Si EOS imaging a encore frappé fort avec son système d'imagerie EOSedge, c'est notamment grâce à l'intégration d'un détecteur plus précis, mais aussi à la qualité de la chaîne cinématique associée. Signée Schaeffler, celle-ci est le fruit d'une collaboration étroite entre les deux entreprises.

Par Patrick Renard

La société EOS imaging a été fondée en 1989, sous le nom de Biospace Instruments, par George Charpak, avant qu’il ne reçoive le prix Nobel de Physique en 1992 pour ses travaux sur les détecteurs de particules ultrasensibles au CERN. Au départ, les développements étaient consacrés à des appareils d’autoradiographie pour les biologistes. C’est à partir de 1995 qu’est venue l’idée d’exploiter les inventions du CERN dans les applications de radiologie en orthopédie. L'objectif était de répondre au besoin clinique de réduire drastiquement les doses de rayons X que devaient alors subir les patients, notamment les enfants, par exemple pour déceler une scoliose.

L'optimisation de la course utile des colonnes de Schaeffler permet d'installer l'EOSEdge avec une hauteur sous plafond standard (crédit photo : EOS imaging)

Il a fallu plusieurs années pour développer un détecteur gazeux spécifiquement adapté à la radiologie à très basse dose, et mettre sur le marché la première machine EOS marquée CE en 2007. Elle constituait le premier dispositif au monde capable de faire de la radiologie biplan. Il s’agit d’utiliser simultanément deux tubes et deux détecteurs, pour obtenir une image de face et une autre de profil, par balayage vertical d’un patient, des pieds à la tête, et surtout debout, en charge (et non allongé comme c’était alors le cas). Cette approche permet notamment aux chirurgiens de mieux appréhender en 3D les formes de la colonne vertébrale par exemple, pour planifier efficacement les opérations à effectuer. « Ce qui était révolutionnaire, c’était de réussir à diviser par plus de 10 la dose de rayons X par rapport au matériel concurrent de l’époque », précise Pascal Désauté, directeur technique d'EOS imaging. « Cela a suscité un intérêt extrêmement important pour le suivi en orthopédie, en particulier en pédiatrie ».

Résolution très élevée cherche mécanique à la hauteur

La pression de la concurrence s’est fait sentir il y a 10 ans en termes de qualité d’images, avec le besoin d’améliorer la résolution spatiale qui était alors basée, dans le dispositif EOS, sur une taille de pixels de 250 µm.

C’est ainsi que l'entreprise a lancé le développement d’un nouveau système intégrant un détecteur à comptage de photons à semi-conducteurs avec des pixels beaucoup plus petits, de 100 µm. Pour pouvoir tirer parti de cette résolution, il fallait repenser complètement l’architecture de la partie mécanique, qui était alors basée sur trois colonnes de guidage entrainées par des vis à billes, synchronisées avec une courroie. Il s’agissait de pouvoir déplacer verticalement les tubes et collimateurs à rayons X ainsi que les détecteurs en vis-à-vis, sur une très grande course (1,90 m), avec une précision absolue de 50 µm. A cette précision s’ajoutaient des contraintes en termes de réduction de bruit, mais surtout de vibrations pour garantir la qualité des images. En plus, il était important d’optimiser la course utile pour limiter la hauteur totale de l’équipement. Bref, le défi technique était épineux !

Deux colonnes indépendantes synchronisées électroniquement

Un premier prototype a été construit par un fabricant de machines spéciales autour d’un entrainement par vis à billes réalisé avec des composants sur étagère. S’il a permis de valider la faisabilité d’un système à deux colonnes indépendantes synchronisées électroniquement, ce prototype s’est révélé inadapté en termes de bruit et de vibrations.

C’est pourquoi EOS a décidé de s’adresser à un spécialiste du guidage. Le choix s’est porté sur Schaeffler, après la consultation de plusieurs équipementiers en août 2015. Au départ, il s’agissait d'obtenir un système d'entrainement plus efficace en restant sur le principe de vis à bille, mais les premières discussions ont montré qu’il valait mieux partir sur un système différent, personnalisé.

« La solution technique proposée par Schaeffler nous a séduits par sa versatilité et sa capacité à répondre à notre cahier des charges d’une façon spécifique », raconte Pascal Désauté. « En plus de la précision des guidages, l’un des éléments clefs était la possibilité d’obtenir un rapport course utile/encombrement supérieur à la concurrence. Nous avons aussi été sensibles au fait que d’autres fabricants d’équipements médicaux, comme Siemens, accordaient leur confiance à Schaeffler ».

Un entrainement par crémaillère et une poutre développée sur mesure

Un premier prototype prometteur a permis de tester la pertinence d’un guidage par crémaillère plutôt que par vis à billes. Après quatre ans de développement itératif, Schaeffler a fourni la chaîne cinématique complète.

Chacune des deux colonnes, synchronisées électroniquement, est composée de rails de guidage prismatique, d’un moteur, d'un réducteur, d'un entrainement par crémaillère, d’une règle de mesure absolue, de composants de réglage, de freins et de composants sécurité. Cette chaîne cinématique s’appuie sur un élément essentiel : une structure basée sur une poutre en aluminium avec un profil développé spécifiquement pour garantir la rigidité, et la précision in fine. Cette rigidité a permis de répondre à une autre exigence : celle de respecter une norme relative aux séismes, pour assurer qu’un éventuel tremblement de terre ne vienne pas endommager la machine et remettre sa précision en cause.

C’est ainsi qu’EOS imaging a pu mettre sa nouvelle machine sur le marché fin 2019, avec les performances escomptées, à savoir une qualité d'image exceptionnelle grâce à une résolution de 5 paires de lignes par millimètre. Cela permet l'examen de zones anatomiques localisées avec la capacité d'analyser finement la trame osseuse. Et cela avec un niveau de dose d’irradiation encore réduit : 5 à 6 fois moindre qu'avec les systèmes de radiographie numérique (DR) actuels.

Avec plus de 150 unités actuellement installées dans le monde, l’EOSedge est un succès médical et commercial en phase ascendante. Et si la machine adresse avant tout les besoins orthopédiques, la très haute qualité des images obtenues permet d’envisager d’autres applications, notamment en radiologie pulmonaire.

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