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DISPOSITIF POUR MESURER .AUTOMATIQUEMENT LA DUREE DE CHARGE D'UN TUBE A
RAYONSX.
Le temps nécessaire pour réaliser, à l'aide de rayons X, un en- registrement photographique, dépend de la puissance fournie au tube à rayons X, de l'absorption des rayons dans l'objet, et de la sensibilité de la pla- que ou de la pellicule photographiqueo Des objets analogues pouvant présen- ter de notables différences en ce qui concerne l'abso rption de rayons, il est souvent difficile de déterminer exactement le temps d'exposition. A cet effet, on mesure, avant de procéder à la radiographie proprement dite, l'intensité du rayonnement, en un endroit situé derrière l'objet, dans une zone importante pour le diagnostic.
A l'aide des données disponibles en ce qui concerne le noircissement d'une plaque ou d'une pellicule photogra- phique en fonction de la dose de rayons, on peut déduire ainsi du produit de l'intensité de rayonnement et du temps d'exposition nécessaire pour un noircissement déterminé, la durée d'exposition requise. Pour des objets tels que des êtres vivants, ce procédé présente un inconvénient; la mesure demande déjà une certaine quantité de rayonnement qui est, en grande partie, absorbé par l'objet, de sorte que lors de la réalisation de la radiographie, on peut dépasser la dose tolérable par l'objet.
Il existe déjà des dispositifs dans lesquels la durée du fonction- nement du tube à rayons X est déterminée automatiquement. Ils sont équipés d'un indicateur sensible aux rayons X. Sous l'influence des rayons qui.tra- versent l'objet, il se produit dans l'indicateur une conduction d'électrons et l'intensité du courant électronique constitue une mesure de l'intensité des rayons qui traversent l'objeto Ce courant est utilisé pour charger ou. pour décharger un condensateur. Dès que la variation de charge dépasse une valeur déterminée, l'appareil à rayons X est automatiquement mis hors circuit.
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L'élément sensible aux rayons d'un tel dispositif peut comporter un gaz ionisable, et consister en une chambre d'ionisation plate,en forme de boite,dont la surface active a approximativement la même superficie que l'image.
Dans une autre forme de réalisation, l'indicateur de rayons est un écran luminescent,et la lumière développée par cet écran est captée par une cellule photo-électrique.
Les divers amplificateurs présentent une propriété commune : le courant électrique obtenu est approximativement proportionnel à la valeur moyenne de l'intensité des rayons X sur la surface active de l'élément sensible aux rayons.
La durée de l'exposition est donc mesurée en fonction d'un cou- rant électrique qui, pour diverses causes, peut différer notablement de la valeur que l'on obtient lorsque l'indication est limitée à une partie du format de l'image, située à l'intérieur de la zone importante pour l'obser- vation proprement dite. Une telle limitation présente aussi des inconvé- nients, à savoir que l'endroit de mesure doit être déterminé d'avance.
L'une des causes pour lesquelles l'intensité moyenne des rayons sur toute la surface n'est pas toujours proportionnelle à l'intensité moyenne der- rière les parties de l'objet que l'on photographie et qui sont dcnc impor- tantes pour le diagnostic, se présente lors de la radiographie d'objets de grandeurs différentes. Surtout lorsqu'une partie du rayonnement qui touche l'indicateur longe l'objet et n'est donc pas affaiblie, on peut obtenir de notables différences. On s'est efforcé d'obvier à cet inconvé- nient, en modifiant la grandeur de la surface active de l'indicateur de rayons conformément à la grandeur de l'objet. Toutefois, il peut alors encore se produire des déviations par rapport au temps d'exposition optimum, lorsque l'objet comporte, en certains endroits, des parties à grande trans- mission pour les rayons X.
Dans un dispositif connu,permettant de modifier la grandeur de la surface active, on utilise une chambre d'ionisation affectant la forme d'une boite plate peu épaisse, et comportant quelques champs de mesure d'assez faible importance, qui sont utilisés séparément ou en groupe. Une conformation appropriée des divers champs permet d'obtenir une surface ac- tive appropriée soit aux graphies des poumons, soit aux graphies du crâne, soit aux graphies des articulations.
De plus, dans un dispositif équipé d'un indicateur constitué par la combinaison d'un écran luminescent ét d'une cellule photoélectrique, il est connu de blinder l'écran sur une plus ou moins grande partie par un ti- roir de plomb déplaçable dans le faisceau de rayons.
L'invention concerne des dispositifs du genre mentionné pour dé- terminer automatiquement la durée du fonctionnement d'un tube à rayons X, lors de la réalisation de radiographies à l'aide d'un indicateur sensible aux rayons X qui permet ou provoque un courant électronique variable avec l'intensité des rayons X obtenue derrière l'objet et qui obvie aux inconvé- nients mentionnés.
Suivant l'invention, l'indicateur comporte un certain nombre de tubes électroniques ou d'autres cellules électroniques qui couvrent séparément des parties adjacentes de la surface active de l'indicateur; l'ensemble constitué par toute la surface touchée par les rayons X, du moins la plus grande partie de cette surface, et par chacune de ces cellu- les, éventuellement en combinaison avec un élément approprié, présente la propriété qu'après un temps variable avec l'intensité des rayons, la con- duction électronique est réduite à une faible valeur, indépendante de l'in- tensité des rayons.
P ' On tire parti de cette propriété des cellules sensibles aux rayons, pour limiter l'influence des parties surexposées, pendant la durée de la graphie, car elle permet de faire en sorte que des cellules qui sont montées
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dans une telle zone ne soient actives que pendant une petite partie du temps d'exposition et qu'après le dépassement d'une dose de rayons déterminée, pas trop grande, ces cellules ne peuvent plus exercer d'influence sur la durée de l'exposition. Des cellules, qui sont montées en des endroits peu éclairés, ne sont pas aussi rapidement mises hors circuit par cette do- se de rayonnement.
La disposition nécessaire à cet effet implique que le circuit de courant de chaque cellule comporte une impédance capacitive qui peut être obtenue par une forme de réalisation spéciale des cellules ou par l'utilisation d'un condensateur sépare,
Dans le dispositif conforme à l'invention, la contribution de chaque plage par l'intermédiaire de sa cellule électronique, au courant électronique total est, tout comme dans les dispositifs connus, dominée au début par l'intensité locale des rayons X, et au début de la graphie, l'intensité de ce courant est donc approximativement proportionnelle à l'in- tensité moyenne des rayons X, comptée.sur toute la surface active de l'in- dicateuro Suivant l'invention, au bout d'un certain temps, l'intensité de ce courant diminue, car les contributions initialement très fortes des champs surexposés,
diminuent. Pour que cette diminution soit d'importance réelle, il faut veiller à ce que la quantité de charge nécessaire pour pro- voquer aux bornes de la capacité la variation de potentiel requise pour l'interruption du courant dans la cellule, ou du moins pour réduire forte- ment l'intensité du courant, soit petite par rapport à la charge transpor- tée par ce courant, lorsqu'il circule pendant toute la durée de l'exposi- tion.
L'influence des parties moins éclairées augmente donc à mesure que le temps d'exposition devient plus long et le courant total est plus petit que proportionnel à la valeur moyenne de l'intensité du rayonnement sur toute la surface active de l'indicateur. Ceci réduit notablement l'influence prédominante du rayonnement peu ou guère affaibli, sur la du- rée d'exposition, et la durée d'exposition peut être mieux adaptée au ni- veau d'intensité dans les parties moins fortement éclairées.
On peut utiliser, de façon connue, tout le courant électronique pour charger ou décharger un condensateur, monté en série dans le circuit de courant commun, pour l'alimentation des cellules, et tirer parti de la variation de tension qui en résulte pour commander un relais électronique qui commande l'interrupteur principal de l'appareil à rayons X.
De plus, il est possible de prélever du courant de décharge dans chaque cellule, ou de la variation de charge qui en résulte, une tension que l'on applique au circuit de grille d'un tube à décharge. Dans ce cas, chaque cellule est conjuguée avec un tube à décharge et le courant de décharge total commande un relais qui est conjugué avec l'interrupteur principal de l'appareil à rayons X.
Une chambre d'ionisation à utiliser dans le dispositif conforme à l'invention peut consister en deux parois planes, en matière isolante, disposées en regard et légèrement écartées; les parois sont assemblées le long des bords, de sorte que l'ensemble affecte la forme d'une boîte plate.
L'une des faces disposées en regard peut être recouverte d'une couche inin- terrompue de matière bonne conductrice de l'électricité tandis qu'un revê- tement analogue, appliqué sur l'autre paroi, peut être subdivisé en plages adjacentes isolées les unes des autres. La surface extérieure de la der- nière paroi mentionnée peut être recouverte d'une couche homogène de matiè- re conductrice. Toutefois, cette couche peut également être subdivisée en un nombre de plages égal à celui des plages formées sur l'autre face de ladite paroi. L'enceinte de la chambre est remplie d'un gaz ionisable ou d'une substance solide, dont la conductibilité varie sous l'effet des rayons X. Plusieurs semi-conducteurs présentent plus ou moins cette proprié- té.
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Un indicateur dans lequel les rayons X sont convertis en une lu- minescence visible et approprié à l'utilisation dans un dispositif conforme à l'invention s'obtient en disposant derrière un écran luminescent un cer- tain nombre de cellules sensibles à la lumière, ou d'autres cellules élec- troniques, par exemple celles qui, sous l'influence des rayons luminescents, produisent un courant et en répartissant la lumière de l'écran sur les cel- lules., A cet effet, on peut utiliser un grillage disposé dans le trajet de la lumière, et constitué par une matière opaque percée d'ouvertures.
Dans chaque ouverture peut se trouver une lentille, pour concentrer sur la cellule la lumière de la partie, embrassée par la lentille, de la surface de l'écran luminescent.
Par une suppression progressive du courant électronique provoqué par les champs fortement éclairés, on obtient que le courant total du dispo- sitif ne varie plus linéairement mais suivant une courbe qui s'adapte mieux à la courbe de noircissement de la plaque ou de la pellicule photographique, dans une partie dela gamme de noircissement qui s'étend approximativement depuis le noircissement moyen jusque dans la zone des très grands noircisse- ments.
On peut se rapprocher du caractère logarithmique de cette courbe dans la gamme des faibles noircissements, en augmentant, dans le dispositif conforme à l'invention, la sensibilité pour de faibles intensités de rayon- nement, ou-'pour des intensités de rayonnement fortement atténuées.
Dans le cas d'emploi d'une chambre d'ionisation, on peut utiliser à cet effet des matières de composition différente et à nombre atomique notablement différent, par exemple l'étain, le cuivre et l'aluminium, comme recouvrement de paroi pour l'électrode subdivisée en plages. Dans une ap- plication appropriée de ces matières, un certain nombre de plages sont cons- tituées par une matière, un autre nombre de plages par une autre matière et éventuellement un autre nombre de plages encore par une troisième matiè- re, et la répartition est telle que l'on obtient des combinaisons des pla- ges voisines de diverses matières. On tire alors parti de la propriété qu'ont ces substances d'émettre, à des degrés différents, des photoélectrons sous l'influence des rayons X.
Dans le cas d'utilisation d'un indicateur luminescent tel que dé- crit, on peut disposer devant les ouvertures ménagées dans le grillage,des filtresà transmissions différentes; une autre possibilité consiste à utili- ser un écran luminescent subdivisé en champs, constitué par des substances à pouvoirs absorbants sélectifs différents.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non li- mitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien en- tendu, partie de l'invention.
La fig. 1 illustre l'utilisation d'une chambre d'ionisation dont l'une des électrodes est subdivisée en plages qui sont couplées, par voie capacitive, à un circuit de courant commun.
La fig. 2 montre l'emploi d'un indicateur à luminescence fonction- nant d'une manière analogue. les figs. 3 et 4 représentent des exemples d'une autre application des deux indicateurs.
La figo 1 représente schématiquement l'agencement d'un dispositif radiographique conforme à l'invention. 1 est le tube à rayons X, 2 une cou- pe transversale du patient et 3, la matière sensible aux rayons sur laquelle doit être réalisée l'image radiographique, par exemple une plaque ou une pellicule photographique. Entre le patient 2 et la plaque photographique 3, se trouve la chambre d'ionisation 4, constituée par une boite plate, de forme carrée ou rectangulaire, ayant approximativement les mêmes dimensions
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que la plaque photographique. Les parois de la chambre d'ionisation sont en une matière isolante qui absorbe aussi peu que possible les rayons X.
Ces parois peuvent être par exemple en "perspex" ou en d'autres résines synthétiques appropriées. La paroi antérieure 5, et la paroi postérieure 6, sont séparées par un petit intervalle 7 et sont assemblées le long des bords. Les surfaces, disposées en regard, des parois sont recouvertes d'une couche conductrice, par exemple de graphite. La paroi 5 est recou- verte d'une couche ininterrompue 8, tandis que la surface conductrice ap- pliquée sur la paroi 6 est subdivisée en plages 9, isolées l'une de l'au- tre. Les plages ou champs peuvent être rectangulaires ou affecter la forme d'un polygone régulier; ils sont adjacents, de sorte qu'ils recou- vrent toute la surface.
La fabrication s'effectue de la manière suivan- te :on applique une couche de matière conductrice ininterrompue et on gratte, suivant des lignes parallèles, dans deux directions perpendiculai- res entre elles d'étroites bandes.
La surface extérieure de la paroi 6 est recouverte d'une couche conductrice ininterrompue 10, de sorte qu'avec la paroi faisant office de diélectrique, le revêtement subdivisé en plages forme, avec la dernière couche mentionnée 10, un nombre de condensateurs égal au nombre de plages.
La couche 10 et le revêtement 8 sont munis de bornes de connexion 11 et 120
La borne de connexion 12 est reliée à un condensateur 13, et, par l'intermédiaire de la résistance 14, à l'électrode de réglage 15 d'un tube à décharge 16. L'autre pôle du condensateur 13 est relié, d'une part par l'intermédiaire de la source de tension 17, à la borne de connexion 11, et d'autre part, par l'intermédiaire de la source de tension 18, à la cathode 19 du tube à décharge 16.
Sous l'influence des rayons X fournis par le tube 1, une con- duction d'électrons peut se produire dans la chambre d'ionisation. L'en- tretien d'une différence de potentiel à l'aide de la source de tension 17 provoque un courant électronique. Dans le cas où la chambre d'ionisation est remplie d'un fluide gazeux, la conduction électronique peut être obte- nue par le fait que le gaz est ionisé. Une autre forme dans laquelle se produit de la conduction électronique, s'obtient en utilisant comme remplis- sage pour la chambre d'ionisation, une matière semi-conductrice, par exem- ple du sélénium, dont la conductibilité augmente lorsque la matière est tou- chée par des rayons X.
Dans les zones touchées par des rayons X qui, ayant traversé le patient, ne sont que faiblement atténuées parce qu'ils n'ont traversé que des tissus à faible pouvoir d'absorption, le courant électronique obte- nu dans les trajets de décharge séparés a une forte intensité, mais cette intensité diminuera toujours par suite de la contretension provoquée par le couplage capacitif par rapport au revêtement d'alimentation commun 18.
Dans les zones où l'absorption des rayons X est plus forte, l'intensité du courant électronique est moindre, mais comme, par suite de l'irradiation, la conductibilité est plus petite, ce courant électronique conserve cette intensité pendant un temps plus long.
Le courant électronique commun charge le condensateur 13, ce qui produit aux pôles une différence de potentiel, opposée à la tension de la source de courant 18. La somme de cette tension agit dans le circuit de grille du tube à décharge 16 et commande le courant anodique. Dans le cas d'emploi d'un tube à décharge à atmosphère gazeuse, le tube amorcera dès que le potentiel de l'électrode de réglage 15 est égal au potentiel de la cathode. Le courant de décharge obtenu est utilisé de façon connue pour commander un relais électromagnétique dont l'enroulement 22 est inséré dans le circuit anodique du tube à décharge 16. Pour l'alimentation de ce tu- be, on utilise une tension alternative qui est appliquée aux bornes 20-21.
Pendant le fonctionnement du relais, le contact 23 s'ouvre et le-courant dans l'enroulement primaire 24 du transformateur haute tension 25 est inter-
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rompu. L'enroulement secondaire fournit le courant d'alimentation du tube 1.
La fig. 2 représente le dispositif approprié à l'utilisation d'un indicateur luminescent. Derrière la plaque ou la pellicule photogra- phique 3 est disposé un écran luminescent 27. En regard de cet écran 27 se trouvent des cellules photo-électriques 28 qui reçoivent leur lumière de cet écran. Entre la série de cellules photo-électriques 28 et l'écran 27 se trouve une grille 29 en une matière qui ne transmet pas la luminescen- ce émise par l'écran et qui comporte, pour chaque cellule photoélectrique une ouverture 30, de sorte que chacune de ces cellules capte uniquement la lumière luminescente provenant d'une partie de l'écran 27. Chaque ou- verture 30 peut être équipée d'une lentille 31 pour concentrer la lumière captée.
Au lieu de cellules photo-électriques, on peut également utili- ser d'autres cellules électroniques et, outre des cellules à effet photo- électrique extérieur, des cellules à effet photo-électrique intérieur.
Chaque cellule 28 est montée en série avec un petit condensateur 32. Ceux-ci se chargent sous l'effet des courants électroniques produits par l'exposition, tandis que le courant total provoque, de la même manière que dans le dispositif représenté sur la Fig. l, une variation de la diffé- rence de potentiel aux pôles du condensateur 13. Ce dispositif fonctionne d'ailleurs de la même manière que celui représenté sur la Figo 1.
Dans les circuits comportant des cellules fortement éclairées, les condensateurs 32 ont rapidement atteint l'état de charge pour lequel la différence de po- tentiel aux bornes des condensateurs est devenue si grande qu'aucun courant ne circule plus dans les cellules, tandis que dans d'autres circuits, com- portant des cellules moins fortement éclairées, cet état n'est obtenu qu'a- près un temps plus longo Le courant total nécessaire pour obtenir la varia- tion de charge prescrite du condensateur 13, subit donc une diminution pro- gressive et ceci se traduit par une réduction de l'influence des parties fortement éclairées de la photographie sur la durée d'exposition.
Les Figs. 3 et 4 concernent des dispositifs conformes à l'inven- tion, dans lesquels le courant de signal est -amplifié. Le dispositif re- présenté sur la Fig. 3 utilise une chambre d'ionisation comme cellule élec- tronique sensible aux rayons. Cette chambre d'ionisation diffère de celle utilisée dans le dispositif représenté sur la Figo 1 par le fait que le revêtement extérieur 10 de la paroi 6 est supprimé et que tous les champs
9 du revêtement intérieur de la paroi 6 sont reliés à des conducteurs de courant 33 qui traversent la paroi 6. Ces conducteurs 33 sont couplés, par l'intermédiaire de condensateurs 34, à un fil de courant commun 35, qui est fixé au pôle négatif de la source de tension 17.
Le montage comporte un nombre de triodes 36 égal à celui du nom- bre de condensateurs 34 et l'électrode de réglage de chaque tube est reliée au fil d'alimentation 33 et partant à un des pôles d'un condensateur 14, tan- dis que les anodes et les cathodes des triodes 36 sont branchées en parallè- le.
Le courant anodique commun des tubes traverse l'enroulement 37 d'un relais électromagnétique. Dans le circuit anodique est insérée la source de tension 38.- Le conducteur cathodique peut être relié directe- ment, ou par l'intermédiaire d'une source de tension négative 40, aux pô- les négatifs des sources de tension 17 et 38. Sous l'influence des rayons
X, les trajets de décharge formés avec les plages individuelles dans la cham- bre d'ionisation deviennent plus ou moins conducteurs.
Chaque trajet lais- se passer un courant électronique qui charge le condensateur 34 correspon- danto La tension que fournit la source 17 a un sens tel que les pâles des condensateurs reliés aux électrodes de commande des triodes 37 deviennent positifs, de sorte que lors de la charge des condensateurs, la différence de potentiel par rapport au conducteur cathodique commun diminue. Laug-
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mentation des tensions de charge du condensateur entraîne une augmentation progressive de l'intensité du courant anodique et lorsque celle-ci dépasse une valeur déterminée, le relais 37 déclenche.
Afin de décharger les condensateurs 34 après la fin de la ra- diographie, on a prévu un commutateur 39 qui permet de relier la ligne ca- thodique des triodes 36 directement aux bornes négatives des sources de ten- sion 17 et 38. La baisse des tensions des cathodes des triodes 37 fait en sorte que les condensateurs 34 peuvent se décharger sur ces tubes. Avant le début d'une radiographie suivante, on ramène le commutateur 39 dans sa position initiale.
Dans le dispositif représenté sur la Fig. 1, on peut annuler la charge des capacités en interconnectant les bornes 11 et 12 et en irradiant la chambre d'ionisation à l'aide de rayons X ou bien en dé-plaçant les parois l'une vers l'autre jusqu'à, ce que les revêtements se touchent. Sur la Fig. 2, la décharge s'obtient en amenant le commutateur 41 dans une posi- tion telle que la source de tension 17 soit mise en circuit et en irradiant en même temps l'indicateur à l'aide de rayons X.
L'indicateur à luminescence représenté sur la Fig. 4 correspond à celui représenté sur la Fig. 2. Il comporte un écran luminescent 27, une grille à lentilles 29 et un nombre de cellules photoélectriques 28 égal à celui du nombre d'ouvertures 30 ménagées dans la grille. Derrière chaque lentille 31 se trouve une cellule photoélectrique 28.
Tout comme dans le dispositif représenté sur la Fig. 2, un con- densateur 32 est monté en série avec chaque trajet de décharge. Pour le reste, les deux exemples de réalisation représentés sur les Figs. 3 et 4 sont identiques et c'est la raison pour laquelle les éléments correspon- dants portent les mêmes chiffres de référence sur les deux figures.
Après la mise en circuit du tube à rayons X 1 pour. procéder à une radiographie de l'objet 2 sur la plaque photographique 3, il se pro- duit une activation de l'écran luminescent 27 et l'énergie absorbée par cet écran est convertie en lumière. Cette lumière active les cellules pho- toélectriques 28 dans une mesure correspondant à la luminance de la lumi- nescence captée par chaque lentille 31. Les courants photoélectriques char- gent les condensateurs 32 et la différence de potentiel qui en résulte est appliquée, comme tension de grille positive, aux triodes 36. Le courant anodique total de ces triodes commande le relais électromagnétique 37.
Après la fin d'une radiographie, par le fait que le courant d'alimentation de l'appareil à rayons X est interrompu par le commutateur 23, on actionne, sur les Figs. 3 et 4, le commutateur 39 pour enlever la charge des condensateurs 32 et 33.
Pour procéder à la radiographie suivante, ce commutateur doit être ramené dans sa position précédente. De ce fait, les grilles des tu- bes à décharge sont rendues fortement négatives par l'intermédiaire de la source de tension 40, et l'intensité du courant anodique est réduite.
La bobine 37 lâche le contact 23 et permet le passage du courant d'alimentation de l'appareil à rayons X. Par suite de l'accumulation de charge dans les condensateurs 34 et 32, sous l'influence des rayons X, les potentiels de grille des divers tubes à décharge augmentent et l'augmenta- tion est d'autant plus rapide que l'intensité des rayons parvenant sur la cellule en cause est plus grande. La contribution de chaque tube à déchar- ge au courant total se rapproche donc progressivement d'une valeur détermi- née par la tension de la source d'alimentation 17.
Cette contribution ne saurait être dépassée, de sorte que l'influence de parties fortement éclairées est limitée, tandis que les cellules moins fortement éclairées et celles faiblement éclairées font prévaloir leur influence par le fait qu'elles provoquent, plus lentement il est vrai, également l'accroissement requis du potentiel de.grille. Pour obtenir le réglage optimum, il suffit
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de modifier la tension fournie par la source de tension 17.