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Cinématographie à rayons X.
L'invention concerne les appareils à rayons X et, en particulier, les appareils à rayons X qui permettent l'enregis- trement permanent de radiographies par photographie ou procédés semblables. Elle s'applique spécialement à l'établissement de films radiographiques.
Il est souvent intéressant de pouvoir établir des films radiographiques du corps humain, par exemple pour observer le mouvement de divers organes, tels que le coeur. Le procédé le plus employé dans ce but consiste à former sur l'écran fluorescent des images reproduisant la partie voulue du corps, et à filmer -ensuite ces images. Comme un patient ne supporte qu'une dose limitée de rayons X, il faut réduire au minimum la quantité, par exposition, de rayons X nécessaire à impressionner la plaque photographique. Parmi les différents facteurs qui déterminent la quantité de rayons X nécessaire, il faut citer la luminosité
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de la fluorescence de l'écran, en ce qui concerne son effet sur l'émulsion photographique.
Pour la plupart des cas d'observation, il est difficile d'obtenir la luminosité voulue sur l'écran fluorescent sans appliquer une dose exagérée de rayons X au pa- tient. Parmi les écrans du commerce, les plus lumineux au point de vue photographique sont du type au sulfure de zinc ; ils ont le défaut d'être à longue persistance, restant illuminés longtemps après la coupure des rayons X d'excitation. Ce défaut provoque du flou et des effets de surimpression, si l'organe observé est en mouvement.
L'invention a principalement pour but de créer des procédés et des dispositifs qui éliminent pratiquement ces effets de longue persistance et donnent une grande netteté aux diverses images d'un organe en mouvement soumis à la radiographie ou la radioscopie.
Plusieurs formes d'exécution choisies de l'invention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé.
La figure 1 est une représentation graphique idéalisée de la variation, en fonction du temps, de la luminosité d'une matière fluorescente type.
La figure 2 est le schéma d'un appareil conforme aux principes de l'invention.
La figure 3 est une vue de face d'un obturateur ro- tatif représenté en plan à la figure 2; et
La figure 4 est une représentation schématique sembla- ble à la figure 2 mais donnant une autre forme d'exécution des principes de l'invention.
Quoique le mécanisme et la nature précise du rendement d'un écran fluorescent sous l'excitation des rayons X soient loin d'être complètement connus, l'expérience a montré que beaucoup de matières fluorescentes se comportent comme si la réponse à l'excitation se développait exponentiellement par
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rapport au temps.
Dans une relation de ce genre, avec une excitation de rayons X d'intensité constante, l'intensité lumi- neuse Ig croit suivant une équation de la forme suivante:
EMI3.1
De même la chute de l'intensité lumineuse Id après la fin de l'excitation suivra une forme exponentielle donnée par l'équation suivante:
EMI3.2
où T est la période phosphorescente (c'est-à-dire le temps qu'il faut pour que la luminosité tombe à 1/e de son intensité originale); tl est le temps d'excitation instantané; tg est la durée totale d'excitation; e est la base des logarithmes népériens; t2 est le temps écoulé depuis la cessation de l'excitation des rayons X; et C est une constante.
Dans le cas des matières utilisées dans de nombreux écrans fluorescents commerciaux pour rayons X et comprenant celles au sulfure de zinc susmentionnées, leur réponse n'est pas aussi simple que ne l'indique l'équation exponentielle ci-dessus. Si les constantes C et T sont choisies telles que la seconde équation correspond à la courbe relevée pendant la dimi- nution initiale,l'expérience montre que la phosphorescence ne tombe pas aussi vite que ne l'indique l'équation, dans la pério- de suivante. On peut cependant, pour des raisons d'analyse ou de description, se rapproche raisonnablement des réalités obser- vées en considérant que l'intensité lumineuse se compose de deux ou plusieurs courbes exponentielles superposées avec des périodes de phosphorescence T plutôt nettement différentes.
La figure 1 représente deux telles courbes exponentiel- les A et B avec des périodes de phosphorescence différentes, qui, avec la superposition de leurs ordonnées, serviront à re- présenter le comportement d'une matière fluorescente, en tant que cela concerne la présente expli cation. La courbe A a une
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période relativement courte, aussi bien pour l'augmentation d'intensité pendant l'excitation que pour la chute de l'intensité lumineuse après la fin de l'excitation. La courbe B a une période beaucoup plus longue pour les deux parties. Les périodes relatives de phosphorescence A et B ont été choisies plutôt dans le but d'avoir un exposé clair que parce que leurs valeurs sont typiques en fait.
En pratique on a trouvé, pour un même écran, des pério- des de phosphorescence qui diffèrent entre elles dans un rapport aussi grand qu'un million.
En produisant des impulsions de rayons X aussi courtes qu'un millionième de seconde c'est-à-dire une microseconde), et en mesurant l'intensité lumineuse en fonction du temps pour les écrans à sulfures précités, l'expérience a montré que la plus grande partie de la réponse lumineuse, comprenant l'accroisse- ment d'intensité jusqu'à un maximum pendant l'excitation et la grosse partie de la chute, couvre un temps de 10 à 100 microse- condes. En considérant, par raison de simplicité, que la réponse observée se compose de deux parties, A et B, la réponse pendant ces 10 à 100 microsecondes est due, en majeure partie, à la composante A de période phosphorescente courte. La réponse due à la composante B est étendue sur un intervalle de temps beau- coup plus grand, à cause de sa période de phosphorescence beau- coup plus longue.
Donc, en excitant l'écran pendant un temps aussi extraordinairement court qu'une micro-seconde, on con- centre presque toute la réponse due à la composante A dans un intervalle de temps extrêmement court, la séparant de presque toute la réponse due à la composante B, cette dernière étant peu affectée par la diminution du temps d'excitation.
En uti- lisant des impulsions de rayons X aussi courtes et en employant un écran rapide de façon à exposer la plaque photographique de la caméra photographiant l'écran pour des périodes courtes de l'ordre du temps nécessaire à ce que la composante lumineuse à période courte s'éteigne en grande partie, il a été possible
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d'obtenir des enregistrements photographiques de la composante lumineuse à période courte A tout en excluant pratiquement les effets de la période de phosphorescence longue représentés par la courbe B de la figure 1.
Comme les effets destructifs des rayons X sur le corps humain sont principalement proportionnels au produit de l'in- tensité de la radiation par le temps, il est possible, avec des impulsions aussi courtes que celles décrites, d'atteindre des intensités instantanées beaucoup plus élevées que celles obte- nues avec des appareils à rayons X courants. Donc en n'utilisant que la composante lumineuse à période courte pour la photogra- phie, et en empêchant la composante à période longue d'agir sur le film,on obtient une grande netteté dans les photographies de corps en mouvement et on évite le flou et les effets de surimpres- sion dûs aux composantes lumineuses à période longue.
Si l'on a utilisé des courbes exponentielles pour repré- senter les phénomènes décrits, les conclusions que l'on en tire et les effets obtenus avec des temps d'exposition aussi courts ne sont pas limités aux phénomènes de luminosité suivant des lois exponentielles, et les principes énumérés s'appliquent aussi bien à des réponses de type hyperbolique ou de toute autre forme.
On peut démontrer que là où la réponse lumineuse peut être représentée par une courbe exponentielle, telle que A et B de la figure 1, on sépare le mieux les effets photographiques dûs à la composante à période courte A, en utilisant une im- pulsion de rayons X courte par rapport à la période T de cette composante, et enayant un temps d'ouverture, pour l'obturateur, encore plus court que l'impulsion et situé dans la dernière partie de la période. Cependant, l'amélioration obtenue n'est que légèrement moins marquée si l'impulsion a une durée approxima- tivement équivalente à la valeur T de la période courte et si l'ouverture permise par l'obturateur y est égale ou légèrement
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supérieure.
S'il faut obtenir une intensité maximumde l'image photographique pour une exposition donnée du corps aux rayons X, il est bon d'avoir une ouverture d'obturateur égale à environ trois fois la durée de l'impulsion de rayons X.
Il est inutile de diminuer la durée de l'impulsion de rayons X et de l'ouverture de l'obturateur de la caméra jusqu'à la microseconde pour obtenir une grande amélioration dans la netteté de l'image photographique. Quoique les limites théoriques et pratiques possibles de l'amélioration aient été signalées dans le paragraphe précédent, l'expérience a montré qu'en pratique il est inutile de diminuer les temps en question au-delà de ce qu'il faut pour obtenir le degré de netteté d'image requis pour un cas donné d'enregistrement cinématographique. En réduisant donc les temps à un millième ou un dix-millième de seconde seu- lement,on atteindra des résultats suffisants tout en mainte- nant le prix de revient de l'appareil à un niveau plus bas, grâce à des simplifications techniques.
Les principes fondamentaux de l'invention exposés dans la description précédente peuvent être appliqués à un disposi- tif tel que celui représenté schématiquement à la figure 2 du dessin. Dans ce dernier, un tube à rayons X est disposé de façon à émettre, sur un écran fluorescent 2, des rayons traver- sant un corps 3 mis en observation. Les écrans fluorescents du type représenté en 2 sont bien connus dans le domaine des rayons X. On peut citer, entre autres, comme écran convenant à l'appli- cation des principes de l'invention, l'écran Patterson D. L'ima- ge lumineuse produite sur l'écran fluorescent 2 peut être photographiée par la camera 4 arrangée de façon à prendre des photos successives à des intervalles suffisamment courts pour permettre l'observation du mouvement de n'importe quel organe à observer.
Dans beaucoup de cas, la cinématographie classique à seize ou vingt-quatre images par seconde suffira pour la ca-
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mera 4, quoiqu'une fréquence d'image de soixante quatre ou plus puisse parfois être nécessaire pour la photographie "au ralenti".
Le tube à rayons X 1 est alimenté par. des impulsions courtes intermittentes d'une faible durée choisie. Pour cela, le tube à rayons X émet de courtes impulsions de rayons X en étant alimenté à partir d'une source 5 de courant continu de type approprié bien connu, par l'intermédiaire d'une résistance 6 et d'un tube déclencheur 7. Le tube déclencheur 7 peut être une triode à cathode et anode, avec, en plus, une électrode de com- mande reliée à la borne négative d'une source de polarisation 8 à travers une résistance 9. On connecte, de préférence, un con- densateur 11 aux bornes de la source première de tension 5 par l'intermédiaire d'une résistance 6. Ce condensateur se charge à une tension voisine de celle de la source 5 entre les impulsions successives du tube à rayons X 1.
Un condensateur 12 en série avec un enroulement secondaire 13 d'un transformateur est connec- té entre l'électrode de commande et la cathode du tube 7. Un en- roulement primaire 14 associé à l'enroulement secondaire 13 est mis en série avec une source de courant continu 15 et un commu- tateur à fermeture et interruption comprenant un balai 16 disposé de façon à venir en contact, par intermittence, avec deux pointes 17 diamétralement opposées fixées sur la périphérie d'un disque conducteur 18 servant d'écran obturateur pour la camera 4. Un second balai 19 en contact avec le disque 18 est connecté à la borne libre de l'enroulement 14.
Le disque 18 tourne continuellement, étant entraîné par un moteur approprié (non représenté) par l'intermédiaire d'un arbre 21. Quand le disque 18 tourne, les pointes 17 établissent et rompent le contact avec le balai 16, de façon à envoyer des impulsions de la source 15 dans l'enroulement primaire 14. Ces impulsions de courant induisent des tensions, dans l'enroulement secondaire 13. Celles-ci produisent des impulsions positives de tension sur l'électrode de commande normalement négative du tube 7.
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Ce tube devient ainsi deux fois conducteur par tour du disque 18.
Le tube déclencheur 7 est maintenu normalement non conducteur à cause de la tension qui lui est appliquée et qui est négative par rapport à la cathode du tube 7. Cette tension est délivrée par la batterie de polarisation 8. Quand, au contraire, on applique à l'électrode de commande du tube déclencheur 7 les impulsions positives susmentionnées, le tube est rendu conducteur, et le courant passe entre l'anode et la cathode du tube à rayons X 1, venant du condensateur 11. Le tube 1 produit ainsi des impul- sions brèves de rayons X qui irradient le corps 3 et l'écran fluorescent 2.
Le disque 18 se trouve dans le plan d'obturation d'un système de lentilles 22, 23 de la caméra 4, et est pourvu de deux rainures de forme appropriée 24, 25. Pendant la majeure partie de sa période de rotation, le disque 18 forme un écran opaque pour le système optique de la camera 4, de sorte que le film de la caméra n'est exposé à la lumière de l'écran fluorescent 2 que pendant des intervalles très courts, au moment où les fen- tes 24 et 25 sont alignées sur l'axe du système optique 22, 23.
En proportionnant convenablement la longueur des fentes 24, 25, on peut choisir librement la longueur d'exposition du film de la camera 4.
Le film de la camera 4 se déroule, de préférence, sui- vent un mouvement intermittent (mécanisme non représenté), bien connu en photographie. Les détails de ce mécanisme intermittent n'étant pas caractéristiques de l'invention, ne seront pas décrits ici.
Il est évident que les courtes impulsions de rayons X sont produites dans le tube 1 quand l'impulsion de tension posi- tive est appliquée à l'électrode de commande du tube 7 par l'ac- tion du balai 16 et des pointes 17. Il est préférable d'arranger le circuit de façon que l'impulsion positive soit aussi pointue que possible. L'expérience a montré que ce but était atteint
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quand le balai 16 interrompt le contact avec la pointe 17. Si l'on désire que le film de la camera 4 soit exposé tout au début de l'émission de l'impulsion émise par le tube 1, on s'arrange de façon que les arêtes frontales des fentes 24 et 25 soient ali- gnées sur l'axe optique du système de lentilles 22,23, au mo- ment où le balai 16 interrompt son contact avec la pointe 17.
Si l'on désire que le film ne soit exposé qu'en fin de période de la composante à période courte de luminosité de l'écran 2, la position des arêtes frontales des fentes 24 et 25 pratiquées dans le disque 18 est reculée de façon appropriée correspondant à un retard suffisant sur le moment où le balai 16 interrompt le contact avec la pointe 17. L'agencement des circuits et du mé- canisme en vue de ces résultats est un problème bien connu.
Le mécanisme intermittent entraîné par l'arbre 21 et servant à donner un mouvement saccadé au film de la caméra 4 se règle aussi avec des moyens bien connus, de façon que le mouvement du film ait entièrement lieu pendant que le disque 18 agit comme obturateur pour la camera 4.
Quoique l'on ait décrit le mouvement du film de la camera 4 comme intermittent, il est clair que le film peut se déplacer de manière continue, à condition que, grâce à des miroirs ou des lentilles tournants, l'image de l'écran fluorescent 2 sur le film 4 se déplace à la même vitesse que ce dernier, lorsque l'ob- turateur du système optique 22,23 est ouvert. De même, le dis- que tournant 18 décrit comme obturateur du système optique 22, 23 peut être évidemment remplacé par un obturateur à mouvement de va et vient de type connu, commandé par électro-aimant. Dans ce cas, l'électro-aimant sera convenablement alimenté par un com- mutateur horlogique et synchronisé avec les impulsions de courant qui rendent le tube déclencheur 7 conducteur.
La figure 3 donne simplement une vue du disque 18 à an- gle droit par rapport à celle de la figure 2, et n'exige pas d'autres explications.
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Le système d'alimentation du tube à rayons X 1 servant à produire les courtes impulsions et représenté à la figure 2, est de type bien connu. La figure 4 représente un autre type d'alimentation intermittente du tube à rayons X 1. Le circuit de la figure 4 diffère de celui de la figure 2 en ce que le tube dé- clencheur 7 est arrangé de façon à commander la décharge, dans le filament cathodique du tube à rayons X 1, d'un condensateur 31 qui se charge, dans les intervalles séparant les impulsions, au moyen d'une source de tension 32 à travers une résistance 33. Le tube déclencheur 7, comme le tube correspondant de la figure 2, n'est pas conducteur aux moments où le tube 1 ne produit pas d'impulsions de rayons X.
Le tube 7 est rendu conducteur par le mécanisme comprenant le disque 18 et déjà décrit à la figure 1, de façon à envoyer de telles impulsions de courant dans le fila- ment cathodique du tube à rayons X 1. Quand ces impulsions aug- mentent la température du filament jusqu'à l'incandescence, il se produit dans le tube 1 une impulsion de rayons X qui ne dure que le court instant pendant lequel la décharge du condensateur 31, élève la température de la cathode du tube 1 au-dessus de la température d'émission d'électrons.
Dans certains cas, il peut être intéressant de prendre avec la camera 4 les vues cinématographiques successives à une fréquence égale à celle du réseau de courant alternatif, ou à un multiple entier de celle-ci. Il est clair qu'en attaquant alors l'arbre 21 avec un moteur synchrone, et en utilisant la tension alternative du réseau pour déclencher le tube 7, on peut supprimer tout le circuit d'automatisme entre le tube déclencheur 7 et le disque 18, comprenant les éléments 14, 15, 16 et 19.
Quoique, dans la description qui précède, l'image lu- mineuse produite par le système de lentilles 22, 23 soit enre- gistrée photographiquement, il est possible d'utiliser les prin- cipes de l'invention pour obtenir des images nettes d'un objet en mouvement pour observation visuelle, en montant une lunette
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appropriée pour Inobservation directe de l'image lumineuse pro- duite par le système optique.
REVENDICATIONS
1) Procédé pour l'obtention d'images nettes d'objets mobiles à partir d'un écran fluorescent ayant une persistance fluorescente relativement longue, caractérisé en ce qu'on appli- que à l'écran une excitation servant à le rendre lumineux pour un temps de l'ordre de la période phosphorescente de la composante lumineuse courte de l'écran, et on enregistre la lumière émise par cet écran fluorescent pour un temps de l'ordre de cette pé- riode phosphorescente.