WO1991002265A1 - Dispositif a scintillation utilisable pour mesurer l'attenuation par tomographie de transmission - Google Patents

Dispositif a scintillation utilisable pour mesurer l'attenuation par tomographie de transmission Download PDF

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WO1991002265A1
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gamma camera
gamma
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PCT/FR1990/000560
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Michel Bourguignon
Marie-Michèle VASSILIOU
François De La Barre
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Sopha Medical
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Sopha Medical
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    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/161—Applications in the field of nuclear medicine, e.g. in vivo counting
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    • A61B6/42—Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4208—Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector
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    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computed tomography [CT]
    • A61B6/037—Emission tomography

Definitions

  • the present invention relates to a scintillation device usable for measuring attenuation by transmission tomography.
  • She finds' its particular application in the medical field where, in combination with a gamma camera typically used, it helps refine knowledge of the internal structures revealed by an executed emission tomography examination with this gamma camera.
  • An emission tomography examination carried out by means of a gamma camera involves the injection, into a body to be examined, of a radioactive marker.
  • the marker for example Technetium
  • the radioactive marker By circulating in the body of the latter, the radioactive marker produces a measurable radioactive phenomenon.
  • the radioactive phenomenon essentially involves the emission of gamma rays.
  • a gamma camera or scintillation camera provided with a plane scintillator crystal
  • a gamma camera essentially comprises a stand to support a detector surmounted by the scintillator crystal.
  • a gamma camera also includes a control and processing console.
  • the detector has an arrangement of photomultiplier tubes to produce electrical signals corresponding to detected scintillations.
  • the scintillator absorbs radioactive gamma radiation by photoelectric effect. It emits a light scintillation detected downstream by the network detector photomultiplier tubes.
  • the tubes are associated with calculation means. These make it possible to determine the coordinates of a place of interaction of gamma radiation in the scintillator.
  • this localization can only be achieved by interposing a collimator between the body and the scintillator. This collimator allows only radioactive radiation to pass in a chosen direction.
  • This technique however has two drawbacks. First, move the patient from one machine to another. You can never be sure that it will resume in the second machine the same position as it had in the first. The measures become difficult to compare or transpose. On the other hand, the energies of the radiation used in one case and in the other are different. These are X-rays in computed tomography and they are gamma rays in the scintillation device, and the measured attenuation coefficients are all dependent on the energy of the radiation absorbed.
  • a method for measuring one attenuation 'transmission tomography, using a gamma camera provided with its rotary collimator and a large outer planar radioactive source was tested with some success.
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks by nevertheless using a point source arranged in correspondence and close to the gamma camera.
  • the proximity is less than 1 meter: in a preferred example it is 70 cm.
  • a weighting is carried out corresponding to a rearrangement of the set of conical projections thus obtained into a set of parallel projections, and a log normalization by the intensity of the source.
  • a near point source whose efficiency is further increased due to its greater proximity to the body.
  • a collimator is not used, which makes the gamma camera 300. 500 times more sensitive than if it had one.
  • the usable material then becomes standard material; the same as that used for emission tomography (the one that reveals the presence of markers in the body).
  • the collimator which has been removed, has judiciously been replaced by a lead frame of the same weight, closed off if necessary by a plastic plate transparent to gamma radiation. This keeps the balance of the conventional gamma camera used. If the gamma camera is round, the frame is round, if it is rectangular, the frame is rectangular.
  • the leaded frame mainly plays the role of a field shutter reducing the detection surface to the useful area and thus making it possible to use the counting rate of the gamma camera to reveal effective phenomena.
  • Moving the source means that you have to manage the position of an air bubble that moves depending on whether the source is placed below or above the gamma camera, depending on whether it is turned on itself or no.
  • the point source is produced by means of a filled syringe then partially emptied, by plunging the end into a jar, and by expressing the air bubble by reinjection into the jar. In this way, the syringe produced no longer has an air bubble.
  • the position of the center of gravity of the radioactive source is then kept fixed with respect to the syringe whatever the orientation of this syringe (oriented upwards or downwards).
  • the subject of the invention is therefore a scintillation device comprising a gamma camera, usable for measuring the attenuation by transmission, through a body to be examined, of gamma radiation emitted by a radioactive point source maintained in correspondence with a detector of said gamma camera, said detector being deprived of a collimator and being placed on one side of the body, opposite with respect to another side of the body where the point source is placed, and said body being moved by a movement relative rotation with respect to the assembly formed by said point source and said detector, characterized in that said gamma camera is mounted on a mobile structure, this structure being capable of rotating the detector of the gamma camera in a plane vertical around the body lying in a lying position on a horizontal support, in that this structure also carries the point source of radiation gamma, and means for weighting the attenuation measured as a function of 1 "detector source distance and as a function of the planar character of the detector.
  • FIG. 1 the schematic representation of a gamma camera according to the invention
  • FIG. 1 shows a scintillation device according to the invention.
  • This mainly comprises a " gamma camera 1 provided with its scintillator not shown, a network 21 of ultiplicate photo tubes of its detector D and a set of processing 2 and display 3 of emission images acquired by the gamma camera 1.
  • the detector of the gamma camera is capable of rotating around the body of a patient (not shown) placed on a patient support panel 4.
  • the detector of the gamma camera for this purpose is held by a frame 5 by a structure 8 in the form of a gallows.
  • the structure 8 can rotate, in the direction of the arrow 6 around a horizontal axis 7.
  • the bracket 8 is fixed on the one hand the detector of the gamma camera 1 and "the other hand can rotate, driven by a motor not shown, around axis 7.
  • the panel 4 and the frame 5 are held by bases respectively 9 and 10 one opposite the other.
  • the bases can be movable relative to each other to move the body in front of the detector.
  • the scintillation device of the invention also comprises a radioactive source 11 considered to be punctual and located inside a protective enclosure 12.
  • the protective enclosure 12 is intended for. protect the handlers from radioactive radiation emitted throughout the space by the source 11.
  • the enclosure 12, for example made of lead, is therefore provided on one side facing the gamma camera detector 1 with an orifice through which propagate the rays emitted by the source 11.
  • the source 11 is shown in Figure 2.
  • the enclosure 12 may have, on the side opposite to its orifice, a sealed opening. which allows the introduction of the radioactive source inside.
  • the enclosure 12 is held integral with the gamma camera 1 by the support arm 13.
  • the arm 13 is fixed to the detector D by engagement in a set of slides 14 and 15 fixed to this detector.
  • the arm 13 then rises substantially perpendicular to the plane of the detector D.
  • the arm 13 is telescopic and has a forearm 16 which can penetrate inside the base 50 of the arm 13.
  • the forearm 16 is finished in extension by a pivot 51 on which is mounted, free in rotation, perpendicular to the axis of the pivot, a telescopic arrow 52.
  • the arrow 52 at its end opposite to the pivot, - carries a crown 53 intended to receive the enclosure 12 inside sliding.
  • the telescopic nature of the arm 13 and 10 the arrow 52, as well as the rotation around the pivot 51 and the sliding of the enclosure 12 make it possible to give the source any position chosen in space relative to the detector D.
  • the detector D is surmounted by a frame 17.
  • the frame 17 also has fixing devices, for example by screws 19, which occupy exactly the same places and which overlap in exactly the same way as the fixing devices 20 of the collimator 18 on the gamma camera 1.
  • the frame 17 is placed on the periphery of the network 21 of the photomultiplier tubes of the gamma camera detector 1.
  • the network of these tubes can be round, hexagonal or even rectangular.
  • the tubes themselves can have a round, hexagonal or square section.
  • the frame 17 therefore has a hollowed-out internal part capable of letting gamma radiation pass.
  • the latter may be provided inside with a plate, of transparent plastic.
  • Figure 2 shows a syringe 22, for example glass or plastic.
  • the latter comprises a body 23 and a piston 24.
  • the body 23 is provided with an orifice 25.
  • the orifice 25 comprises a projection provided with a thread 26.
  • the projection 25 can thus be screwed in the corresponding part of a hollow rod 27 which plunges into a jar 28.
  • the jar 28 is preferably made of lead. It can be opaque.
  • the rod 27 is held in the jar 28 by a stopper 29.
  • the jar contains a dilution of radioactive product: preferably the same as that which is injectable into the patient. Given the capillarity of the liquids to be transported from the jar in the syringe 22, the diameters of the rod 27 and the orifice 25 are such that they naturally oppose the flow of the fluid 30 contained in the bottle 28.
  • the filling mode is as follows.
  • the bottle is normally placed on its bottom 31, the syringe 22 is screwed onto the rod 27, and the piston 24 is raised so that the syringe is filled.
  • the syringe jar 28 assembly 22 is then turned over so that the jar is now placed above the syringe. In doing so, air bubbles 32 which would remain in the syringe 22 are placed near the orifice 25: they are expelled first as soon as 1 * on . push back the piston.
  • the piston 24 is then pushed back until it occupies a predetermined position 33 relative to the body 23.
  • the quantity of fluid 30 in the syringe is always the same and, on the other hand, that the air bubbles have disappeared. Then the activity of the source is measured in an activimeter and the volume of liquid in the syringe is adjusted, repeating the same operations, so as to obtain the desired activity.
  • the patient is stationary on the panel 4 and the gamma camera 1 rotates around him. Consequently, the source 11 takes vertical positions either above or below the patient. If we were not careful, the position of bubbles such as 32 would distort the position of the center of gravity of the radioactive liquid contained in the syringe and therefore the position of the emission focal point.
  • FIG. 3 shows a frame 17 provided with its anchoring devices 19 and with a shutter diaphragm 34.
  • This diaphragm here has two sets 35 and 36 of shutters making it possible to reduce the field of the gamma camera seen by the source 11. This makes it possible to avoid that regions of the detector of the camera, which would not be located in the projected image on it of the body to be studied, are not saturated by too much energy coming directly from the source 11. For example if we place the patient's head in front of the gamma camera, this will not mask the entire field of the gamma camera. Unmasked parts would otherwise receive direct radiation.
  • the diaphragm is not symmetrically displaced.
  • the flaps in at least one direction, for example direction 36 ( Figures 1 and 3), are provided to leave an opening at the edge of the plane of the detector rather than at its center.
  • lateral parts not hatched and distant from the frame 5 of the detector D, are for example active in detection. Consequently, the support 4 can be moved in the direction of the arrow 60 so that only the patient's head is placed under the detector D of the gamma camera. The rest of the detector is then cantilevered relative to the head.
  • the bracket of the structure 8, which is telescopic can be retracted into its leg 61 so that the detector passes as close as possible to the patient's head, in practice a few centimeters from the nose thereof.
  • the detector is then closer to the head than if it had to go around the patient's belly, a belly which is naturally larger.
  • the plate 4 is also less wide, at 62, where the patient must lay his head than where the response of his trunk. This leads to better resolution since the detector can be placed closer to the body of this patient.
  • the detection range of the processing means 2 is reduced to less than 10% of the nominal value of the energy to be detected approximately to 5%. It will be recalled that in conventional emission detection, the range is of the order of 20% of the nominal value of the energy.
  • Line 4 shows in section the detector D, with center D ', located at a distance SD from the source 11.
  • the detector is ' seen from the source 11 at a constant angle ⁇ .
  • the rays that reach the detector on its k> orâ. right lateral 70, for a given direction of acquisition, make an angle ⁇ with an axis OY of a frame OXOY.
  • the OXOY mark passes through the center of rotation of the gamma camera.
  • the center of rotation is placed on the axis 7.
  • the angle ⁇ characterizes the direction of projection.
  • the projection of a sampled sector ⁇ on the detector D occupies on this detector a surface which depends on the deviation, with respect to an average direction SO of irradiation, from the detection position.
  • the measurement made by weighting at each location of the detector is corrected by a coefficient which takes account of the attenuation caused by this surface occupation.
  • the inverse of coefficient can be written, for the projection of a sector s ⁇ contiguous to the mean direction SO,
  • the measured values are corrected as a function of these coefficients. This way of working allows a known algorithm 'reconstruction while the proximity of the combined source to the plane nature of the detector opposed it. In doing so, we use conventional reconstruction algorithms (no specific development) and above all we can approach the source 11 which makes the device handy when it cannot be if the source must be far away.
  • the weighting correction can be carried out by taking account of the deviation from the mean direction measured in one direction (35) and also according to the other (36). With the difference measured in only one direction, the correction is already sufficient to remove a "cup" effect in the reconstruction of the attenuation coefficients in transmission.
  • the algorithm can be of the type described by P. LE ITT in "Computerized tômography with fan beam geo etry", Journal of Computed Assisted Tômography, 1 (4) 1977. Or that described by S.
  • the gamma camera of the invention we are able to take around sixty views in a minute on a U-turn. These sixty views make it possible to determine the absorption coefficient of gamma radiation inside the body in volume elements whose dimension is of the order of 5 millimeters per side. Once these absorption coefficients have been acquired, we correct, using known techniques, tomography images obtained by emission and in which it was considered that the transmission attenuation was zero. Such a correction method has for example been described in the first article cited above.

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Abstract

On réalise une gamma caméra utilisable pour mesurer le coefficient d'atténuation du rayonnement gamma dans un corps étudié à partir d'une gamma caméra, normalement réalisée pour étudier les effets des rayonnements gamma émis par des marqueurs injectés dans le corps. Dans ce but, on enlève le collimateur (18) de cette gamma caméra et on le remplace par une couronne (17) et par un bras (13) auquel est fixée une enceinte (12) destinée à contenir une source radioactive (11) ponctuelle extérieure au corps. On montre qu'on peut obtenir ainsi des images en transmission très rapidement. Ces images sont utiles à la correction des images d'émission normales.

Description

DISPOSITIF A SCINTILLATION UTILISABLE POUR MESURER L'ATTENUATION PAR TOMOGRAPHIE DE TRANSMISSION.
La présente invention a pour objet un dispositif à scintillation utilisable pour mesurer l'atténuation par tomographie de transmission. Elle trouve ' son application plus particulièrement dans le domaine médical où, en association avec une gamma caméra utilisée classiquement, elle permet d'affiner la connaissance des structures internes révélées par un examen de tomographie en émission exécuté au moyen de cette gamma caméra. Un examen de tomographie en émission exécuté au moyen d'une gamma caméra comporte l'injection, dans un corps à examiner, d'un marqueur radioactif. Dans le domaine médical, le marqueur, par exemple du Technetium, est injecté, sous forme d'une, dilution, dans le sang du patient. En circulant dans le corps de ce dernier, le marqueur radioactif produit un phénomène radioactif mesurable. Le phénomène radioactif comporte essentiellement l'émission de rayons gamma.
Pour mesurer ce phénomène radioactif, on utilise une gamma caméra, ou caméra à scintillation munie d'un cristal scintillateur plan. Une gamma caméra comporte essentiellement un statif pour supporter un détecteur surmonté du cristal scintillateur. Une gamma caméra comporte aussi une console de commande et de traitement. Le détecteur comporte un arrangement de tubes photomultiplicateurs pour produire des signaux électriques correspondant à des scintillations détectées.Le scintillateur absorbe le rayonnement radioactif gamma par effet photoélectrique. Il émet une scintillation lumineuse détectée en aval par le réseau des tubes photomultiplicateurs du détecteur. Les tubes sont associés à des moyens de calcul. Ceux-ci permettent de déterminer les coordonnées d'un lieu d'interaction des rayonnements gamma dans le scintillateur.
Compte-tenu de ce que les émissions radioactives dans le corps sont omnidirectionnelles, cette localisation ne peut être menée à bien qu'en interposant entre le corps et le scintillateur un collimateur. Ce collimateur ne laisse passer que les rayonnements radioactifs dans une direction choisie.
Avec de tels examens, on est capable de produire des images en projection. Si on fait tourner la gamma caméra autour du corps du patient pendant que le phénomène radioactif se produit (pendant une durée d'examen d'environ une demi heure) , on est susceptible d'acquérir un certain nombre de projections, de types parallèles, avec lesquelles selon des procédés de tomographie de type connu, on sait reconstruire des images de coupe. Les projections sont de type parallèle parce que le collimateur ne laisse passer les rayons que dans une seule direction perpendiculaire à son plan.
Le mode d'acquisition ainsi rappelé présente cependant un inconvénient : les rayons gamma émis par les structures internes du corps doivent, avant d'aller exciter le scintillateur, traverser d'autres régions de ce corps et ils en subissent une atténuation correspondante. Celle-ci perturbe l'acquisition des données et l'exactitude et la précision des images reconstruites.
De nombreuses tentatives ont été faites pour prendre en compte cette atténuation saris la mesurer vraiment. Cependant, les méthodes ainsi proposées se sont révélées peu fructueuses, et à ce jour la mesure réelle de l'atténuation par tomographie de transmission est la seule solution qui paraisse envisageable. On pourrait par exemple envisager de mesurer l'atténuation radiologique en utilisant les mesures de tomodensitométrie proposées par les tomodensitomètres modernes utilisant des rayons X.
Cette technique présente cependant deux inconvénients. Premièrement, il faut déplacer le patient d'une machine à une autre. On n'est jamais assuré qu'il reprendra dans la deuxième machine la même position que celle qu'il avait dans la première. Les mesures deviennent difficilement comparables ou transposables. D'autre part, les énergies du rayonnement mis en oeuvre dans un cas et dans 1'autre sont différentes. Il s'agit de rayonnements X en tomodensitométrie et il s'agit de rayonnements gamma dans le dispositif à scintillation, et les coefficients d'atténuation mesurés sont tous dépendants de l'énergie du rayonnement absorbé.
Une méthode de mesure de 1 'atténuation' par tomographie de transmission, utilisant une gamma caméra rotative munie de son collimateur et une large source plane radioactive extérieure, a été testée avec un certain succès.
Cependant, plusieurs écueils sérieux limitent l'utilisation pratique de cette méthode. D'une part, la durée d'acquisition supplémentaire (acquisition pour la mesure de l'atténuation par transmission) est trop longue. En effet, elle dure environ 30 minutes. Par ailleurs, une source plane radioactive est difficile à préparer en ce sens qu'on n'est jamais assuré de l'homogénéité de l'émission des différentes parties de la source. Elle est également difficile à manipuler du fait de son poids. Enfin et surtout, elle provoque une irradiation permanente inadmissible des personnes qui sont appelés à la mettre en oeuvre. Une telle technique a par .exemple été décrite par Mal o J.A. & Al. dans un article intitulé : "SPECT liver imaging using an itérative atténuation correction algorithm and an external flood source", publié dans Journal of Nuclear Médecine 27:701-705, 1986. Une autre méthode a proposé d'associer une source gamma ponctuelle à une gamma caméra sans collimateur. Elle a été décrite par Deconinck F. & Al. dans un article intitulé : "Computerized transmission densitography and tomography with a gamma caméra" au Colloque de l'INSERM, INSERM 1979, volume 88, pages 245 - 256. Dans cette méthode, une source ponctuelle est située à 2 mètres d'une gamma caméra dans un plan horizontal. Le patient est approché sur une chaise tournante entre cette source et cette gamma caméra. La chaise tourne autour d'un axe vertical. La distance de 2 mètres est une distance minimum pour permettre de considérer le rayonnement gamma émis par la source ponctuelle, comme un rayonnement parallèle à l'endroit du corps irradié. L'acquisition des différentes projections est faite en faisant tourner la chaise.
Cette dernière technique présente deux inconvénients. D'une part, l'éloignement de la source est tel qu'il devient inenvisageable de produire une structure suffisamment rigide qui permettrait de tenir en correspondance la gamma caméra, lourde, et la source lorsque cet ensemble tournerait autour du corps, sans avoir à souffrir des vibrations. De plus, les volumes nécessaires pour les • salles d'examen médicaux sortiraient des normes. D'autre part, cette impossibilité impose que c'est le patient qui doit être mis en mouvement par rapport à la caméra, ce qui, dans certains cas, est impossible : en particulier quand les patients sont faibles physiquement et ne peuvent pas supporter la position verticale ou assise. Il faut prendre en compte en effet un tassement du patient sur lui-même au cours du temps. Ceci provoque 1*interpénétration des coupes acquises et fausse en conséquence la reconstruction. L'inconvénient qu'il y a à rapprocher la source de la gamma caméra pour constituer ainsi une structure manipulable autour du patient se situe dans le fait qu'on perd le caractère parallèle du rayonnement qui interdit par la suite l'utilisation des algorithmes connus de reconstruction des images d'atténuation acquises.
L'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en utilisant quand même une source ponctuelle disposée en correspondance et à proximité de la gamma caméra. En pratique la proximité est inférieure à 1 mètre : dans un exemple préféré elle est de 70 cm.
Pour résoudre alors les problèmes de géométrie conique provoqués par cette proximité, on exécute une pondération correspondant à un réarrangement de l'ensemble des projections coniques ainsi obtenues en un ensemble de projections parallèles, et une log normalisation par l'intensité de la source. Dans ces conditions, on peut disposer d'une source ponctuelle proche dont l'efficacité est encore augmentée du fait de sa proximité plus grande du corps. On n'utilise alors pas, dans ce cas, de collimateur, ce qui rend la gamma caméra 300. à 500 fois plus sensible que si elle en possédait un. Dans ces conditions, on arrive à réduire les temps d'acquisition pour la mesure de l'atténuation en transmission à 1 minute environ : le temps nécessaire pour acquérir 64 projections pendant une durée d'1 seconde pour chaque projection. Le matériel utilisable devient alors un matériel standard ; le même que celui qui était utilisé pour la tomographie d'émission (celle qui concerne la révélation de la présence des marqueurs dans le corps) . Dans l'invention, compte-tenu de ce qu'on utilise un matériel standard, on a judicieusement remplacé le collimateur, qui a été enlevé, par un cadre plombé de même poids obturé au besoin par une plaque de plastique transparent aux rayonnements gamma. Ceci permet de conserver l'équilibre de la gamma caméra conventionnelle utilisée. Si la gamma caméra est ronde, le cadre est rond, si elle est rectangulaire, le cadre est rectangulaire. Le cadre plombé joue surtout le rôle d'un obturateur de champ réduisant la surface de détection à la zone utile et permettant d'utiliser alors le taux de comptage de la gamma caméra à la révélation des phénomènes effectifs.
Avec le dispositif de l'invention, on obtient une bonnne résolution image liée à la qualité de résolution intrinsèque du détecteur sans collimation. Ceci est dû aussj. à l'effet grossissant de la géométrie conique liée à la proximité choisie de la source de rayons gamma. Aussi, malgré les aberrations liées à cette géométrie conique à trois dimensions, on obtient un résultat meilleur. En outre, on a mis à profit l'utilisation d'une source ponctuelle pour réaliser une source radioactive dont, l'emploi serait d'une part aisé et sans danger pour les manipulateurs, et dont la mise en oeuvre ne présente pas les autres problèmes rencontrés dans l'état de la technique. En effet, les seules sources envisageables sont des sources liquides. Le fait de déplacer la source impose de devoir gérer la position d'une bulle d'air qui se déplace selon que la source est placée en dessous ou au-dessus de la gamma caméra, selon qu'elle est retournée sur elle-même ou non. Dans l'invention, la source ponctuelle est réalisée au moyen d'une seringue remplie puis partiellement vidée, en en plongeant l'extrémité dans un bocal, et en exprimant la bulle d'air par réinjection dans le bocal. De cette manière, la seringue réalisée ne comporte plus de bulle d'air. La position du centre de gravité de la source radioactive est alors maintenue fixe par rapport à la seringue quelle que soit l'orientation de cette seringue (orientée vers le haut ou vers le bas) .
L'invention a donc pour objet un dispositif à scintillation comportant une gamma caméra, utilisable pour mesurer l'atténuation par transmission, au travers d'un corps à examiner, d'un rayonnement gamma émis par une source ponctuelle radioactive maintenue en correspondance d'un détecteur de ladite gamma caméra, ledit détecteur étant démuni d'un collimateur et étant placé d'un premier coté du corps, opposé par rapport à un autre coté du corps où est placée la source ponctuelle, et ledit corps étant déplacé par un mouvement de rotation relatif par rapport à l'ensemble formé par ladite source ponctuelle et ledit détecteur, caractérisé en ce que ladite gamma caméra est montée sur une structure mobile, cette structure étant susceptible de faire tourner le détecteur de la gamma caméra dans un plan' vertical autour du corps disposé en position allongée sur un support horizontal, en ce que cette structure entraîne également la source ponctuelle de rayonnement gamma, et des moyens pour pondérer l'atténuation mesurée en fonction de 1"éloignement source détecteur et en fonction du caractère plan du détecteur.
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 données qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent :
- Figure 1 : la représentation schématique d'une gamma caméra selon l'invention ;
. _ Figure 2 : le mode de réalisation d'une source radioactive selon 1'invention ;
--Figure 3 : un diaphragme pour limiter le champ de la gamma caméra à une surface inférieure à la surface projetée du corps.
- Figure 4 : une représentation schématique en coupe de la pondération effectuée.
La figure 1 montre un dispositif à scintillation selon l'invention. Celui-ci comporte principalement une " gamma caméra 1 munie de son scintillateur non représenté, d'un réseau 21 de tubes photo ultiplicateùrs de son détecteur D et d'un ensemble de traitement 2 et de visualisation 3 d'images d'émission acquises par la gamma caméra 1. Le détecteur de la -gamma caméra est susceptible de tourner autour du corps d'un patient non représenté placé sur un panneau porte-patient 4. Le détecteur de la gamma caméra dans ce but est maintenu par un bâti 5 par une structure 8 en forme de potence. La structure 8 peut tourner, selon le sens de la flèche 6 autour d'un axe 7 horizontal. Ceci permet au détecteur de la gamma caméra 1 de tourner dans un plan vertical autour de l'axe 7 horizontal. La potence 8 est fixée d'une part au détecteur de la gamma caméra 1 et d»autre part peut tourner, animée par un moteur non représenté, autour de l'axe 7.
Le panneau 4 et le bâti 5 sont maintenus par des socles respectivement 9 et 10 l'un en face de l'autre. Les socles peuvent être mobiles l'un par rapport à l'autre pour déplacer le corps devant le détecteur.
Le dispositif à scintillation de l'invention comporte également une source radioactive 11 considérée comme ponctuelle et située à l'intérieur d'une enceinte de protection 12. L'enceinte de protection 12 est destinée à. protéger les manipulateurs des radiations radioactives émises dans tout l'espace par la source 11. L'enceinte 12, par exemple en plomb, est donc munie d'un côté faisant face au détecteur de la gamma caméra 1 d'un orifice par lequel peuvent se propager les rayons émis par la source 11. La source 11 est représentée sur la figure 2. L'enceinte 12 peut comporter, du côté opposé à son orifice, une ouverture obturablé . qui permet 1'introduction de la source radioactive à l'intérieur.
L'enceinte 12 est maintenue solidaire de la gamma caméra 1 par bras potence 13. Le bras 13 est fixé au détecteur D par engagement dans un jeu de coulisseaux 14 et 15 fixés à ce détecteur. Le bras 13 s'élève alors sensiblement perpendiculairement au plan du détecteur D. Le bras 13 est telescopique et comporte un avant-bras 16 qui peut pénétrer à l'intérieur de la base 50 du bras 13. L'avant-bras 16 est terminé en prolongement par un pivot 51 sur lequel est monté, libre en rotation, perpendiculairement à l'axe du pivot, une flèche telescopique 52. La flèche 52, à son extrémité opposée au pivot,- porte une couronne 53 destinée à recevoir l'enceinte 12 en coulissement intérieur. Le caractère telescopique du bras 13 et de 10 la flèche 52, ainsi que la rotation autour du pivot 51 et le coulissement de l'enceinte 12 permettent de donner à la source n'importe quelle position choisie dans l'espace par rapport au détecteur D.
Le détecteur D est surmonté d'un cadre 17. Le cadre 17, par exemple en plomb, a de préférence les mêmes dimensions extérieures qu'un collimateur 18 de la gamma caméra qui a été provisoirement enlevé. Il a la même forme : si le collimateur est rond, le cadre est rond, si le collimateur est rectangulaire, le cadre est rectangulaire. Le cadre 17 possède également des dispositifs de fixation, par exemple par des vis 19, qui occupent exactement les mêmes places et qui s*imbriguent exactement de la même manière que les dispositifs de fixation 20 du collimateur 18 sur la gamma caméra 1. Le cadre 17 est placé à la périphérie du réseau 21 des tubes photomultiplicateurs du détecteur de la gamma caméra 1. Ces tubes photomultiplicateurs sont montrés, ici symboliquement, parce qu'en fait ils ne sont pas visibles (ils sont masqués par la présence du scintillateur toujours nécessaire) . Le réseau de ces tubes peut être rond, hexagonal ou même rectangulaire. Les tubes eux-mêmes peuvent avoir une section ronde, hexagonale ou carrée. Le cadre 17 présente donc une partie interne évidée susceptible de laisser passer le rayonnement gamma. Pour éviter de polluer l'intérieur du détecteur par de la poussière, ou plus simplement pour faciliter la -manipulation du cadre 17, celui-ci peut être muni dans son intérieur d'une plaque, de plastique transparent. Compte-tenu de ce qu'on cherche à utiliser des machines standard, on réalise de préférence des cadres 17 dont le poids avoisine le plus possible le poids du collimateur 18 qu'ils sont censés remplacer. Ce faisant, le mouvement de rotation de la gamma caméra 1 autour de l'axe 7 n'est pas perturbé.
Le fait que le bras s'engage dans les coulisseaux confère à la gamma caméra une grande universalité : sans le. bras la gamma caméra redevient une machine classique.
La figure 2 montre une seringue 22, par exemple en verre ou en plastique. Celle-ci comporte un corps 23 et un piston 24. Le corps 23 est muni d'un orifice 25. Dans un exemple, l'orifice 25 comporte une excroissance munie d'un filet 26. L'excroissance 25 peut ainsi- être vissée dans la partie correspondante d'une tige 27 creuse qui plonge dans un bocal 28. Le bocal 28 est de préférence en plomb. Il peut être opaque. La tige 27 est maintenue dans le bocal 28 par un bouchon 29. Le bocal contient une dilution de produit radioactif : de préférence le même que celui qui est injectable dans le patient. Compte-tenu de la capillarité des liquides devant être transportés depuis le bocal dans la seringue 22, les diamètres de la tige 27 et de l'orifice 25 sont tels qu'ils s'opposent naturellement à l'écoulement du fluide 30 contenu dans le flacon 28.
Le mode de remplissage est le suivant. Le flacon est posé normalement sur son fond 31, la seringue 22 est vissée sur la tige 27, et le piston 24 est remonté de manière à ce que la seringue se remplisse. Une fois que le remplissage est effectué, l'ensemble bocal 28 seringue 22 est alors retourné de manière à ce que le bocal soit maintenant placé au-dessus de la seringue. Ce faisant, des bulles d'air 32 qui subsisteraient dans la seringue 22, viennent se placer près de l'orifice 25 : elles sont expulsées les premières dès que 1*on. repousse le piston. On repousse alors le piston 24 jusqu'à ce qu'il occupe une position prédéterminée 33 par rapport au corps 23. Ce faisant, on assure d'une part que la quantité de fluide 30 dans la seringue est toujours la même et, d'autre part, que les bulles d'air ont disparu. Ensuite on mesure l'activité de la source dans un activimêtre et on ajuste le volume de liquide dans la seringue, en réitérant les mêmes opérations, de façon à obtenir l'activité désirée.
Ceci est important parce que, dans l'invention, le patient est immobile sur le panneau 4 et la gamma caméra 1 tourne autour de lui. En conséquence, la source 11 prend des positions verticales soit au-dessus, soit en-dessous du patient. Si on n'y prenait pas garde, la position des bulles telles que 32 fausserait la position du centre de gravité du liquide radioactif contenu dans la seringue et donc la position du point focal d'émission.
La figure 3 montre un cadre 17 muni de ses dispositifs d'ancrage 19 et d'un diaphragme 34 à volets. Ce diaphragme possède ici deux jeux 35 et 36 de volets permettant de réduire le champ de la gamma caméra vu par la source 11. Ceci permet d'éviter que des régions du détecteur de la caméra, qui ne seraient pas situées dans l'image projetée sur elle du corps à étudier, ne soient saturées par une trop grande quantité d'énergie provenant directement de la source 11. Par exemple si on place la tête du patient devant la gamma caméra, celle-ci ne masquera pas tout le champ de la gamma caméra. Les parties non masquées recevraient autrement un rayonnement direct. D'une manière préférée, le diaphragme n'est pas à déplacement symétrique. Au contraire, les volets, dans au moins une direction, par exemple direction 36 (figures 1 et 3) , sont prévus pour laisser une ouverture en bord du plan du détecteur plutôt qu'en son centre. De cette façon, des parties latérales, non hachurées et éloignées du bâti 5 du détecteur D, sont par exemple actives en détection. En conséquence le support 4 peut être déplacé dans le sens de la flèche 60 de façon que seule la tête du patient soit placée sous le détecteur D de la gamma caméra. Le reste du détecteur est alors en porte-à-faux par rapport à la tête. Dans ce cas la potence de la structure 8, qui est telescopique, peut être rentrée dans sa jambe 61 de façon que le détecteur passe le plus près possible de la tête du patient, en pratique à quelques centimètres du nez de celui-ci. Dans ces conditions, le détecteur est alors plus près de la tête que s'il devait contourner le ventre du patient, ventre qui est naturellement plus volumineux. Dans ce même but, le plateau 4 est également moins large, en 62, là où le patient doit poser sa tête que là où réponse son tronc. Ceci conduit à une meilleure résolution du fait que le détecteur peut, être placé plus près du corps de ce patient. Par ailleurs, compte-tenu de la sensibilité plus grande, sans collimateur, de la gamma caméra, on peut rétrécir la fenêtre en énergie et sélectionner les photons détectés. Ceci permet de diminuer les effets du diffusé sans pour autant entraîner une perte d'homogénéité de la gamma caméra. En effet, les photons diffusés ont une énergie plus faible. Les photons diffusés détectés en absence de colli ation faussent le résultat de la détection puisque leurs directions et leurs parcours dans le détecteur sont complètement aléatoires et arbitraires. Dans l'invention, comme on a beaucoup de photons, on peut être plus exigeant sur les photons pris en compte et ne considérer que ceux dont l'énergie correspond exactement (avec une plage faible) à l'énergie émise par la source. Dans ce but, on programme avec un bouton de réglage 37 la plage de détection des moyens de traitement 2. Dans l'invention, on réduit la plage de détection à moins de 10 % de là valeur - nominale de l'énergie à détecter approximativement à 5 %. On rappelle qu'en détection d'émission classique, la plage est de l'ordre de 20 % de la valeur nominale de l'énergie.
La correction de pondération dont il est question pour tenir compte de la géométrie conique d'acquisition est due au caractère plan du détecteur. Elle est la suivante.. La ligne 4 montre en coupe le détecteur D, de centre D', situé à une distance SD de la source 11. Le détecteur est' vu de la source 11 sous un angle θ constant. Les rayons qui atteignent le détecteur sur son k>orâ. latéral droit 70 font, pour une direction d'acquisition donnée, un angle Φ avec un axe OY d'un repère OXOY. Le repère OXOY passe par le centre de rotation de la gamma caméra. Le centre de rotation est placé sur l'axe 7. L'angle Φ caractérise la direction de projection. La projection d'un secteur échantillonné δθ sur le détecteur D occupe sur ce détecteur une surface qui dépend de l'écart, par rapport à une direction moyenne SO d'irradiation, de la position de détection. Dans l'invention on corrige par pondération en chaque endroit du détecteur la mesure effectuée par un coefficient qui tient compte de l'atténuation provoquée par cette occupation de surface. L'inverse de coefficient peut s'écrire, pour la projection d'un secteur s^ contigϋ à la direction moyenne SO,
ai = SD.tg δθ
Pour un secteur suivant, elle s'écrit a2 = SD. (tg 2 SΘ - tg δθ) .
Pour un détecteur correspondant à un secteur encore plus décalé, elle s'écrit :
ai = SD.(tg iδθ - tg(i-l)<5θ).
On corrige les valeurs mesurées en fonction de ces coefficients. Cette manière de faire permet d'utiliser un algorithme connu' de reconstruction alors que la proximité de la source combinée au caractère plan du détecteur s'y opposaient. Ce faisant on utilise des algorithmes classiques de reconstruction (pas de développement spécifique) et surtout on peut approcher la source 11 ce qui rend le dispositif maniable alors qu'il ne peut pas l'être si la source doit être loin.
On notera que la correction de pondération peut être effectuée en tenant compte de 1'écart par rapport à la direction moyenne mesurée selon une direction (35) et aussi selon l'autre (36). Avec l'écart mesuré selon une seule direction la correction est déjà suffisante pour supprimer un effet de '.'cuvette" dans la reconstruction des coefficients d'atténuation en transmission. En ce qui concerne la reconstruction proprement dite des coefficients d'atténuation sur la base des valeurs de détection mesurées et corrigées, on met en oeuvre soit des algorithmes de reconstruction de type parallèle avec réarrangement des projections, soit des algorithmes de reconstruction de type faisceau plat en éventail sans réarrangement. Par exemple pour ces derniers, l'algorithme pourra être du type décrit par P. LE ITT dans "Computerized tômography with fan beam geo etry", Journal of Computed Assisted Tômography, 1 (4) 1977. Ou encore de celui décrit par S. WEBB, SUTCLIFFE, BURKINSHA , HORSMAN : "Tômography EC reconstruction from exponentially obtained fan bea projection" IEEE transactions on Médical Imaging Vol MI-6, N° 1, mars 1987. On effectue aussi sur les valeurs mesurées une log normalisation de type connu. Cette log normalisation concerne plutôt que les coefficients eux-mêmes la manipulation des logarithmes des coefficients d'atténuation. Ceci simplifie les calculs. Cette log normalisation est connue par ailleurs.
On néglige par ailleurs le fait que l'irradiation est totalement conique pour l'assimiler à une irradiation en part de galette. La pondération effectuée est suffisante pour ne pas être gêné par cette approximation.
Avec la gamma caméra de l'invention, on est capable de réaliser en une minute une soixantaine de vues sur un demi-tour. Cette soixantaine de vues permet e déterminer le coefficient d'absorption du rayonnement gamma à 1*intérieur du corps dans des éléments de volume dont la dimension est de l'ordre de 5 millimètres de côté. Une fois que ces coefficients d'absorption ont été acquis, on corrige, selon des techniques connues, des images de tomographie obtenues par émission et dans lesquelles on avait considéré que l'atténuation de transmission était nulle. Un tel mode de correction a par exemple été décrit dans le premier article cité ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif à scintillation comportant une gamma caméra (1), utilisable pour mesurer l'atténuation de transmission, au travers d'un corps à examiner, d'un rayonnement gamma émis par une source (11) ponctuelle radioactive maintenue en correspondance d'un détecteur (D) de ladite gamma caméra, ledit détecteur . étant démuni d'un collimateur (18), et étant placé - d'un premier côté du corps, opposé par rapport à un autre côté du corps où est placée la source ponctuelle, et le corps étant déplacé en un mouvement de rotation relatif par rapport à 1'ensemble formé par ladite source ponctuelle et ledit détecteur, caractérisé en ce que ladite gamma caméra est montée sur une structure mobile (18) , cette structure étant susceptible de faire tourner la gamma caméra dans un plan vertical autour (7) du corps disposé en position horizontale allongé sur un support (4) , en ce que cette structure entraîne également (12-17) la source ponctuelle de rayonnement gamma, et des moyens pour pondérer 1'atténuation mesurée en fonction de 1'eloignement source détecteur et en fonction du caractère plan du détecteur.
2. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que le détecteur de la gamma caméra est muni d'un cadre amovible placé sur le pourtour du détecteur.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cadre comporte un diaphragme (34) pour réduire le champ de la gamma caméra vu par la source ponctuelle.
4. Dispositif selon' la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le cadre a un poids sensiblement égal au poids du collimateur absent.
5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diaphragme possède des volets à déplacement dissymétrique.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la source ponctuelle est contenue dans une seringue.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un bocal (28) muni d'une tige creuse (27) plongeant par une extrémité à l'intérieur du bocal, et pourvue à son autre extrémité d'un réceptacle pour recevoir un orifice (25) de la seringue.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte, dans des moyens de traitement (2) du signal détecté des moyens (37) pour réduire la plage d'énergie détectable à moins de 10 % de la valeur nominale de l'énergie des photons gamma à détecter.
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