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GENERATEUR DE ~AYONS X
La présente invention concerne un générateur de rayons X,
particulièrement bien adapté pour être utilisé dans le cadre d'exa-
mens radiologiques mettant en oeuvre des phénomènes d'absorption
différentielle des tissus.
Les tubes a rayons X pour diagnostic médical sont généra-
lement constitués comme une diode, c'est-à-dire par deux élec-
trodes: I'une des électrodes appelée cathode est émettrice d'élec-
trons; I'autre électrode est appelée anode ou anticathode, et reçoit
ces électrons sur une petite surface qui constitue le foyer, source du
rayonnement X. Ces électrode sont enfermées dans une enveloppe,
étanche au vide, et permettant l'isolement électrique entre les deux
électrodes.
La cathode comporte une pièce de concentration, dans laquelle
est logé un filament chauffé qui constitue la source d'électrons.
Quand la haute tension fournie par un générateur est appliquée
aux bornes des deux électrodes9 de facon que la cathode soit au
potentiel négatif, un courant dit anodique s'établit dans le circuit,
au travers du générateur et traverse l'espace entre la cathode et
l'anode, sous la forme d'un faisceau d'électron dont rintensité
dépend de la température du filament; cette température étant
fonction de la puissance dissipée dans le filament.
La quantité de rayons X emis au foyer est, pour une valeur V
donnée de cette haute tension? proportionnelle à l'intensité du
courant anodique7 alors que l'énergie spectrale du rayonnernent X
:~ 25 (inverse des longueurs d'ondes~ dépend de la valeur V de la haute
tension. L'anode émet à la fois un spectre continu et un spectre
caractéristique du~ métal qui constitue l'anode, liés respectivement à
la valeur de la haute tension et au nombre atomique du métal.
On constate que pour une valeur V donnée de la haute tension,
ce spectre continu est indé~ini GU côté des grandes longueurs d'onde,
et se trouve limité du caté des petites longueurs d'ondes à une
:' ~
~29~537~
valeur 1~o bien déterminée, et qui ne dépend que de la valeur Vo,
telle que donnée par la relation:
~0 = hc x Vo ~ ou h est la constante de Planck, c est la vitesse
de la lumière, e la charge de l'électron.
Sont donc seules émises les radiations d'énergie inférieure à
l'énergie limite, et si l'on veut obtenir des rayons d'une longueur
cl'onde plus courte, il suffit d~augmenter la valeur V de la haute
tension appliquée au tube radiogène selon la relation qui suit:
V = hc . ~
I 'intensité de l'émission en rayons X dépend à la fois du
courant I (courant anodique du tube radiogène) et de la tension V, et
le spectre énergique des rayons X émanant du tube radiogène, c'est-
à-dire de la source, varie avec la valeur V de la tension qui est
appliquée au tube.
Par ailleurs l'absorption des tissus, par exemple des corps tels
que le calcium où l'iode (ce dernier étant injecté) ont une absorption
relative aux tissus avoisinants, différente à différentes valeurs de la
haute tension; ces différences n'étant pas proportionnelles entre
elles, mais introduisant une différentielle entre les éléments com-
posant les tissus et ces autres corps, tels que cités plus haut, c'est-
à-dire le calcium et l'iode.
Aussi, un des buts de la présente invention, est de permettre la
réalisation de deux ou plusieurs clichés correspondant chacun à des
valeurs dif~érentes de la haute tension, de manière à obtenir des
25 renseignements spécifiques de certains corps ~calcium, iode, etc)
par différenciation des clichés.
Le générateur de rayons X de l'invention permet d'obtenir de
telles images, soit simultanément, soit successivement à cadence
suffisamment rapide9 de manière à obtenir une superposition cor-
30 recte de ces images malgré les mouvements des tissus ou organessoumis à l'examen.
Selon l'invention, un générateur de rayons X comportant une
source d'alimentation fournissant une haute tension, un tube radio-
3~
gène comportant, une cathode et une anode forrnant une paire
d'électrode à laquelle est appliquée ladite haute tension et permet-
tant ~obtenir un rayonnement X, est caractérisé en ce que ledit
tube radiogène comporte au moins une seconde cathode, indépen-
dante de la première cathode et isolée électriquement de cette
dernière, ladite seconde cathode formant avec ladite anode une
seconde paire ~électrodes à laquelle est appliquée une seconde
haute tension permettant d'obtenir un second rayonnement X, ladite
seconde haute tension étant fournie par une seconde source de
tension, lesdites première et seconde haute tension ayant des
valeurs différentes choisies de manière à conférer au premier et au
second rayonnement X des spectres de rayonnement dont les limites
en énergie sont différentes.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui
suit, faite à titre ~exemple non limitatif, et aux deux figures
annexées parmi lesquelles:
- la figure 1 montre schématiquement une première version d'un
générateur de rayons X selon l'invention, permettant d'obtenir des
rayonnements X d'énergies différentes et dont les foyers sont
superposés;
la figure 2 montre une seconde version de l'invention, dans laquelle
des rayonnements X d'énergies différentes sont produits à partir de
foyers disposés en des points différents d'une anode.
La figure 1 représente un dispositif générateur de rayons X 1,
selon l'invention, utilisé dans un appareil de radiodiagnostic 61, et
~comportant un tube radiogène ~, symbolisé sur la figure par un
rectangle en traits pointillés. Le tube radiogène 2 comporte une
anode 3 qui peut être soit une anode fixe, soit ainsi que dans
l'exemple non limitatif décrit, une anode tournante mise en rotation
de maniere classique autour de son axe de symétrie 60. L'anode 3 est
solidarisée de manière conventionnelle à un rotor 4, par l'intermé-
diaire duquel elle est reliée, dans l'exemple non limitatif décrit, à
une sortie positive 5 d'une source 6 délivrant une haute tension HTl.
:
:
~L53~7~
Selon une caractéristique de l'invention, le tube radiogène 2
doit comporter au moins deux cathodes indépendantes et isolées
électriquement l~une de l'autre, destinées chacune à fonctionner
avec l'anode 3 sous des valeurs de haute tension différente; un
nombre N de cathodes supérieures à deux pouvant être utilisées dans
le cadre de l'invention.
Dans l'exemple non limitatif décrit, le tube radiogène 2
comporte deux cathodes 8, 10. Une prernière cathode 8 constitue
avec l'anode 3 une paire d'électrodes 3-8 à laquelle est appliquée la
première haute tension HTl fournie par la source 6; la première
cathode 8 étant à cette fin reliée par des moyens conventionnels à
une sortie négative 9 de la première source 6.
La seconde cathode 10 constitue avec l'anode 3 une seconde
paire ~électrode 3-10 à laquelle est appliquée une seconde haute
tension HT2 ayant une valeur différente de la première: la seconde
tension HT2 étant fournie par une seconde source haute tension 11.
La seconde cathode 10 est reliée à une sortie 12 négative de la
seconde source haute tension 11, dont une sortie positive 13,
délivrant le potentiel positif ~HT2 est reliée à la sortie positive 5 de
la première source 6.
Ainsi les potentiels positifs ~HTl, +HT2 sont réunis à l'anode 3
et les cathodes 8, 10 sont portées respectivement à des potentiels
négatifs -HT l, -HT2 de valeurs différentes.
Les cathodes 8,9 sont indépendantes rune de l'autre, c'est-à-
dire qu'elles sont conçues de façon à pouvoir fonctionner, simul-
tanément ou non; elles sont isolées électri~uement et peuvent ainsi
être reliées à deux hautes tensions HTl, HT2 différentes.
I es sources hautes tensions 6,11 sont également indépendanes
l'une de l'autre, et peuvent délivrer simultanément ou non les hautes
tensions HTl, HT2 de valeurs différentes, et ajustables grâce à des
moyens classiques (non représentés). De telles sources haute tension
6,11 peuvent consister par exemple en des sources entièrement
autonomes, ou par exemple, d'une manière en elle-même connue de
l'homme du métier, être élaborées à partir d'un même enroulement
primaire d'un transformateur (non représenté) disposé dans un géné-
rateur de haute tension 20, dans lequel elles sont elles-mêmes
contenues, dans l'exemple non limitatif décrit.
11 est connu que dans un appareil de radiodiagnostic, le
générateur haute tension 20, bien que sommairement représenté sur
la figure 1, constitue un ensemble relativement complexe, compor-
tant notamment ou étant étroitement associe avec un pupitre de
commande (non représenté). C'est généralement au niveau du pu-
pitre de commande qu'un opérateur détermine, en radiographie par
exemple, les caractéristiques ~une suite de séquences, notamment
quand l'installation comporte, ainsi que dans l'exemple décrit, un
récepteur de rayons X constitué par un changeur de films 21; la
synchronisation entre le changeur de films et des moyens ~établis-
sement et de coupure (dlun type classique non représenté) de la
haute tension du tube radiogène, étant assurée par des moyens de
synchronisation et de commande.
Dans l'exemple non limitatif de la description, le générateur
haute tension 20 comporte de tels moyens de synchronisation et de
commande 22 en eux-mêmes connus, reliés d'une part au changeur
de films 21 par des liaisons symbolisées sur la figure par une unique
liaison 70, et reliés ~autre part, par des commandes séparées Cl,
C2, à la première et à la seconde source haute tension 6,11 afin d'en
commander la marche et l'arrêt.
Les cathodes 8 et 10 générent chacune, d'une manière con-
ventionnelle, un faisceau d'électron, respectivement 25,26, grâce à
des moyens d'alimentation classiques, non représentés. Dans l'exem-
; ~ ~ ple~non limitatif de la description, les cathodes 8,10 sont destinées à
fonctionner l'une après llautre en synchronisme avec le changeur de
films 219 en vue de réaliser deux clichés successifs, et sont orientées
de façon que leur faisceau d'électron respectifs 25,26 bombardent
~ ~ I'anode 3 sensiblement en un~même point où ils engendrent succes-
- sivement un premier et un second foyers fl,f2; I'intervalle de temps
entre deux tels clichés successifs étant pratiquement uniquement lié
à la vitesse du changeur de films 21, laquelle est de l'ordre de 2 ou
3~7~
moins à 8 clichés par seconde. Ce type d'examen est un exemple non
limitatif; il est en effet possible, dans des applications telles que le
radiocinéma, de faire des clichés alternés a des cadences qui
peuvent atteindre 60 à 120 images par seconde.
En supposant que la première cathode 8 soit mise en fonction-
nement la première, c'est-à-dire que la première haute tension HTl
délivrée par la première source 6, est appliquée entre la première
cathode 8 et l'anode 3: le premier faisceau d'électron 25 bombarde
l'anode 3 et engendre le foyer fl qui constitue la source d'un premier
rayonnement X FXl. Le rayonnement X FXl est représenté, dans
l'exemple non limitatif décrit, selon un faisceau u~ile délimité par
des moyens de collimation 32, et qui traverse un objet 33 à examiner
avant ~impressionner dans le changeur de films 21, un film tnon
représente) sur lequel est formée une premiere image; cette
première image étant obtenue avec une valeur de la première haute
tension HTl de l'ordre par exemple de 65 KV.
Llarrêt de la première source ~aute tension 6 est commandé
par les moyens de synchronisation 22, lesquels commandent ensuite
la mise en marche de la seconde source haute tension 11, quand un
second film (non représenté) a remplacé le premier dans le changeur
de film 21.
I a seconde haute tension HT2, ayant par exemple une valeur
de 145 KV, est alors appliquée entre la seconde cathode 10 et
I'anode 3: le second faisceau d'électron 26 généré par la seconde
cathode 10 bombarde l'anode 3, sur laquelle est alors constitué le
second foyer ~29 ayant dans cette version de l'invention, une même
position que le premier foyer fl, et constituant la source d'un second
rayonnement FX2.
Le second rayonnement FX2 est délimité d'une même manière
que le premier rayonnement FXI, mais comporte par rapport à ce
dernier un spectre de rayonnement plus étendu du côté des faibles
longueurs d'onde, c'est-à-dire des Eortes énergies.
Ceci permet de réaliser un second cliché contenant des
informations di~férentes de celles du premier cliché.
~ .
,
:~
~L~41S3~
La figure 2 montre une seconde version de l'invention dans
laquelle, à l'opposé de la première version, les foyers fl, f2, sont
formés sur l'anode 3, simultanément ou non, en des points différents.
~'our plus de clarté de la figure 2, le tube radiogène 2 est
5représenté uniquement par les cathodes 8, 10 e~ par l'anode 3 elle-
même partiellement représentée dans les limites ~un encadré 35
montré sur la figure 1. L'anode 3 et les cathodes 8, 10 sont reliées,
d'une même manière que sur la figure I, aux sources 6, 11 (non
représentées) delivrant respectivement les hautes tension HTl, HT2,
10de valeurs différentes.
Dans cette version de l'invention, l'alimentation des paires
d'électrodes 3-~, 3-10, formées respectivement par les cathodes 8,
10 et l'anode 3 commune à ces cathodes, peut être programméS ainsi
que dans l'exemple précédent, pour qu'elles fonctionnent l'une après
15I'autre à cadence rapide, afin ~obtenir des clichés successifs, ou
pour fonctioner simultanément, de manière à obtenir deux clichés
simultanes, réalisés chacun à partir de hautes tensions HTl, HT2, de
valeurs différentes.
De même que dans l'exemple précédent3 plus de deux cathodes
20peuvent être utilisées, de manière à obtenir simultanément plus de
deux faisceaux X, ayant des spectres d'energies différents, à partir
desquels pourront être réalisés simultanément plus de deux clichés.
Dans l'exemple non limitatif décrit, les rayonnements X FXI, FX2,
émanant respectivement des fo~rers fl, f2, sont chacun limités par
25les moyens de collimation 32, de façon à être constitués selon des
faisceaux plats en éventail; les moyens de collimation 32 com-
portant par exemple des passages séparés 62, 63.
; ~Les faisceaux plats en éventail sont utilisés de manière
classique dans les dispositifs ~imagerie par balayage9 dans lesquels
30I'image d'un objet est obtenue dans un balayage de cet objet par le
faisceau.
Dans l'exemple non limitati~ décrit, le balayage d'un objet 33
est réalisé par un déplacement des faisceaux FXI, FX2 en éventail
dans un mouvement de translation par exemple dans le sens montré
.
:
ii3~
par la flèche 49, par rapport ~i l'objet 33, du tube radiogène 2, du
collimateur 32, et de récepteurs 46, 47 du rayonnement X; ces
derniers étant en nombre au moins égal au nombre de faisceaux
FXl, FX2, chacun des récepteurs 46, 47 étant éclairé par un
faisceau FXl, FX2 ayant traversé l'objet 33 à examiner.
Les récepteurs 46, 1~7 peuvent être constitués d'une manière
classique, ainsi que dans rexemple non limitatif décrit, par une
barrette comportant une pluralité de détecteurs sensibles aux
rayons X, de type conventionnel, dont les signaux de sortie sont
appliqués à des moyens de traitement (non représentés) pour recons-
tituer l'ima~e.
Dans l'exemple de la figure 2, les faisceaux en éventail
constitués à partir des rayonnements X FXl, FX2 sont représentés
selon leur épaisseur E, le plan de l'éventail s'étendant dans un plan
perpendiculaire à la figure, ainsi qu'une longueur (non visible) de
chaque barrette de détecteur 46.
Les barrettes de détecteur 46 sont liées mécaniquement, par
des moyens classiques (non représentés), aux moyens de collimation
32 et au tube radiogène 2 pour être déplacés avec ces derniers par
des moyens moteurs conventionnels (non représentés)O
Cette configuration constitue un exemple non limitatif d'ap-
plication du générateur de rayons Xl selon l'invention, permettant
diobtenir simultané ment plusieurs clichés correspondant chacun à
plusieurs valeurs de haute tension, de manière à obtenir des rensei-
gnements spécifiques à certains corps par différenciation des
clichés.
: :
