FR2481454A1

FR2481454A1 - Appareil et procede d'exploration de matieres biologiques

Info

Publication number: FR2481454A1
Application number: FR8101865A
Authority: FR
Inventors: Robert G Carroll
Original assignee: Energy Conversion Devices Inc
Current assignee: Energy Conversion Devices Inc
Priority date: 1980-02-04
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1981-10-30
Also published as: IT8119488A0; AU547510B2; IT1135280B; BE887366A; GB2068537A; AU6675481A; DE3103609A1; CA1149631A; JPS56119232A; GB2068537B; FR2481454B1

Abstract

L'APPAREIL COMPREND UNE SOURCE 50 DE RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE NON IONISANT, DES MOYENS 52 POUR APPLIQUER LA RADIATION DE CETTE SOURCE A UNE MATIERE BIOLOGIQUE QU'ON DESIRE EXPLORER ET DE MOYENS 58 POUR DETECTER QUANTITATIVEMENT LES CARACTERISTIQUES D'ABSORPTION ET DE DIFFUSION DU RAYONNEMENT PAR LADITE MATIERE.

Description

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La présente invention concerne un appareil et un procédé pour la mesure quantitative de l'absorption, de la réfraction et de la diffusion, en fonction de la longueur

d'onde, d'un tissu biologique, en particulier d'un tissu hu-

main vivant, en utilisant un rayonnement non ionisant9 Les procédés connus d'exploration de tissus humains afin de détecter la structure interne soussjacente aux tissus ont fait appel à des techniques variées aux rayons X, aux rayons X tomographiques axiaux contrôlés par ordinateur,

aux techniques thermographiques et aux techniques par ultra-

sons. Alors que les rayons X fournissent de bonnes images de la structure interne du corps, ils sont tributaires des rayonnements ionisants qui entraînent un risque cancérigène pour le patient. Ce risque est d'une importance particulière

lors de la détection des lésions de la poitrine et plus par-

ticulièrement du sein. Tout à fait en dehors des risques d'une dosimétrie des rayonnements associée à l'utilisation des rayons X, l'utilisation de ces rayons est inefficace du point de vue de l'énergie. Plus précisément, à cet égard, on peut dire qu'un tube classique à raflons X comprend un ensemble

à anode et cathode monté dans une enveloppe en verre à l'in-

térieur de laquelle a été établi le vide, L'anode est en gé-

néral une pièce massive de cuivre dans laquelle est placée

une petite cible en tungstène. La cathode comprend en géné-

ral un filament de fil de tungstène placé dans une cuvette peu profonde de focalisation, Le filament en tungstène chaud fournit la source d'électrons qui sont accélérés vers l'anode

en appliquant une tension élevée entre l'anode et la cathode.

Même dans les cas les plus favorables, le débit de radiation

active d'un tel ensemble ne représente que 1 ou 2 % de l'é-

nergie totale des électrons. En d'autres termes, la majeure partie de l'énergie est dissipée dans la cible sous forme d'énergie de collision ou de chaleur. Outre les inconvénients précités des techniques aux ravons X pour l'exploration de tissus vivants, une protection appropriée et une direction exacte d'un faisceau de rayons X, comportant l'utilisation d'un diaphragme et d'orifices, sont nécessaires pour obtenir

l'exposition d'une Pellicule utilisable ou un traitement sa-

tisfaisant. L'utilisation des techniques thermographiques dans

l'exploration des tissus humains,tout en utilisant une éner-

gie infrarouge non envahissante, présente divers inconvénients

qui rendent cette technique peu satisfaisante en tant que mo-

yen de diagnostic, surtout dans le cas de lésions de la poi-

trine et en particulier du sein. Dans le cas d'une détection d'une lésion de la poitrine, on ne se fie pas en général à la

seule thermographie et on la complète normalement par une mam-

mographie. L'une des raisons d'utilisation des techniques

aux rayons X conjointement avec les procédés thermographi-

ques pour détecter les lésions de la poitrine est basée sur le problème de maintien de la machine servant aux techniques

thermographiques dans un état suffisamment stable pour per-

mettre desmesures quantitatives et reproductibles. Le gain important d'amplification nécessaire pour convertir l'énergie rayonnante aux infrarouges en un affichage rend le système

hautement sensible à la dérive du dispositif. Une légère dé-

rive de la sensibilité du détecteur provoque un changement d'intensité de l'affichage par rapport à la température de la surface en cours d'exploration. Tout à fait en dehors de ce

problème, on doit employer un réfrigérant tel que l'azote li-

quide pour maintenir la température du détecteur d'énergie de rayonnement dans des intervalles appropriés. Cet aspect de

la technique oblige à utiliser des quantités importantes d'é-

nergie pour maintenir une température de -1980C, c'est-a-dire la température à laquelle l'azote est à l'état liquide. La

thermographie présente encore l'inconvénient de ne pas per-

mettre de détecter et de localiser des petites lésions dans des tissus vivants épais tels que la poitrine humaine. A cet égard, un rayonnement infrarouge insuffisant est émis par des petits corps de ce genre, de sorte que l'unité sensible aux infrarouges dans un tel équipement ne permet pas de détecter un changement notable de la température du tissu provoqué par

des petits corps de ce type.

Les techniques aux ultrasons sont limitées en appli-

cation par l'atténuation et l'interaction des ultrasons avec le tissu en cours d'exploration. En outre, les ultrasons sont à l'origine de certains risques biologiques tels que

l'agrégation des plaquettes qui apparaît à des niveaux infé-

rieurs à ceux qui provoquent des lésions thermiques. Selon l'invention, on a mis au point un appareil

et un procédé pour un examen non envahissant des tissus hu-

mains vivants et qui permettent de supprimer efficacement les

risques impliqués dans l'utilisation des techniques aux ra-

yons X et des techniques aux ultrasons et qui permettent également de surmonter les problèmes inhérents à l'emploi des techniques thermographicues de diagnostic. La présente

invention a pour objet la mesure quantitative de la transmis-

sion et de la réflexion de la lumière visible et de la lumiè-

re infrarouge et elle implique de faire passer une lumière ayant des longueurs d'ondes sélectionnées variées à travers

un tissu en cours d'étude et de mesurer l'intensité de la lu-

mière transmise ou réfléchie par rapport à l'intensité de la lumière envoyée pour permettre ainsi la mesure de l'indice de

réfraction, d'absorption et de diffusion du tissu, L'inven-

tion tire profit du fait que divers types de tissus, tels

que les graisses, les muscles et les tumeurs diffèrent nota-

blement en caractéristiques d'absorption, de réfraction et de diffusion par rapport à la lumière visible et à la lumière infrarouge. Le contraste existant entre divers tissus peut être renforcé par un choix judicieux des longueurs d'ondes servant à la mesure. Les informations concernant le type de tissu et son état métabolique peuvent être obtenus en mesurant la quantité de lumière transmise ou réfléchie aux diverses longueurs d'ondes et en comparant ces valeurs avec des normes précédemment établies par une mesure directe chez les patients humains qui disposent ensuite d'une documentation biopsique de

la nature du tissu examiné. Selon l'un des modes de réalisa,-

tion, le dispositif selon l'invention utilise un réseau de détecteurs pour enregistrer sur un mode différentiel le flux des photons dans la zone centrale qui correspond à la portion du détecteur éclairée au maximum par le faisceau lumineux lorsque le tissu n'est pas interposé pour servir de milieu de diffusion et un ou plusieurs anneaux concentriques de surface détectrice active qui reçoivent la lumière ayant été

diffusée à des degrés variés à partir du détecteur central.

Cette disposition permet l'enregistrement séparé des zones

centrale et périphérique en fournissant ainsi des informa-

tions supplémentaires concernant l'intensité de la diffusion

ainsi que le degré de réfraction et d'absorption à cette lon-

gueur d'onde particulière. L'information de chacun des dé-

tecteurs concentriques est enregistrée séparément et reste disponible pour des manipulations supplémentaires telles que l'établissement de rapports. Sous sa forme la plus simple, ce mode de réalisation de l'invention comprend un détecteur central ayant les dimensions d'un faisceau non diffusé et un

ou plusieurs détecteurs périphériques concentriques. Une va-

riante de réalisation consiste en un réseau de détecteurs électroniques comportant des éléments multiples, de sorte au'une carte des signatures de diffusion du tissu peut être établie, cette carte étant spécifique à la transillumination de l'eau, du sang, des graisses, des muscles, du cancer du

sein, de la peau, des mouchetures de calcium et d'autres élé-

ments de transillumination aussi bien simples que complexes.

De telles signatures complexes de tissus peuvent être emma-

gasinées dans une mémoire numérique ou analogique et on peut

les comparer avec des signaux nouvellement reçus. Des change-

ments dans les rapports de diffusion peuvent servir de si-

gnal dans des systèmes à images et sans image.

Selon un autre aspect de l'invention, on utilise une transmission quantitative d'exploration ou la réflexion

de la lumière visible ou de la lumière infrarouge pour pro-

duire une image de projection de profil. Dans cette forme de réalisation de l'invention, le système quantitatif de

transmission ou de réflexion décrit ci-dessus est successi-

vement déplacé le long du tissu en cours d'exploration pour établir une image sur un mode ponctuel. L'exploration est avantageusement effectuée par des techniques rectilignes classiques qui utilisent un dispositif de photo-exposition

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mécaniquement couplé à la source lumineuse et au détecteur.

En variante, on peut obtenir un enregistrement photographique

par couplage électronique de la position XY du bras d'ex-

ploration avec l'emplacement XY du faisceau électronique d'un tube à rayon cathodicueen tenant compte de la durée

d'exposition du film photographique, Dans une telle struc-

ture électronique, la position XY du faisceau est détermi-

née par la position XY de la tête exploratrice, et l'inten-

sité du courant du faisceau électronique est proportionnelle au nombre de photons détectés par la tête détectrice

Un autre aspect de l'invention concerne la trans-

mission quantitative et la réflexion de la lumière visible

et de la lumière infrarouge à des longueurs d'ondes spécifi-

ques pour rehausser la distinction entre les divers tissus en

combinaison avec une mémoire numérique ou un tube dleimaga-

sinage d'images, de telle façon que la multiplication, la division, l'addition ou la soustraction des images puisse être exécutée sous une forme numérique à l'aide d'une mémoire

numérique, ou sous une forme analogique sur un tube d'emmaga-

sinage d'images. Les images individuelles portées par diver-

ses longueurs d'ondes peuvent être affichées dans le cadre d'un procédé de formation d'images multispectrales, qu'on

peut afficher sur un mode gris, ou selon un affichage en cou-

leur dans lequel les données des images pour une longueur d'onde particulière sont attribuées à un pistolet ou canon

particulier de couleurs d'un affichage vidéo à trois fais-

ceaux de couleurs. Par des techniques multispectrales de

traitement, la distinction entre divers tissus ou divers cQm-

posants des tissus ou l'information physiologique telle que l'état d'oxydation de diverses portions des tissus peut être

démontrée et enregistrée.

Selon un autre aspect de l'invention, on utilise

une sorte de reconstruction à l'aide d'un ordinateur et celle-

ci est basée sur des images multiples dont chacune a été pro-

duite à partir d'une source ponctuelle différente de transmis-

sion ou de réflexion de lumière. Le procédé de reconstruc-

tion et de traitement avec ordinateur est analogue à celui uti-

lisé dans les systèmes tonographiques axiaux avec ordinateur du type qu'on emploie couramment avec des rayons X. Les

tissus en cours d'examen sont éclairés à partir d'une multi-

plicité de points par une lumière mobile ou un réseau de sources commutées, Le schéma de l'image qu'on obtient par

éclairement à partir de chaque point est détecté par un sys-

tème détecteur approprié tel que par exemple un "vidicon" in-

frarouge Hammamatsu et on le traite en vue d'une correction

de l'uniformité du champ avant de l'emmagasiner dans une mé-

lo moire électronique. Les schémas des images sont emmagasinés

conjointement avec les coordonnées XY du point d'éclaire-

ment d'o provient la transillumination. Ces schémas d'ima-

ges sont traités par une technique consistant à les reprojeter

mathématiquement pour obtenir une série tomQgraphique d'ima-

ges. Un avantage de ce système est que le rapport spatial des objets peut être confirmé en profondeur et aussi que la résolution est beaucoup plus marquée avec une plus grande efficacité des photons qu'on ne peut réaliser par un mode

d'exploration rectiligne.

L'appareil selon l'invention, sous sa Jorme fonda-

mentale, comprend une source lumineuse, des moyens de détec-

tion de la lumière et des moyens d'affichage de signaux.

Sous sa forme plus perfectionnée, l'appareil comprend une source lumineuse, des moyens de sélection de la longueur d'ondes, des moyens de transmission de lumière, des moyens d'alignement optiaue, des moyens collecteurs de la lumière,

des moyens de détection de la lumière, des moyens d'amplifi-

cation de signaux, des moyens de comparaison de signaux et des moyens d'affichage de signaux, Le terme "lumière" utilisé

dans le présent mémoire désigne une lumière visible ou infra--

rouge non ionisante ayant une longueur d'onde comprise entre respectivement 400 et 700 nm environ et entre 700 et 106 nm environ. Les valeurs préférées vont d'environ 600 nm pour

la lumière visible à environ 1400 nm pour la lumière infra-

rouge.

Les sources lumineuses qu'on utilise pour la mise

en oeuvre de l'invention comprennent une ampoule de projec-

teur à filament d'halogénotungstène à quartz, une lampeà arc de xénon, une lafpe à Arc de, xénon-mercure, des diodes photo7 émettrices, des lasers accordables, ou encore une lumière ordinaire, Les -moyens de choix de la longueur d'onde coma prennent avantageusement des filtres optiques à pellicule mince, à bande large ou étroite ayant des pics compris entre environ 450 nm et environ 1350 nm avec des intervalles de 50 nm. On peut également utiliser avantageusement un ou plusieurs monochromateurs. Les moyens d'émission ou de transmission de lumière comprennent des faisceaux souples de fibres optiques, des guides ou conduites rigides de lumière, lesdits moyens étant capables de transmettre les longueurs

d'ondes considérées, Les moyens détecteurs utilisés compren-

nent des photodiodes au silicium ou au germanium, des tubes

photomultiplicateurs, des "vidicons" et des dispositifs si-

milaires.

Diverses autres caractéristiques de l'invention

ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.

Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés, La fig, 1 représente la propagation de la lumière à travers un tissu humain relativement homogène imontrant

l'effet de l'interaction de la lumière avec un corps d'absorp-

tion solide-dans le tissu, les formes d'ondes étant repré"-

sentées comme des lignes d'isoluminance.

La fig. 2 est une vue similaire à la fi.gé 1 sauf

que le corps d'absorption solide est à une plus grande dis-

tance du point d'entrée de la lumière, Les fig. 3 et 4 sont respectivement une vue de dessus et une vue latérale montrant la lumière qui entre en deux points différents pour produire des lignes d'isoluminance qui sont projetées sous forme d'ombres à la fig, 3, La fig. 5 est une vue en perspective d'un mode

de réalisation de l'appareil selon l'invention.

La fig. 6 est une vue en perspective, partielle-

ment arrachée, montrant un mode de réalisation d'une tête

d'exploration rectiligne pour la mise en oeuvre de l'inven-

tion. La fig, 7 est une Vue éclatée, partiellement en coupe, d'une unité émettrice de lumière pour supporter et transmettre la lumière à travers une poitrine humaine et plus particulièrement un sein, Les fig. 8A et 8B sont respectivement des vues la- térales et dedessus d'un mode de réalisation de l'appareil

utilisant une tête d'exploration rectiligne du type repré-

senté à la fig. 6, conjointement avec un tube à rayons

cathodiques établi pour explorer une poitrine humaine.

Les fig. 9A et 9B sont respectivement une vue

latérale et une vue de dessus de l'unité d'émission de lu-

mière apparaissant à la fig. 7 qu'on utilise en combinai-

son avec un appareil de tomographie axiale avec contrôle par ordinateur pour explorer une poitrine humaine,

Au départ il y a lieu de signaler qu'il a été dé-

montré que les matières biologiques font preuve d'une transpa-

rence relativement bonne dans la région infrarouge du spectre,

ce qui permet une transmission suffisante des photons à tra-

vers les tissus humains en cours d'examen afin de réaliser la

détection d'événements même dans les zones relativement épais-

ses. Ainsi Franz F. J5bsis dans un article intitulé "Nonin-

vasive, Infrared Monitoring of Cerebral and Myocardial Oxygen Sufficiency and Circulatorv Parameters", publié dans la revue "Science" du 23 décembre 1977, volume 198, pages 1264-1267, stipule que "la transparence relativement bonne des matières biologiques dans la région infrarouge proche du spectre permet une transmission suffisante des photons à travers les organes examinés pour le contrôle des événements intracellulaires", L'article de J8bsis a étudié suffisamment le contrôle de

l'oxygène dans les tissus. En utilisant des sources lumineu-

ses intenses et un tube photomultiplicateur, Jtbsis a réussi à détecter la lumière infrarouge traversant 13 centimètres

de cerveau humain à travers le crâne et le cuir chevelu.

En se référant plus particulièrement à la fig. 1, la propagation de la lumière rouge visible ou de la lumière infrarouge à travers des tissus relativement homogènes qui sont capables d'une diffusion intense de la lumière et qui contiennent un objet absorbant la lumière est illustrée Dar des formes d'ondes qu'on appellera lignes d'isoluminance, La lumière pénètre dans le tissu 10 en 12 sous forme d'un

faisceau monochromatique collimaté étroit. La ligne d'isolu-

minance 14a définit les contours d'une luminosité égale ayant été produite par l'apport de lumière au point 12, Les lignes d'isoluminance 14b et 14c représentent les contours des lignes d'isoluminance à des distances croissantes du point initial d'entrée de lumière 12, La ligne dVisoluminance 14d représente la distribution de l'intensité de la lumière après

l'interaction avec un objet absorbant la lumière 16o La li-

gne d'isoluminance 14e décrit le procédé progressif de pro-

jection de l'ombre par l'objet 16 absorbant la lumière en raison de la diffusion intense dans le tissu 10.o La ligne d'isoluminance 14f, à une distance considérable du point d'entrée de lumière 12 et de l'objet absorbant la lumière 16, présente un renfoncement peu profond 18 dans le contour

isolumineux sous l'effet de la présence de l'objet d'absorp-

tion de lumière 16. Le centre 18a du renfoncement est dû à l'absorption par l'objet 16 et représente un minimum de

luminosité, alors que la bordure 18b du renfoncement repré-

sente un maximum de luminosité, Un détecteur tel qu'une pho-

todiode au silicium ou un réseau de photodiodes au silicium (non représenté), sur le côté du tissu 10 opposé à celui

du point d'apport de lumière 12 surplombant le renfonce-

ment 18 dans la ligne d'isoluminance 14f, permet de mesurer la transmission de lumière à travers le tissu 10 lorsque cette transmission est affectée par la présence de l'objet 16 absorbant la lumièreo Un détecteur d'un format suffisant pour présenter une surface sensible séparée couvrant les zones 18a et 18b du renfoncement 18 fournirait un rapport utile

entre la luminosité en 18a et en 18b pour permettre de dé-

tecter l'objet 16.

La fig. 2 est analogue à la fig. 1 sauf que le point 20 d'entrée de lumière se trouve à une plus grande

distance de l'objet 22 absorbant la lumière. Comme précé-

demment, l'apport de lumière produit une série de lignes d'i-

soluminance 24a, 24b, 24c, 24d, 24e et 24f avant l'interac-

tion avec l'objet 22 absorbant la lumière, La ligne 24g représente la distribution de l'intensité lumineuse après l'interaction avec l'objet 22 absorbant la lumière, Etant donné que l'objet 22 est proche de la surface supérieure du tissu 10, le renfoncement 26 dans la ligne d'isoluminance 24h est très important par rapport à celui représenté à la

fig. 1 ou une plus grande distance était prévue entre l'ob-

jet 16 et la surface supérieure du tissu 10. Dans la re-

présentation de la fig. 2, il existe une plus grande diffé-

rence entre le niveau de la lumière sur le bord 26b du renfoncement 26 et le centre 26a du renfoncement. La

détection de l'objet 22 peut être réalisée par la même tech-

nique que celle décrite à propos de la fig. 1,

Les fig. 3 et 4 sont respectivement une vue laté-

rale et une vue de dessus montrant les lignes d'isoluminance produites dans une section de tissu 30 à diffusion intense de lumière et contenant deux objets différents d'absorption de lumière 32 et 34 quand la lumière est introduite en deux points 36 et 38. Les lignes d'isoluminance provenant du

point 36 sont indiquées en tirets alors que les lignes d'iso-

luminance provenant du point 38 sont indiquées en traits pleins. Les lignes 36a, 36b et 36c provenant du point 36 définissent, comme précédemment, un renfoncement 40 qui est détectable comme indiqué en 32a à la fig. 3. Cependant,

les lignes d'isoluminance 36a, 36b et 36c s'écartent éga-

lement latéralement en éventail dans le sens de l'objet 34 et forment un renfoncement 42 qui est détectable sous forme d'une ombre de l'objet 34, comme cela est représenté en 34' à la fig. 3. De même, les lignes d'isoluminance 38a, 38b,

38c, 38d et 38e provenant du point 38 fournissent un ren-

foncement détectable 44, par suite de l'absorption de la lu-

mière par l'objet 34. L'ombre 34a ainsi produite est détec-

table comme il est représenté à la fig. 3, De même qu'avec les lignes d'isoluminance provenant du point 36, les lignes d'isoluminance 38a, 38b, 38c, 38d et 38e provenant du point

38 sont interceptées et absorbées par l'objet 32 pour défi-

nir un renfoncement 46 aui est détectable sous forme d'une ombre 32' comme montré à la fig, 3, Il est ainsi possible non seulement de détecter la présence des deux objets 32 et 34 dans le tissu 30, mais aussi de localiser avec précision les zones du tissu '30 o ces objets sont placés, par des

moyens de projection en retour ou rétroprojection.

Le mode de réalisation de l'appareil selon l'inven-

tion, qui est représenté à la fig. 5, comprend un ensemble , formant une source lumineuse et un organe de sélection de la longueur d'onde, et qui est connecté par un faisceau souple de fibres optiques ou un guide de lumière 52 à un organe 54 portant un photodétecteur et qui est, à son tour, connecté par un câble 56 à un élément 58 de lecture à

photomètre numérique, L'ensemble 50, formant la source lu-

mineuse et l'organe de sélection de la longueur d'onde, com-

prend un boîtier 50a dans lequel est montée une source de lumière infrarouge telle qu'une lampe d'halogéno-tungstène au quartz (non représentée). Un bouton 50c de commande

d'intensité variable est prévu sur le bottier 50a pour ré-

gler l'intensité du faisceau émis par la lampe. Une roue de filtrage 60 est montée en rotation sur le bottier 50a au moyen d'un arbre 50b. Avantageusement, la roue 60 comprend plusieurs filtres d'interférence 6Oa à pellicule mince, à bande large et en une disposition concentrée, chaque filtre présentant un pic différent compris entre 450 et 1350 nm avec des intervalles de 50 nmo Des filtres à bande étroite peuvent être employés pour discriminer encore mieux parmi les procédés détectés à l'aide de l'appareil, La facette d'entrée 52a du guide lumineux en fibres optiques 52 est maintenue en position par rapport à la lampe et par rapport à un filtre choisi 60a à l'aide d'une'collerette 62 reliée

à un montant 64 lui-même fixé à la base du boîtier 50a.

L'organe 54 portant le photodétecteur comprend, comme représenté, un montant terminal fixe court 54a et un long montant terminal fixe 54b maintenus dans un rapport fixe espacé par deux tiges à surfaces lisse 54c54c et une tige extérieurement filetée 54d portant un bouton de réglage 54j. Un montant mobil "54a est disposé entre les montants

54a et 54b et il est réglable dans l'une ou l'autre direc-

tion sur les tiges 54c-54c et 54d par une simple rotation

du bouton 54, Un dispositif de mesure correctement étalon-

né 54f est fixé par ses extrémités aux montants fixes 54a et 54b. Un indicateur 54g est fixé au poste mobile 54e

et il est destiné à coulisser le long de repères sur le dis-

positif 54f lors du déplacement du montant 54e. L'extré-

mité de sortie du guide à fibres optiques 52 passe à tra-

vers un alésage dans l'extrémité extérieure du montant mobile 54e et est fixée à un disque 66, Une vis de blocage 68 maintient l'extrémité d'entrée du guide 52 en position par rapport au montant 54e. Le montant long fixe 54b comprend

une tête réglable 54h qui porte un photodétecteur, en l'oc-

currenceun photodétecteur à semiconducteur 70 du type pho-

todiode au silicium. La tête 54h est munie d'une vis mole-

tée de réglage 54i pour permettre au photodétecteur 70 d'être aligné avec l'extrémité de sortie du guide à fibres optiques 52. Le câble d'entrée 56 relie le photoconducteur

70 à l'élément 58 de lecture à photomètre numérique. L'é-

lément 58 comporte des boutons de sélection 58a pour dé-

terminer les facteurs d'affichage qui sont visibles à travers

une fenêtre surplombant un affichage à cristaux liquides 58b.

En utilisant l'appareil représenté à la fig. 5, une poitrine humaine et particulièrement un sein comportant une tumeur palpable est confortablement comprimée entre le disque 66 et le photodétecteur 70, Le dispositif de mesure 54f indique la distance exacte entre l'extrémité de sortie du

guide 52 et le protodétecteur 70 et, par voie de consé-

quence, l'épaisseur du tissu traversé par la lumière en pro-

venance d'une source disposée dans le bottier 50a. On ob-

tient des lectures sur l'élément de lecture 58 en faisant passer une lumière,à des longueurs d'ondes différentes, depuis la source à travers la tumeur dans la poitrine. En utilisant

les mêmes longueurs d'ondes, on fait ensuite passer la lu-

mière de la source à travers la ou les zones de la poitrine

à distance de la tumeur. Etant donné que le degré de diffu-

sion de lumière et d'absorption à une longueur d'onde donnée par un corps cancéreux est beaucoup plus important que celui

* réalisé par un corps bénin ou par un tissu gras sain, la na-

ture de la tumeur palpable est facile à déterminer à partir

de l'information affichée par l'élément de lecture 58. En se référant maintenant à la fig, 6, le mode de réalisation d'une tête

d'exploration rectiligne, qui est

représentée et qui porte la référence d'ensemble 80, com-

prend une partie fixe inférieure 80a et une partie mobile supérieure 80b qui est verticalement réglable par rapport à la partie 80a. A une extrémité, les parties 80a et 80b définissent deux plaques parallèles 82 et 84 entre lesr

quelles on comprime une poitrine humaine devant être exami-

née. La partie inférieure 80a de la tête d'exploration comporte un bottier 80c dans lequel est-montée une source de lumière infrarouge, par exemple une ampoule au quartz halogéné 86 associée à un réflecteur 88, Une roue rotative de filtrage 90 est montée sur un arbre au-dessus de l'ampoule 86 et du réflecteur 88. De même que la roue de l'appareil représenté à la fig. 5, la roue 90 est destinée à loger une série de filtres optiques 90a à bande étroite ou large, disposés concentriquement dans des cavités

sur le pourtour de la roue. Une zone de la roue 90 traver-

se un évidement ou fente formé dans la paroi postérieure du

dispositif d'exploration pour permettre à l'opérateur de sé-

lectionner facilement le filtre désiré 90a pour les inves-

tigations des tissus, La lumière Drovenant de l'ampoule 86 traverse un filtre sélectionné 90a et est admise dans

l'extrémité d'entrée d'un faisceau souple de filtres opti-

ques 92 maintenu en position sur le bottier 80c à l'aide

d'un raccord 80d. L'extrémité de sortie du faisceau opti-

que 92 est fixée dans un couplage 94a monté sur l'extré-

mité supérieure d'un montant 94, Le couplage 94a reçoit également la facette d'entrée d'une conduite rigide 96 de

guidage de la lumière, coulissant dans un élément d'aligne-

ment 98 et se terminant à la surface inférieure 84 ou sur-

face de la plaque supérieure réglable 80b de la tête d'ex-

ploration 80 qui vient en contact avec la poitrine. La

facette de sortie 96a de la conduite 96 présente avanta-

geusement une ouverture Variable (non représentée) pour per-

mettre de régler le diamètre du faisceau lumineux traversant le faisceau de fibres optioues 92 et la conduite 96 à l'emplacement de la facette de sortie de cette conduite 96 de guidage de la lumière. Au-dessous et en opposition à la

facette de sortie 96a de la conduite de lumière 96 est mon-

té un photorécepteur -100 présentant une ouverture variable a pour régler le diamètre du faisceau lumineux admis dans le photorécepteur 100, Avantageusement, le photorécepteur

100 est une photodiode au silicium et il est monté sur l'ex-

trémité d'un arbre d'alignement 102. L'arbre 102 traverse un alésage dans un organe d'alignement 104 et est engagé dans

un couplage d'un seul tenant 94b prévu à l'extrémité infé-

rieure du montant 94. Le couplage 94b est fixé à un man-

chon intérieurement cannelé 106 qui reçoit un arbre d'en-

traînement extérieurement cannelé 108. L'arbre 108 est

entraîné par un moteur 104a porté par l'organe d'aligne-

ment 104 et il est cannelé de manière à réaliser une hélice combinée de sens dextrorsum et sinitrorsum de telle façon

qu'après l'achèvement de sa course dans l'une ou l'autre di-

rection le long de l'arbre d'entraînement 108, le manchon 106 inverse automatiquement le sens de sa course. A mesure de la rotation de l'arbre 108, le montant 94, la conduite

à la lumière 96 et le photorécepteur 100 sont simultané-

ment déplacés dans le même sens de progression gue le montant 94. A chaque point terminal avant et arrière du déplacement, un échappement ou commutateur (non représenté) déplace la

conduite à lumière 96, l'arbre 102 et les organes d'aligne-

ment 98 et 104, d'une distance précise sur les guides coulis-

sants 114-116, au moyen d'une rotation pas à pas des roues dentées llOallOa sur les pistes dentées 112-112. Chaque extrémité de l'arbre 110 comporte une roue dentée llOa-lîQa et ces roues progressent sur des pistes dentées parallèles

112-112. Ainsi une surface bidimensionnelle peut être explo-

rée par la progression vers l'avant et l'arrière et la pro-

gression latérale de la facette de sortie 96a de la conduite

96 et du photorécepteur 100 en réponse au mouvement de l'ar-

bre d'entraînement 108 et de l'arbre 110 à roue dentée,

Les surfaces qui viennent en contact ayec la poi-

trine sur les plaques 82 et 84 sont avantageusement formées en une matière plastique transparente pour permettre à la facette de sortie 96a de la conduite à lumière 96 et à l'ouverture variable 100a du photorécepteur 100 de se déplacer par rapport à la poitrine sans établir de contact direct. L'alignement des éléments mobiles de la tête 80 est maintenu par les pistes alignées parallèles 114 et 116 respectivement. L'ensemble de la partie supérieure 80b de la tête d'exploration 80 peut se mouvoir verticalement

par rapport à la partie inférieure 80a de manière à accep-

ter une poitrine de pratiquement n'importe quelle dimension.

Le montant 94 et l'arbre 110 sont rainurés pour permettre le mouvement libre vers le haut et sers le bas à partir d'une distance comprise entre environ 2,5 et 10 cm) Une courroie de transmission de puissance 120 du type denté et

à entraînement manuel est reliée à des vis de réglage de hau-

teur (non représentées) placées dans les angles de la tête

d'exploration 80 pour permettre de régler, à volonté2 l'es-

pace entre les surfaces en matière plastique transparente des éléments 82 et 84o Un arbre 122 sert à relier la tête d'exploration 80 à une console d'exploration 130 (voir fig. 8A et 8B)o Un câble 124 porte deux jeux de signaux électroniques vers une console à images 132o Un jeu de sis gnaux concerne l'intensité absolue de la lumière détectée par le photorécepteur 100o L'autre jeu de signaux concerne les coordonnées absolues de position XY de la facette de

sortie 96a de la conduite de lumière et de l'ouverture va-

riable lOa du photorécepteur, Ces jeux de signaux élec-

troniques assurent la modulation d'intensité vers un faisceau d'un tube à rayon cathodique et le réglage d'emplacement vers ce faisceau, Comme on peut le voir aux fig 8A et 8B, la poitrine d'une patiente 134 est comprimée dans la tête d'exploration 80 qui est reliée par l'arbre 122 à une colonne de support 130a, Un opérateur 136 communique au moyen d'un clavier 138 avec les commandes électroniques pour produire une.image et un affiigate alphanumérique sur le tube à rayon cathodique 142, Des images sur la pellicule photographique sont produites ar u-n appareil de production d'images à formats multiples -44 La fig. 7 représente un appareil fLe transmission de lumière comprenant un élément de base /SD et un élément 152 de support de la poitrine, L'élément 359 _Tarte une source lumineuse telle qu'une ampoule au Tartz lagné (non représentée) installée dans un réflerEnI 354 7T roue de filtrage 156 est montée en rotati=n a,desss su réflecteur 154 et comporte une série de f'1--tes tis 156a agencés concentriquement sur le pourtour de la =nne, Une partie de la bordure extérieure de la 2r=e R355 te vers l'extérieur à travers une fente 150a farmióe dazs la paroi latérale de l'organe en vue de facilitesr -la n-vatin de la roue. Une conduite de lumière 158:!nranme facette d'entrée de lumière en position adjac-e-.n la a ne 156 et en opposition à la source lumineuse est mmtx- ains l'élément 150. La conduite 158 est brandme de mna. ire à fournir deux facettes de sortie de lumière 3B=a et BB qui sont obturées par une roue à ouverture den:e 1- ED:a conduite à lumière 158, ses facettes de srtfie 2,a'et =51Bb et la roue perforée 160 tournent autour drmn al=_re renx 162 entraîné par une courroie 164 accouplée ça -m "iUre

d'entraînement 166 et à un moteur 168. L'organe J152 com-

porte une tige dirigée vers le bas 152d plamne dans 17xeie

creux 162 de l'élément 150, L'élément.152 t. -

pour permettre un examen du patient dans des c=ndiRtinns nnn fortables, La surface supérieure 152a de J'ilMment 152

présente plusieurs ouvertures ponctuelles.o -orifices de lu-

mière 152b qui sont régulièrement espacés, Chaque orifice 152b est aligné avec les facettes de sorties de lumière 170a d'un nombre égal de faisceaux 170 d'émission de lumière par fibres optiques, Les facettes d'entrée de lumière 170b sont adjacentes à des rangles espacées d'ouvertures 152c ménagées dans la surface inférieure de l'élément 152, En fonctionnement, les facettes de sortie de lumière 158a et 158b

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de la conduite 158 et la roue perforée 170 tournent sur un mode tel que les rangées extérieures et intérieures des ouvertures 152c et leurs facettes associées d'entrée de

lumière 170b des fibres optiques 170 reçoivent successi-

vement des signaux, Un signal de minutage 168 est envoyé à un appareil tomographique axial 180 avec ordinateur (voir

fig. 9A et 9B).

Comme on peut le voir aux fig. 9A et 9B, une pa-

tiente 182 est assise de manière que son sein gauche soit l comprimé entre la surface supérieure 15-2a de l'élément 152

et un cône 184 d'exclusion de lumière, L'appareil tomogra-

phique axial avec ordinateur gqui est représenté schématique-

ment, comprend des moyens récepteurs d'images comportant une

caméra de télévision 186 du type compatible avec un ordi-

nateur. Un étrier 188 maintient l'alignement optique, Un

arbre 190 permet la rotation autour de l'axe et le mouve-

ment vertical est possible le long d'une colonne de support

192. Un opérateur 194 manipule un clavier 196 pour com-

muniquer avec l'ordinateur et faire apparaître des images

et des signaux alphanumériques sur un tube à rayon cathodique.

L'ordinateur 200 comprend plusieurs modules comportant notamment un convertisseur vidéo 202 analogique-numérique, une interface 204 entre la caméra et l'ordinateur et une unité d'emmagasinage 206 d'images. Les images 208 sont actionnées par un module de connexion d'uniformité 210 et sont envoyées à une mémoire 212. Quand la famille d'images codées sur les points lumineux en provenance des facettes de sorties 170a de l'élément 152 a été acquise, un algorithme de reconstruction d'images 214 fonctionne sur les images en

question pour créer une image projetée en retour et recons-

truite par ordinateur. Cette image apparaît sur un contrô-

leur 216 d'affichage d'images de télévision et en même temps sur un écran vidéo à haute résolution d'un appareil 218 de formation de films de formats multiples servant à produire des diapositives de la poitrine sur l'élément 52 ayant le

même aspect que les mammogrammes classiques.

Bien que l'invention ait été décrite à propos de la

détection des lésions poitrinaires humaines et notamment cel-

les du sein, il va de soi qu'on peut l'utiliser pour contrô-

ler le changement de l'absorption optique et de la diffusion de lumière par les poumons et d'autres tissus accessibles, et aussi pour former des images de poumons et du cerveau ainsi que d'autres parties du corps d'un être humain ou d'un animal.

Claims

REVENDICATIONS

1 Appareil d'exploration de matières biologiques, caractérisé en ce qu'il comprend une source de rayonnement électromagnétique non ionisant, des moyens pour appliquer la radiation de cette source à une matière biologique qu'on dé- sire explorer et des moyens pour détecter quantitativement les caractéristiques d'absorption et de diffusion du rayon?

nement par ladite matière.

2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un détecteur

à une ouverture variable.

3 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé-

en ce que les moyens de détection comprennent plusieurs dé-

tecteurs indépendants disposes concentriquement ou en réseau, 4 -Appareil selon la revendication 1 caractérisé

en ce que le rayonnement électromagnétique non ionisant com-

prend une lumière visible dont la longueur d'onde est com-

prise entre environ 400 et 700 nm ou une lumière infrarouge dont la longueur d'onde est d'environ 700 à lxlO6nm0 e 5 - Appareil selon la revendication le caractérisé

en ce que la source de rayonnement électromagnétique non ioni-

sant est une lampe à filament de tungstène halogéné au quartz, une lampe à arc au xénon ou une lampe à arc au -xénon-mercure, 6 -Appareil selon la revendication 1r caractérisé

en ce que la source de rayonnement électromagnétique non ioni-

sant est une diode photo-émettrice, 7 - Appareil selon la revendication 1 caractérisé

en ce cue la source de rayonnement électromagnétique non ioni-

sant est un faisceau de laser accordable.

8 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé

en ce que des moyens de choix de la longueur d'onde sont pré-

vus entre la source de rayonnement électromagnétique et la

matière biologique sous exploration,.

9 - Appareil selon la revendication 8, caractérisé

en ce que les moyens de choix de la longueur d'onde compren-

nent au moins deux filtres optiques passebandes à pellicule mince, Appareil selon la revendication 8P caractérisé

en ce que les mQyens de choix de la longueur d'onde compren-

nent au moins un monochromateur, 11 - Appareil selon la revendication 9, caractérisé

en ce que lesdits filtres comprennent des filtres d'interfé-

rence à bande large et à pellicule mince dont les pics sont compris entre environ 450 et 1350 nm avec des intervalles

de 50 nm.

12 - Appareil selon la revendication 9, caractérisé

en ce que les filtres sont montés sur une roue rotative dis-

o10 posée en position adjacente à la source de rayonnement élec-

tromagnétique. 13 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé

en ce que des moyens de transmission de rayonnement sont pré-

vus pour transmettre le rayonnement électromagnétique à par-

tir de ladite source le long d'un trajet prédéterminé vers la matière biologique, 14 - Appareil selon la revendication 13< caractérisé

en ce que les moyens de transmission de rayonnement compren-

nent un faisceau souple de fibres optiques.

15 - Appareil selon la revendication 13, caractérisé

en ce que les moyens de transmission de rayonnement compren-

nent une conduite rigide de guidage de la lumière, 16 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé

en ce que les moyens de détection comprennent des moyens d'in-

terception de photons.

17 - Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens d'interception de photons comprennent une photodiode au silicium ou au germanium ou une rangée de

photodiodes au silicium ou au germanium.

18 - Appareil selon la revendication 1l caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un tube photoQ' multiplicateur. 19 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent une caméra de télévision capable de détecter la lumière infrarouge, - Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'on utilise une caméra électronique de télévision en

couleurs en tant que moyen de détection.

21 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent des moyens

d'emmagasinage sur disques vidéo ou sur disques d'ordinateur.

22 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé

en ce que les moyens de détection comprennent un tube d'emma-

gasinage d'images.

23 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent des moyens de tomographie axiale avec réglage par ordinateur pour établir

une image tomographique de la matière biologique explorée.

24 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière biologique à explorer est placée entre la source du rayonnement électromagnétique et les moyens de

détection et en ce que la source de rayonnement électroma-

gnétique, et les moyens de détection sont déplacés par des mo-

yens rectilignes d'exploration par rapport à la matière en

cours d'exploration.

- Appareil d'exploration de tissus humains vivants, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse capable

d'émettre une lumière visible ayant une longueur d'onde d'en-

viron 400 à 700 em ou une lumière infrarouge d'une longueur d'onde d'environ 700 à 1 x 106 nim; des moyens de choix de la longueur d'onde par lesquels la lumière provenant de la source

peut être sélectivement envoyée, des moyens émetteurs de lu-

mière présentant une facette d'entrée de lumière en position

adjacente aux moyens de choix de la longueur d'onde et une fa-

cette de sortie de lumière en position adjacente au tissu hu-

main soumis à l'exploration, et des moyens de détection de lumière sur le côté de ce tissu opposé à celui sur lequel est montée la facette de sortie de lumière des moyens émetteurs de lumière. 26 - Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce que les moyens de détection de lumière sont montés sur le même côté du tissu que celui comportant la facette de sortie

de lumière des moyens d'émission de lumière-.

27 - Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce que la source lumineuse est une lampe à filament de tungstène halogéné, une lampe à arc au xénon ou une lampe à arc au xénon et mercu:e 28 Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce que le tissu humain est un sein de ferime, 29 - Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce que les moyens de choix de la longueur d'onde compren-

nent au moins deux filtres optiques passe-bandes.

- Appareil selon la revendication 25, caractérisé

en ce que les moyens de choix de la longueur d'onde compren-

nent au moins un monochromateur, 31 - Appareil selon la revendication 25, caractérisé

en ce que les moyens émetteurs de lumière comprennent un fais-

ceau souple de fibres optiques.

32 - Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce que les moyens émetteurs de lumière comprennent une

conduite rigide de guidage de la lumière.

33 - Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce que les moyens de détection de lumière comprennent une

photodiode au silicium ou au germanium ou un faisceau de tel-

les photodiodes.

34 - Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce que les moyens de détection de la lumière comprennent

un vidicon au sulfure de plomb aux infrarouges.

- Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce que les moyens de détection de lumière comprennent

un disque vidéo, un disque d'ordinateur ou un tube d'emmaga-

sinage d'images.

36 - Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce que les moyens de détection de la lumière comprennent

un tube photomultiplicateur.

37 - Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce que des moyens d'amplification de signaux sont prévus

pour les moyens de détection de lumière.

38 - Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce que des moyens d'affichage de signaux sont prévus pour les moyens de détection de lumière, 39 - Appareil selon la revendication 38, caractérisé en ce que les moyens d'affichage de signaux sont associés à

des moyens rectilignes d'exploration.

-Appareil selon 1l reyendication 38f caractérisé en ce que les moyens d'affichage de signaux sont associés à des moyens d'images topographiques axiales avec réglage par ordinateur, 41 - Appareil de détection et de localisation des lésions de la poitrine et plus particulièrement du sein d'un être humain, caractérisé en ce qu'il comprend une source de

lumière capable d'émettre une lumière visible ayant une lon-

gueur d'onde d'environ 400 à.700 nm ou une lumière infra-

rouge ayant une longueur d'onde d'environ 700 à 1400 nm;

une roue rotative portant une série de filtres d'interfé-

rence à bandes larges et à pellicule mince dont les pics sont compris entre 450 et 1350 nm avec des intervalles de 50 nm environ, cette roue étant disposée par rapport à la source lumineuse de façon à permettre à l'un quelconque des filtres de la roue d'intercepter la lumière émise par ladite source;

un faisceau souple de fibres optiques ayant une facette d'en-

trée de lumière prévue pour recevoir la lumière qui passe à travers ledit filtre choisi et une facette de sortie de lumière pour transmettre la lumière filtrée à partir de la -source à une poitrine qu'on suspecte avoir une lésion; des moyens réglables établissant un contact avec la poitrine, ces moyens comprenant des moyens alignés de direction de la lu" mière et des moyens collecteurs de lumières et des moyens de détection de lumière en liaison avec les moyens collecteurs de lumière pour fournir une indication de la différence entre

les absorptions de lumière et les caractéristiques de diffu-

sion dans la zone de la poitrine traversée par la lumières 42 Appareil selon la revendication 41, caractérIsé en ce que les moyens de détection de lumière comprennent un

photodétecteur à ouverture variable, des détecteurs indépen-

dants à agencement concentrique ou un réseau de détecteurs, 43 - Appareil selon la revendicatIon 41 caractérisé en ce que la source lumineuse est une lampe à filament de tungstène halogéné au quartz, une lampe à arc au xénon ou une lampe à arc au xénon et mercure, 44 - Appareil selon la revendication 41, caractérisé en ce que les moyens collecteurs de lumière comprennent une

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photodiode au silicium ou au germanium.

- Appareil selon la revendication 41, caractérisé en ce que les moyens de détection de lumière comprennent une unité numérique de lecture à photomètre numérique comportant un affichage à cristaux liquides. 46 Appareil selon la revendication 41, caractérisé en ce que les moyens de détection de lumière comprennent un

tube photomultiplicateur ou un tube de caméra de télévision.

47 - Appareil selon la revendication 41, caractérisé en ce que les moyens de détection de lumière sont couplés à un enregistreur sur graphique permettant d'établir un tracé permanent des caractéristiques d'absorption et de diffusion

des tissus du sein.