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DISPOSITIF DE.'DETECTION ,DES RAYONS X.
Lé présent perfectionnement est relatif à la mesure des inter- valles de temps; il concerne également un dispositif perfectionné pour déter- miner l'irradiation d'un corps par une quantité donnée de photons et, en par- ticulier, un appareil¯de ce type, utilisable en radiologie pour déterminer à l'avance la durée d'exposition d'objets à radiographier ou de malades à traiter.
Selon le brevet principal et son premier perfectionnement, on ' utilisé les variations de conductibilité des corps semi-conducteurs, tels le sulfure de cadmium ou le sulfure de mercure, sous l'action des rayons X ou d'autres rayons pour contrôler les variations d'intensité de ces derniers.
Selon la présente addition, on réalise des appareils perfection- nés de mesure d'intervalles de temps et de déterminations de l'irradiation , d'un-corps par une quantité de phôtons, à l'aide d'éléments semi-conducteurs, préparés suivant le brevet principal et son premier perfectionnement, incor- porés dans des circuits électroniques à thyratrons. Suivant une variante pré- férée de l'invention, on utilise les dispositifs déjà'cités pour interrompre le 'fonctionnement d'un appareil de radiologie lorsqu'un objet à radiographier ou un patient à traiter a été suffisamment irradié.
Selon la présente invention, un semi-conducteur sensible aux ray- ons X ou à d'autres rayonnements, placé dans le champ d'un générateur, est incorporé'au circuit de la grille de commande d'un thyratroh. L'irradiation par les photons provoque une diminution de- l'impédance qu'entraîne une aug- mentation du courant dans!, le' circuit de l'élément sensible.' La' quantité d' électricité ainsi produite provoque une diminution de la'charge négative d' un condensateur qui bloque 'la grille du thyratron.
Lorsque la dose prévue de photons a irradié l'objet ou le corps exposé, la grille est portée à un
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potentiel suffisant pour déclencher le fonctionnement du thyratron dont le courant plaque provoque,par tout moyen approprié, un relais de coupure par exemple, l'arrêt du fonctionnement du générateur.
L'élément sensible peut être formé d'un seul cristal semi-con- ducteur, ou d'un ensemble de ces cristéux répartis régulièrement sur un écran dont la surface est importante par rapport à celle qui correspond à un seul cristal.
La présente invention et ses différents avantages seront mieux compris en se reportant à la description suivante et aux dessins qui l'ac- compagnent, donnés à titre non limitatif, des moyens de réalisation de 1' invention et des applications qu'on peut en faire.
- La figure 1 est un schéma du dispositif de mesure d'interval- les de temps selon la présente invention.
- Les figures 2 et 5 sont des vues en perspective des écrans pouvant être utilisés avec le dispositif de la figure 1; - Les figures 3, 4 et 6 sont des coupes prises respectivement suivant les lignes 3-3 et 4-4 de la figure 2 et suivant la ligne 6-6 de la figure 5, qui montrent la structure des différents types d'écrans utilisés selon la présente invention.
La figure 1 représente une source de rayons X équipée d'un dis- positif de commande comprenant un tube conventionnel 11 générateur de rayons X qui possède une cathode 12 et une anode 13 disposée de façon à recevoir des électrons émis par la cathode; anode et cathode se trouvent à l'intérieur d'une enveloppe 14 scellée et vidée. La cathode 12 comprend un filament émet- teur d'électrons connectés aux conducteurs 15 qui traversent l'enveloppe 14 au moyen de scellements convenables.
D'autre part, l'anode 13 est connectée au conducteur 16 qui tra- verse l'enveloppe. Le conducteur d'anode 16 et l'un des conducteurs cathodi- ques 15 sont connectés à l'enroulement secondaire 18 d'un transformateur-é- lévateur de tension 19.
L'enroulement primaire 20 du transformateur 19 est connectés à l'enroulement secondaire 21 d'un transformateur-élévateur 23 dont l'enroule- ment primaire 24 est connecté à une source 25 de puissance convenable, de préférence par l'intermédiaire d'un interrupteur 26. Pour faire varier la tension appliquée entre l'anode et la cathode, on utilise de préférence une prise réglable 27 sur l'enroulement 21. La puissance est transmise à la' cathode 12 par l'intermédiaire des conducteurs 15 connectés à l'enroulement secondaire 28 du transformateur 23, de préférence au moyen d'une prise ré- glable 29.
Pour provoquer ou arrêter l'émission de rayons X, on peut pré- voir un contact 30 d'un relais 74 sur le circuit d'alimentation haute ten- sion du générateur de rayons X connecté de préférence dans le circuit pri- maire du transformateur 19. Le relais 30 est constitué de préférence par un relais à contact travail commandé par une bobine d'appel 31, alimenté par la source 25.
Le faisceau de rayons X 17 peut être utilisé dans des buts très divers; il peut, par exemple, irradier le corps 33 d'un malade, suivant ap- plication d'un traitement médical. Le corps du malade, allongé sur la table 34, intercepte le faisceau 17. Ce même faisceau 17 peut également servir à radiographier le corps 33, ou tout autre objet, au moyen d'un fil senisble aux rayons X, 35, enfermé de préférence dans une enveloppe étanche à la lu- mière 36, placé sur le trajet du faisceau 17, derrière le corps 33 par rap- port à la source de rayons X, de 'façon que le film 35 soit impressionné par le faisceau, après que celui-ci aura traversé le corps 33;
d'où il résulte- ra sur le film une radiographie du corps suivant les procédés connus, et,ne- tamment l'emploi d'une grille antidiffusante 37 du type "Bucky" entre le -
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corps à radiographier ou à traiter et le film muni de l'enveloppe.
Lors de l'application de rayons X sur le -corps des patients, soit dans un but thérapeutique, soit pour les radiographias, il-est de' ,,-, première importance de déterminer avec exactitude la quantité totale de lumière rayonnée, c'est-à-dire le nombre de quanta de lumière, ou photons, rayonnés pendant l'intervalle d'exposition à ces rayons. Dans le cas de., radiographie, il est nécessaire de connaître cette quantité avec exacti- tude de façon à obtenir pour le film une densité optimum. De même, dans le. cas de traitement thérapeutique aux rayons X, l'exactitude s'impose surtout lorsque la durée d'exposition désirée se rapproche de la limite de sécurité pour le patient qui y est soumis.
Dans un but de précision, la durée de l'exposition de l'objet , 'ou du patient, pour une densité optimum du film impressionné et/ou pour le respect des limites de sécurité d'exposition thérapeutiques, doit tre me- surée en fonction du nombre de quanta de rayons X appliqués pendant cet intervalle de temps d'exposition.
Jusqu'ici, toutefois, on déterminait les intervalles de temps d'exposition en fixant de manière précise le potentiel d'anode et la tension d'alimentation de la cathode, appliqués au tube généra- teur de rayons X, de façon à engèndrer un faisceau de rayons X d'intensité voulue et à l'appliquer ensuite, pendant un intervalle de t,emps prédéter- miné, de manière à exposer le corps du patient au nombre de quanta de ray- ons X voulu, dans les deux cas, de radiothérapie ou de radiographie.
A cet effet, on alimente la bobine d'appel 31 d'un relais 74 pendant un interval=- , , le de temps choisi, sous contrôle d'un dispositif mécanique spécial et coû- teux, de temporisation, lequel permet de fermer l'interrupteur 30 pendant le- dit intervalle de temps, puis ensuite de l'ouvrir, ou bien d'ouvrir un au- tre interrupteur placé en série avec-le premier, à expiration de l'inter- Valle de' temps.
Il est clair, cependant, que l'exposition désirée, mesurée par le nombre de quanta irradiés, ne pourra être obtenue que si, pendant la du- rée d'exposition, les potentiels d'anode ainsi que la tension de chauffage de la cathode désirés, ont été maintenus rigoureusement constants. Une va- riation quelconque de l'une de ces tension modifie le fonctionnement du tu- be 11 et le nombre de quanta de rayons X émis pendant 1'intervalle d'expo- sition.
Lorsque l'exposition est ainsi déterminée en fonction de la du- rée de 'fonctionnement du tube et des caractéristiques de ses circuits d'alï- mentation et de charge, il est indispensable non seulement d'effectuer mais aussi de maintenir très exactement le réglage des prises 27 & 29 de façon à stabiliser rigoureusement la tension et le courant d'alimentation fournis par la source 25. Ces prises devront être réglées non seulement suivant l'in- tervalle de temps d'exposition choisi, mais plus ou moins empiriquement, sui- vant la dimension, le poids, l'épaisseur et la nature du corps 33.
Naturellement, le réglage des prises 27 & 29 dépend, dans une certaine mesure, de l'appréciation du radiologue qui utilise l'appareil, de sorte que ces réglages comportent des risques d'erreur. En outre, il est très difficile de se procurer des dispositifs mécaniques de mesure d'in- tervalles de temps dont le fonctionnement soit garanti, surtout lorsque la durée à déterminer est de l'ordre d'une fraction de seconde.
De façon à résoudre les difficultés inhérentes aux appareils de temporisation pour la détermination de,la durée d'exposition'aux rayons X,' on réalise, selon la présente invention, un appareil sensible au rayonnement fourni par un générateur de rayons X, c'est-à-dire au nombre de quanta ray- onnés. A cette fin, on place un élément sensible 38 en un endroit'convenable, sur le trajet du faisceau de rayons X 17.
Bien que, sur la figure 1, l'élé- ment 38 soit représenté derrière le corps du malade, 33, par rapport à la source-de rayons X, de façon que les rayons, avant d'atteindre l'élément 38, traversent le corps 33 ainsi que la grille antidiffusante 37 et l'enve- loppe contenant le film 35, on peut tout aussi bien blacer l'élément 38 di-
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rectement sur le trajet du faisceau 17.
Toutefois, la disposition de l'élé ment 38 dans l'espace compris derrière l'enveloppe du film, dans la structu- re même de la table sur laquelle est étendu le patient, est très satisfaisan- te ..-
L'élément 38 comprend, de préférence, un ou plusieurs cristaux- d'une matière semi-conductrice sensible aux rayons X convenable, telle que le sulfure de cadmium, de mercure, ou de séléniure de cadmium, identique'" aux substances semi-conductrices dont les propriétés et les modes de fabri- cation ont été décrites dans le brevet principal et son premier perfectionne- ment. Cet élément sensible 38 offre des caractéristiques amplificatrices et délivre un courant électrique notable quand il est soumis à l'action des rayons X.
Des cristaux de sulfure de cadmium ôu de mercure, et des cristaux de séléniure de cadmium, sensibles aux rayons X, sous forme de prismes hexa- gonaux préparés en phase vapeur sont obtenus. On peut recouvrir chacune des faces opposées de cristaux d'une couche, d'un film ou d'une plaque de matiè- re conductrice de l'électricité, ce procédé permet de connecter le dit cris- tal aux conducteurs 39 & 40.
Les caractéristiques semi-conductrices et amplificatrices de 1' élément 38 sont utilisées selon la présente invention pour mesurer le rayon- nement de rayons X, c'est-à-dire le nombre de photons X ayant irradié le c cristal, et pour contrôler le fonctionnement du générateur en fonction de cet- te irradiation. A cet égard, il est clair que;! la quantité d'électricité ayant traversé l'élément 38, par suite de son irradiation par les rayonnements pen- dant une durée quelconque d'exposition, sera fonction de la quantité de pho- tons X reçus par le cristal pendant cet intervalle de temps.
Selon la présen- te invention, on utilise le courant ainsi formé dans le cristal 38 potir con- trôler un dispositif d'interruption du fonctionnement de la source de rayons X quand celle-ci a émis, sur l'objet ou le corps 33 exposé, le nombre désiré de photons.
On peut employer tous moyens convenables pour contrôler la sour- ce de rayons X suivant la quantité totale d'électricité qui circule dans le cristal 38 pendant la durée d'exposition. Gomme le montre la figure 1, le dispositif de détermination de la durée d'exposition peut comprendre un sys- tème de traduction électronique 41 destiné à commander un relais 42 qui in- terrompt l'alimentation du générateur de rayons X 11 quand l'exposition au rayonnement est suffisante, cette exposition étant mesurée en fonction de la quantité d'électricité ayant circulé dans l'élément sensible 38, ladite quantité étant proportionnelle au nombre de quanta de rayons X ayant irradié le cristal 38 pendant le fonctionnement du générateur.
Dans ce but, le système de traduction 41 comprend de préférence un tube thyratron 43, ayant une cathode 44, une anode 45 et une grille de commande 46. L'anode et la cathode 45 & 44 peuvent être connectées à un circuit extérieur comprenant une source de tension convenable 47 et une charge 48, laquelle, comme le montre la figure 1, est constituée par la bobine d'appel d'un interrupteur à relais 42,à contact repos 49.
La grille 46 du thyratron peut être connectée à un circuit de' contrôle dans lequel le cristal sensible 38 est incorporé. La grille 46 peut être connectée électriquement au conducteur 40, issu de l'élément sen- sible 38. Le même circuit de contrôle de grille comprend aussi une source de tension uni-directionnelle 50, un potentiomètre 51 connecté en série avec la source 50 et avec l'élément sensible 38, au moyen du conducteur 39.
Le circuit comprend d'autre part, un condensateur 52 connecté entre la cathode et la grille du thyratron 43, par l'intermédiaire d'une source réglable de polarisation de la grille du tube 43, constitué de préférence d'une source de tension uni-directionnelle 53 débitant sur un potentiomètre réglable 54, ladite source 53 étant connectée en parallèle avec le potentiomètre 54 entre la cathode du tube 43 et la source 50, alors que le condensateur 52 est con-
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necté entre la grille 46 du thyratron et la prise réglable du potentiomètre
54. Le circuit comprend également un interrupteur 55 normalement connecté entre la grille et la cathode du tube 43, cette cathode étant, de préfé- rence, à la masse, comme il est indiqué en 56.
Le tube thyratron 43 devient conducteur, ce qui entraîne l'ali- mentation de la bobine 48 au moyen de la source 47 lorsque la tension appli- quée entre la grille et. la cathode du dispositif de déclanchement atteint une valeur prédéterminée. Aussi longtemps que l'interrupteur 55 demeure fer- mé, la cathode 44 et la grille 46 sont au même potentiel, ce qui maintient le thyratron 43 à l'état non-conducteur. Tant que l'interrupteur 55 reste fermé, le condensateur 52 est chargé négativement par les dispositifs de polarisation de grille 53 & 54 ,le potentiel de charge étant déterminé par le réglage du potentiomètre 54. L'interrupteur 55 est ouvert dès que le gé- nérateur de rayons X 11 est alimenté et provoque l'irradiation du corps 33.
Lorsque l'interrupteur 55 est ouvert, la charge du condensateur 52 rend né- gative la grille du tube 43 lequel continue à être bloqué.
L'application du faisceau de rayons X 17 sur le corps 33 provo- que l'irradiation de l'élément sensible 38 dont l'impédance diminue. En con- séquence, le cristal 38 est parcouru par un courant sous l'action de la source 50 et du potentiomètre 51, qui réduit progressivement la charge néga- tive du condensateur 52. Cet effet est proportionnel au nombre de quanta X qui irradient l'élément 38. Dès qu'une quantité prédéterminée de photons X a irradié l'élément 38, suivant le réglage des potentiomètres 51 & 54, la charge du condensateur 52 peut être réduite à la valeur pour laquelle le tu- be 43 devient conducteur; le circuit anodique est traversé par un courant qui alimente la-bobine d'appel 48; entratne le fonctionnement du relais 42 et 1' ouverture du contact repos 49.
Le tube 43 continue à fonctionner de la sorte -jusqu'à ce.que l'interrupteur 55 se referme. En résumé, les potentiomètres 51.& 54 servent à déterminer la durée d'exposition suivant le fonctionnement du générateur 11.
Comme le montre la figure 1, le contrôle de la source de rayons
X s'effectue au moyen d'un relais 56' comprenant une bobine d'appel 57, une paire de contacts travail 58 à 59 et un contact repos 55. Lorsque la bobine
57 est alimentée, le contact repos 55 s'ouvre. La bobine 57, qui est alimen- ée'par la source 25, est connectée en série avec l'interrupteur normalement ouvert 60. Le contact travail 58 du relais 56', le contact repos 49 du re- lais 42 et la bobine 31 du relais 74 a contact travail 30, constituent un ..circuit série connectée à la source 25. On peut aussi connecter en série dans le circuit plaque du thyratron le contact travail 59 du relais 56'.
Pour provoquer le fonctionnement du tube à rayons X 11 et l'émis- sion du faisceau 17, le radiologue doit fermer l'interrupteur 60; la bobine 57, dès lors alimentée, entraîne l'ouverture du contact 55 et la fermeture des contacts 58 & 59. Le tube de rayons X est alors alimenté et continue à fonctionner tant qu'u# certaine quantité prédéterminée de photons X n'a pas été délivrée au corps irradié 33. A ce moment,le thyratron 43 devient con- ducteur, alimente la bobine 48 et interrompt le circuit d'alimentation de là'bobine 31, à cause de l'ouverture de l'interrupteur 49. La bobine 31 n' étant plus alimentée, l'interrupteur 30 s'ouvre; le transformateur d'anode n'est plus alimenté et l'émission de rayons X cesse immédiatement.
L'élément 38 peut comprendre, soit un cristal unique identique à ceux décrits dans le .brevet principal et le premier perfectionnement, con- venablement fixé et placé de manière à être irradié par le faisceau de ray- ons X 17, soit un ensemble de cristaux correctement placés et connectés en parallèle selon une variante de l'invention, on peut utiliser un écran 61, représenté en figure 2, le dit écran étant constitué d'un grand nombre de cristaux, de sorte que l'élément sensible aux rayons X est une surface no- table correspondant à une fraction importante de la section du faisceau de rayons X 17.
On obtient ainsi une meilleure détermination de la durée d'ex-
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position car on mesure le nombre de quanta reçus sur une surface appréciable au lieu de mesurer le nombre de quanta reçus sur la faible surface que re- présente un cristal unique.
L'écran 61 peut tre constitué d'une substance cristalline plus ou moins finement broyée et pulvérisée, agglomérée par futtage, ou liée au moyen d'un circuit conducteur de l'électricité; on formera ainsi une couche 62 de substance cristalline sensible. Les surfaces opposées de la couche 62 peuvent être recouvertes d'une substance conductrice de l'électricité 63 en, contact électrique avec les surfaces de la couche 62. Les couches condutri- ces 63 peuvent être des feuilles métalliques, ou des bandes de matière plas- tique conductrice,fixées sur les faces opposées de 62 avec lesquelles el- les sont en contact électrique d'une manière convenable. Les cristaux peu- vent être disposés les uns à côté des autres, ou répartis régulièrement en- tre les panneaux 63.
Dans ce dernier cas, les intervalles entre les cris- taux pourront être remplis d'une substance non conductrice 65, constituée de préférence par une matière plastique, telle la bakélite, le glyptal, une si- licone ou autre matière isolante. L'élément 61 peut être connecté au circuit de contrôle 41 en connectant chacune des couches 63 aux conducteurs 39 & 40 respectivement, comme le montre la figure 1.
Comme on peut voir sur les figures 5 & 6, l'écran 61 peut com- prendre un ensemble de cristaux 64 espacés régulièrement les uns des autres, cet ensemble formant des rangées transversales 66 et longitudinales 67 de cristaux disposés d'un bord à l'autre de l'écran, dans les deux sens. On peut connecter une extrémité de chaque cristal, d'une rangée transversale 66, avec une bande conductrice 68, dont une extrémité 68' constitue sur le bord de l'écran une prise de connexion; on auras un conducteur séparé pour chacune des rangées transversales 66 et chaque conducteur sera' connecté seu- lement aux cristaux de la rangée correspondante.
De même, dans le sens lon- gitudinal, les extrémités des cristaux sont connectées électriquement aux conducteurs 69, chaque conducteur 69 étant connecté seulement aux cristaux de la rangée correspondante. Les extrémités des conducteurs 69 sont réunies à des bandes correspondantes sur le bord de l'écran 61 pour former les pri- ses 69'. Les cristaux 64 et les conducteurs 68 & 69 peuvent être enrobés dans une substance convenable 70 non conductrice, constituée de préférence de ma- tière plastique. Des panneaux 71, constitués d'une substance non conductrice, peuvent être fixés sur les faces opposées de la structure de l'écran.
Comme le montre plus spécialement la figure 5, on peut connecter respectivement les prises 68' et 69' avec les conducteurs 39 & 40, au moyen d'interrupteurs in- dividuels 72. Les interrupteurs de contrôle 72 permettent de connecter le'$' cristaux 64, dans le système 41, par rangées transversales, tandis que les interrupteurs de contrôle 73 permettent de connecter les cristaux 64, dans le système 41, par rangées longitudinales.
En fermant un interrupteur 72 et un interrupteur 73,, seul le cris- tal situé à l'intersection des deux rangées transversale et longitudinale correspondantes est connecté.
En choisissant les interrupteurs 72 & 73 , on peut connecter 1' un quelconque des cristaux 64' dans le circuit 41 pour permettre au dispe- sitif de fonctionner, suivant la quantité de quanta de rayons irradiant la portion de surface contenant le cristal 64 ainsi choisi.
On verra qu'il est également possible de choisir, à volonté, un ensemble de cristaux compris dans un espace choisi de la surface irradiée et de le connecter au système 41 par simple fermeture des interrupteurs cer- respondants 72 & 73.
D'après ce qui précède, on voit que la présente invention permet la réalisation d'un dispositif simple et d'un prix avantageux qui détermine les durées d'intervalles d'expositions aux rayons X suivant le ncmbre de quanta X ayant irradié un objet'. De cette manière, la présente invention é- vite toute possibilité d'erreur provenant des défauts des appareils utilisés jusqu'ici relativement à la détermination des intervalles de temps d'exposi-
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tion, ces défauts provenant soit du mauvais fonctionnement des appareils de mesure du temps, soit de l'instabilité des sources d'alimentation du généra- teur de rayons X pendant l'intervalle de temps d'exposition.
L'appareil pré- conisé par la présente invention est particulièrement propre à mesurer les intervalles de temps d'expositions aux rayons X, cependant, les matières pho- tosensibles aux rayons X sont également sensibles à d'autres rayons y'compris à la lumière visible. On peut, en conséquence, appliquer les principes de la présente invention à la mesure des durées d'intervalles d'exposition à d'au- tres rayons que les rayons X, à condition seulement que les matières semi- conductrices utilisées soient sensibles aux rayons utilisés.