprimer le débit de rayonnement X une 25 expression dans laquelle le logarithme de la valeur de ce débit est une fonction polynomiale d'ordre deux du courant de chauffage et d'ordre un de la haute tension.

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 présentées 30 qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - Figure 1: la représentation d'une installation à rayons X et les principaux moyens mis en oeuvre pour régler le courant de tube selon le procédé de l'invention; - Figure 2: une représentation schématique d'une méthode employée 35 pour déterminer les coefficients de l'expression analytique de l'invention; - Figure 3: une influence comparée du courant de chauffage et de la haute tension sur la valeur du logarithme népérien de la valeur du courant de tube produit permettant la justification de l'invention - Figure 4: une représentation schématique de la correspondance 5 entre la valeur du courant de tube et la haute tension, paramétrée par différentes valeurs du courant de chauffage.

La figure 1 montre une installation de radiologie très schématique, permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Cette installation comporte essentiellement un tube 1 à rayons X pour irradier avec un 10 rayonnement 2 un corps 3 interposé entre le tube 1 et un détecteur de rayonnement 4. Le tube comporte une cathode 5, avec de préférence un jeu de plusieurs filaments parmi lesquels un est actif à un moment donné. Dans tous les cas, elle est montée en température par un filament de chauffage, qui est le seul représenté sur la figure 1. Le courant de chauffage réel 15 appliqué sur la cathode, lch réel, qui est un des paramètres avec lesquels on règle le fonctionnement du tube 1. Un autre paramètre essentiel de fonctionnement du tube 1 est la haute tension V à appliquer entre la cathode 5 et une anode 6 du tube 1 qui est par exemple une anode tournante. Le rayonnement 2 est émis par l'anode 6 et sort du tube 1 par passage au 20 travers d'une fenêtre étanche au vide.

D'une manière connue dans l'état de la technique, on se livre à un certain nombre d'expériences. On mesure, au cours de ces expériences, le courant du tube, Atube, à l'aide d'un détecteur 7 présent dans le tube 1. En pratique le détecteur 7 peut comporter un shunt-monté dans le circuit 25 d'alimentation en haute tension de l'anode 6. On fait varier la valeur du courant de chauffage lch et la valeur de la haute tension V au cours des ces expériences. On mesure le courant Itube correspondant et on enregistre dans une partie 8 d'une mémoire 9 les conditions et résultats de chacune des expériences. Ces expériences sont des expériences de calibration. Elles 30 permettront, selon l'invention, de déterminer le fonctionnement du tube en émission.

Le système de commande du tube comporte, schématiquement représentée, une unité de traitement 10 en relation par l'intermédiaire d'un bus 11 avec la mémoire 9 ainsi qu'avec une mémoire programme 12. La 35 mémoire 12 comporte un programme 13 selon l'invention. Le bus 11 est également en relation avec une interface 14 d'entrée sortie capable d'appliquer au tube 1 un courant de chauffage Ich réel et une haute tension V et de recevoir les valeurs de courant de tube Itube mesurées. L'interface 14 est par ailleurs en relation avec un dispositif 15 de commande, à la 5 disposition d'un praticien ou d'un expérimentateur. Avec ce dispositif 15, ce dernier fixe la haute tension V, le courant de tube Itube qu'il souhaite obtenir, et d'autre part la durée de la pose qu'il veut réaliser pour le corps 3.

Selon l'invention, l'ensemble des résultats de calibration est mémorisé dans une première zone 16 de la partie 8 de la mémoire 9. On extrait 10 ensuite, selon ce qui a été indiqué ci-dessus, la fonction de transfert qui permet d'obtenir le logarithme népérien, In, de la valeur du courant de tube en fonction d'une expression polynomiale d'ordre 2 du courant de chauffage et d'ordre 1 du logarithme de la haute tension. Cette expression polynomiale est donnée par la formule 1 suivante: Formule 1 In (1tube) = a Ich ln(V) + b Ih + C 'ch ln(V) + d Ich + e ln(V) + f.

Si on retient des autres logarithmes que le logarithme népérien, In, les coefficients a à f seront seulement changés en valeurs, mais le principe de l'invention demeure.

L'établissement de cette formule, selon l'invention, a été recherché en 20 faisant intervenir dans l'expression polynomiale progressivement un certain nombre de facteurs et en calculant, lorsque seuls ces facteurs étaient impliqués, l'erreur maximale enregistrée entre une valeur analytique calculée par cette formule et une valeur mesurée quelconque disponible en zone 16.

Par exemple, figure 2, lorsque seul le courant de chauffage i et le logarithme 25 de la haute tension v sont impliqués, l'erreur maximale est de l'ordre de 79 % alors que l'écart type est de l'ordre de 26 %. Si par contre on fait intervenir, en plus de la valeur i du courant et de la valeur du logarithme de la tension v, la valeur i 2 du carré du courant de chauffage, l'erreur maximale tombe à 14 % alors que l'écart type tombe à 5 %. On a ainsi fait intervenir d'autres 30 degrés des variables i et v. Il est alors apparu que devenait particulièrement intéressante la prise en considération comme quatrième facteur du carré du courant de chauffage multiplié par le logarithme de la tension, et, comme cinquième facteur, un facteur multiplicatif du courant par le logarithme de la tension. Une constante ajoutée forme un ensemble de six coefficients: a, b, 35 c, d, e et f dont les valeurs sont données dans le tableau 1 suivant:

Tableau 1:

coefficients\çathode gros foyer petit foyer a 2,948793 4,517432 b -7, 42477 -11,1148 c -8,01109 -10,6986 d 29,87146 37,45432 e 5,616099 6, 544223 f -23,3185 -25,8013 Le tableau 1 concerne un type de tube muni de deux filaments de - courant de chauffage permettant d'obtenir sur l'anode 6 un gros foyer ou un petit foyer.

Selon l'invention, pour un type de tube donné, pour une production donnée de tubes de ce type de tube donné, on peut se lancer avec un ou plusieurs tubes, dans l'étape de calibration et produire les six coefficients a à f avec lesquels la calibration montre, selon les résultats de la figure 2, qu'on atteint facilement une précision de 3 % bien meilleure que les 10 % attendus. 10 La figure 3 montre qu'en pratique la haute tension intervient peu pour conditionner la valeur du logarithme népérien du courant de tube, alors que, par contre, le courant de chauffage intervient fortement. Ceci confirme qu'un coefficient permettant de prendre en considération le carré de la valeur de la haute tension n'a pas d'intérêt. En effet, les deux dernières lignes de la figure 15 2 montrent que la prise en compte du carré de la haute tension n'améliore pas la précision de l'estimation. D'autre part, il en est de même du cube du courant de chauffage dont la prise en compte ne sert à rien, ou que marginalement.

La figure 4 montre des abaques qu'on peut tracer et qu'on peut par 20 ailleurs mémoriser dans la mémoire 9 pour permettre le réglage de l'installation en fonction du besoin. Elle montre d'une manière implicite que l'approximation de l'invention n'est bien entendu valable que dans la partie saturée de l'émission des tubes, là o le courant de tube ne dépend plus que très peu de la haute tension. En pratique, un praticien qui veut utiliser une 25 haute tension Vo dispose ainsi d'une palette fiable de valeurs de courants de chauffage, ici dans l'exemple de 4,25 ampères à 5,65 ampères, pour obtenir un courant de tube 1o choisi.

Dans une installation d'expérimentation, conforme à la figure 1, la mémoire programme 12 possède dans le programme 13 un sous programme 17 par lequel la calibration, la recherche des valeurs des coefficients a à f, correspondant aux données mémorisées dans la zone 16 de la mémoire 9, est entreprise. Le sous programme 17 est un sous programme de régression 5 de type classique permettant de calculer les coefficients a à f à partir du lot des expériences de calibration mémorisées en zone 16.

Par opposition, dans une installation utilisable sur site, le programme 13 pourra n'être muni que d'un sous programme 18, exploitant les coefficients a à f trouvés, et exprimant une fonction de transfert g utile pour 10 déterminer un courant de chauffage lch à partir d'une valeur d'un courant de tube Itube et d'une haute tension V imposées par un praticien avec l'interface de commande 15. En définitive, le sous programme 18 permet de retrouver la valeur du courant de chauffage qui correspond, selon la figure 4, aux valeurs V0 et Io imposées. L'unité de traitement 10 applique ensuite des 15 commandes correspondantes au tube 1. Dans un exemple particulièrement simple, la fonction g du sous programme 18 pourrait comporter une recherche itérative, entre deux valeurs limites de la valeur de chauffage qui convient le mieux selon la formule 1 pour obtenir un courant de tube bo avec une tolérance acceptée et prévue d'avance.

La mémoire 9 comporte donc une autre zone 19 dans laquelle sont mémorisées les valeurs des coefficients a à f, pour chacune des cathodes utilisées dans le tube 1.

Il apparaît cependant, d'un tube à l'autre, o pour un même tube du fait de son utilisation et de son vieillissement, qu'il se produit une altération 25 de la correspondance estimée par la formule 1. Le fonctionnement du tube peut ainsi se dégrader et la calibration faite au départ peut ne plus être aussi rigoureusement exacte. Deux solutions s'offrent alors pour remédier à ce problème. Soit la calibration peut être recommencée, notamment tube par tube, de manière à charger la zone 16 de la mémoire 9 avec un autre 30 ensemble de valeurs expérimentales. Dans ce cas, on relance le sous programme 17 pour calculer des nouveaux coefficients a à f convenables.

- Selon une autre solution, particulièrement préférée, on s'est rendu compte que la représentation choisie était propice à une grande simplification. En effet, on a considéré qu'il suffisait de changer la valeur du 35 courant de chauffage lch réel à appliquer, en fonction d'une valeur du courant de chauffage calibré, lhcalib, résultant de l'application du sous programme 18. Il suffit pour ce changement de transformer la valeur du courant de chauffage calibré par une fonction linéaire. La fonction représentée est du type: Formule 2 Ichréel = a. lchcalib + C En pratique, changer ainsi la valeur du courant de chauffage réel par rapport à la valeur du courant de chauffage calibré revient à changer les coefficients a et c à f. L'avantage de ce type de changement est qu'il se satisfait de deux coefficients a et p dont la valeur pour un tube quelconque, 10 au moment o il sort de fabrication, avant sa première utilisation, valent 1 et 0 respectivement. Il suffit ensuite de lancer un certain nombre d'expérimentations, voire même exploiter directement des examens radiologiques, pour corriger au fur et à mesure les valeurs de a et P. En effet, au cours d'un examen radiologique on sait par ailleurs 15 mesurer la valeur du courant de tube 'tube. Il est donc possible de consigner dans une zone 20 de la partie 8 de la mémoire 9, pour chaque examen, la mesure du courant de tube correspondant. Il suffit ensuite d'utiliser ces résultats ainsi mémorisés pour en déduire, notamment par régression, les valeurs des coefficients a et p convenables.

Pour cette régression, on compare tout simplement, le courant de chauffage réel qui a été imposé avec un courant de chauffage calibré. Le courant de chauffage calibré est celui qui serait ressorti de l'application de la formule 1, compte tenu du courant de tube Itube réellement mesuré. Pour une population donnée d'expériences ou d'examen, par exemple les cinquante 25 derniers examens tentés, on dispose de plusieurs couples de valeurs de courant de chauffage calibré et de courant de chauffage réel. Avec ces plusieurs couples, et en appliquant une régression mathématique, on peut calculer les coefficients a et p courants. Ces coefficients a et p courants sont à utiliser par un sous programme 21 du programme 13. Le sous 30 programme 21 a pour objet d'imposer, à titre de fonction de transfert h, un courant de chauffage réel, pour un examen projeté. Le courant de chauffage réel est fonction d'un courant de chauffage calibré qui aurait été donné par le sous programme 18 en application de la décomposition polynomiale avec les coefficients a à f, et en fonction de la haute tension V et du courant de tube 35 Itube qu'on veut imposer.

Bien entendu, ce qui vaut pour le vieillissement des tubes vaut également pour les disparités de fabrication pour un même type de tube.

Aussi, en sortie d'usine, on peut se contenter d'imposer, dans la mémoire des dispositifs de commande des tubes d'un même type, des valeurs pour 5 une zone 19 de la mémoire 9 qui auront été mesurées sur un tube témoin, par exemple le premier ou quelques-uns uns parmi les premiers de la série.

La partie 22 de la mémoire 20 qui comporte les coefficients aE et p3 comporte à titre de coefficients courants, au départ, les valeurs 1 et 0. Ces valeurs aE et p sont ensuite remplacées par les valeurs courantes calculées 10 régulièrement par la régression.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1 - Procédé de réglage du débit de rayonnement Itube d'un tube à rayons X dans lequel - on calibre le débit de rayonnement du tube en fonction d'une haute tension V à appliquer entre une cathode active et une anode du tube à rayons X et en fonction d'un courant de chauffage 'ch de la cathode active, - on alimente en haute tension une anode du tube par rapport à une cathode de ce tube, - on règle un courant de chauffage de la cathode pour un débit de rayonnement attendu en fonction de cette calibration, caractérisé en ce que - pour calibrer, on retient pour exprimer le débit de rayonnement X une expression dans laquelle le logarithme de la valeur de ce débit est une 15 fonction polynomiale d'ordre deux du courant de chauffage et d'ordre un de la haute tension.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on calibre le tube en fonction de six coefficients a, b, c, d, e, et f qui satisfont, pour un tube donné à l'équation: ln(Itube)=a Ich2 ln(V) + b lch + c ich ln(V) + d lch + e ln(V) + f.

3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les coefficients a, b, c, d, e, et f ont des valeurs données par l'une des colonnes du tableau suivant, ou des valeurs données par les deux colonnes du tableau suivant pour un tube à double foyer: coefficients\cathode gros foyer petit foyer a 2,948793 4,517432 b -7,42477 -11,1148 c -8,01109 -10, 6986 d 29,87146 37,45432 e 5,616099 6,544223 f -23,3185 -25,8013 4 Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que - on corrige la calibration d'un tube particulier en fonction de la nature de ce tube particulier - en relevant pour ce tube particulier, au cours de plusieurs il expériences de calibration, des mesures du courant de tube 'tube, du courant de chauffage 'ch, et de la haute tension appliquée V, et - en pratiquant une régression pour déterminer des coefficients a et f3 avec lesquels on exprime un courant de chauffage Ilhréel à appliquer au tube 5 sous la forme: IChréel = a.lchcalib + if, forme dans laquelle lChcalib est la valeur du courant de chauffage tel qu'il ressort de la calibration.

- Procédé selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que - on corrige la calibration d'un tube particulier en fonction du vieillissement de ce tube particulier - en relevant pour ce tube particulier, au cours d'utilisations ultérieures, des mesures du courant de tube Itube, du courant de chauffage ch, et de la haute tension appliquée V, et - en pratiquant une régression pour déterminer des coefficients a et 3 avec lesquels on exprime le courant de chauffage IChréel à appliquer au tube 15 sous la forme: lChréel = a.lChcalib + f3, forme dans laquelle lchcalib est la valeur du courant de chauffage tel qu'il ressort de la calibration.