EP1373929A1 - Detecteur de rayons x comprenant une pluralite de cameras se partageant un champ de vision - Google Patents

Detecteur de rayons x comprenant une pluralite de cameras se partageant un champ de vision

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Publication number
EP1373929A1
EP1373929A1 EP02757740A EP02757740A EP1373929A1 EP 1373929 A1 EP1373929 A1 EP 1373929A1 EP 02757740 A EP02757740 A EP 02757740A EP 02757740 A EP02757740 A EP 02757740A EP 1373929 A1 EP1373929 A1 EP 1373929A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
cameras
ray detector
rigid plate
plate
envelope
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02757740A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Francis Sauvage
Regis Guillemaud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/20—Detecting prohibited goods, e.g. weapons, explosives, hazardous substances, contraband or smuggled objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors

Definitions

  • This invention relates to an X-ray detector, specifically responsible for collecting an X-ray image after converting it into light rays.
  • Such detectors include a scintillator consisting of a membrane intercepting X-rays and containing a material producing 0 photons when it was struck by these rays, and a camera system, comprising a detection part preceded by an appropriate optic, placed behind the scintillator.
  • the camera and the scintillator are attached to a frame which unites them and which further comprises an envelope forming a dark room between the scintillator and the camera system.
  • the system is made up of a plurality of cameras which share the field of vision and whose measurements are compiled by an electronic system in order to reproduce an overall image larger than that which a single camera could take.
  • a detector thus comprises a mount in the form of a square box which encloses the darkroom.
  • the scintillator is on the top face of the box, and the cameras are attached to the four side faces. This assembly is very sensitive to deformations of the frame.
  • the invention represents a substantial improvement in X-ray detectors in this aspect. It relates to a detector comprising a plurality of cameras sharing a field of vision and comprising an optic preceding a detection part as well as a scintillator preceding the cameras and a mount comprising in particular a darkroom envelope, as is has already mentioned; it is original in that the mount comprises a rigid plate pierced in front of the cameras, the cameras are fixed directly to the underside of the rigid plate, and the darkroom envelope is fixed directly to the upper face of the rigid plate and includes an upper opening around which the scintillator is attached.
  • the essential elements of the detector are thus arranged in a single structural part of the frame which is not subject to deformation due to its rigidity. If deformations are produced on the plate, they are essentially linear, causing almost no bending, and are less damaging to the quality of the image: there is indeed found that it was the angular movements of the cameras that were the most harmful.
  • the cameras are fixed to the underside of the rigid plate around respective openings thereof, which are drilled in front of the optics.
  • the attachment points are then concentric with the axes of the cameras, which increases their stability. They are also close to the center of the plate and therefore undergo only a small proportion of elongations of the plate following heating.
  • FIGS. 1, 2 and 3 represent three different views (from the side, from above and from the front), generally in section, of the apparatus.
  • An essential element of the detector is a central and rigid plate 1 to which most of the other elements are fixed. It is made of a metal alloy with good mechanical resistance and can therefore be constructed of Fortal HR, an aluminum alloy having a resistance comparable to that of steel, at the same time as it weighs less and has a reduced coefficient of expansion. Deformations of thermal or mechanical origin, in particular produced by the very weight of the detector, are therefore reduced.
  • the detector is designed to be placed in orientations and in fixtures different without the risk of disturbing the image quality. Detector mounting fragments, belonging to a stand, bear the reference 2; the assembly can be insured by screws 3 engaged through holes 4 at the edges of the plate 1.
  • the plate 1 is lined with a lead coating 5 on its upper face in order to stop the parasitic X-radiation.
  • a lead coating 5 on its upper face in order to stop the parasitic X-radiation.
  • a scintillator 7 is mounted on this opening having its periphery screwed on the upper edge of the envelope 6.
  • the volume surrounded by the envelope 6 and covered by the scintillator 7 forms a dark room 8.
  • the envelope 6 is attached to the plate 1 by screws 9 and pins (symbolized by their axis) engaged below it.
  • the cameras are four in number and each bear the general reference 10. They include an optic 11 at the front, then a detection portion 12 making it possible to convert a light image into a digital image.
  • An electronic unit 13 common to all the cameras 10 is disposed in the center and at the bottom of the detector; cables 14 connect it to the detection parts 12.
  • the detection parts 12 are mounted in opposition in pairs, that is to say that they have viewing axes aligned and directed towards each other; in addition, the pairs of aligned axes are parallel to the longitudinal direction of the plate 1. However, the viewing axes are all parallel and vertical at the exit of the cameras 10. This is produced by providing the optics 11 with a mirror of bevel gear 15.
  • a central volume located under the mirrors 15 houses not only the electronic box 13, but a cooling assembly 16 essentially comprising a pump 17, a heat exchanger 18 and a fan 19.
  • the cooling of the cameras 10 can be supplemented by heat sinks 20 located behind them. All these elements are wrapped by a lower cover 21 without particular rigidity and whose edges are screwed to the plate 1. Detection is made possible by providing the plate 1 with openings 22 in front of the respective optics 11 of the cameras 10. These openings 22 do not necessarily affect the rigidity of the plate 1, but a suitable stiffening structure, such as a rib 23 of rectangular section, can be arranged through the plate 1 in the dark room 8 if necessary.
  • the cohesion of the cameras 10 is maintained by an envelope which comprises in particular a mounting plate 24, placed at the front of the optic 11.
  • the mounting plates 24 are attached to the underside 25 of the plate 1 and united to it by screws 26 (symbolized by their axes), four in number per camera 10 and which are concentric with the aiming axis of the optic 11.
  • This assembly makes it possible to place the cameras 10 at a well-determined position in the detector : the elements of the optics 11 are in particular at a practically invariable distance from the scintillator 7.
  • anti-reflection rings 27 mounted in the openings 22 and which include an internal thread for absorbing the radiation coming to touch these rings.
  • the rigidity of the plate 1 reduces its deformations despite its fairly large surface area, and the reduced coefficient of expansion of its material also makes it not very sensitive to overheating; the position of the cameras is ensured and maintained by the precise mounting offered by the surface contacts of the mounting plates 24 against the rigid plate 1; the cameras 10 are not supported in any other place, either by the plate 1 or by any other element of the frame, so that the greater deformations which could be exerted on the periphery of the plate 1, in particular following flexing or heating, do not affect the orientation of the cameras 10; finally, the mounting of the envelope 6 on the plate 1 is not likely to transmit deformations to it which would have the harmful effect of warping the scintillator 7 and thus modifying its distance from the focal points of the cameras 10, and all the more less if the material of the envelope 6 is the same as that of the plate 1 and therefore has the same coefficient of expansion.

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Abstract

Les caméras (10) de ce détecteur de rayons X sont toutes montées sous une plaque (1) rigide et commune par un appui de surfaces et un vissage qui assure leur distance optique ô un scintillateur (7) lui-même monté sur la plaque (1) par une enveloppe (6) formant une chambre noire (8). Le montage commun des éléments principaux du détecteur sur une unique plaque rigide réduit très sensiblement les dégradations d'images produites par des déformations d'origine thermique ou mécanique du détecteur.

Description

DETECTEUR DE RAYONS X COMPRENANT UNE PLURALITE DE CAMERAS SE PARTAGEANT UN
CHAMP DE VISION
Cette invention a trait à un détecteur de rayons X, chargé précisément de recueillir une image 5 prise aux rayons X après l'avoir convertie en rayons lumineu .
De tels détecteurs comprennent un scintillateur consistant en une membrane interceptant les rayons X et contenant une matière produisant des 0 photons quand elle a été frappée par ces rayons, et un système à caméra, comprenant une partie de détection précédée d'une optique appropriée, placé derrière le scintillateur. La caméra et le scintillateur sont fixés à une monture qui les unit et qui comprend en outre une 5 enveloppe formant une chambre noire entre le scintillateur et le système à caméra. Dans de nombreux détecteurs, le système se compose d'une pluralité de caméras qui se partagent le champ de vision et dont les mesures sont compilées par un système électronique pour 0 restituer une image globale plus grande que celle que pourrait prendre une seule caméra.
Les concepteurs doivent affronter le problème de maintenir une distance focale constante entre le scintillateur et les caméras, sous peine de ne 5 produire qu'une image floue. Les causes de déformations sont encore plus aiguës avec des détecteurs de grandes dimensions comprenant une pluralité de caméras. Il faut se prémunir non seulement contre les imprécisions de montage, mais aussi contre les déformations d'origine 0 mécanique ou thermique de la monture, provenant du poids des éléments et des échauffements souvent importants qu'ils doivent subir. En pratique, les détecteurs connus n.'offrent pas des garanties de fiabilité suffisantes. Un détecteur comprend ainsi une monture en forme de boîte carrée qui renferme la chambre noire. Le scintillateur est à la face de sommet de la boîte, et les caméras sont fixées aux quatre faces latérales. Ce montage est très sensible aux déformations de la monture.
L'invention représente un perfectionnement sensible des détecteurs de rayons X sous cet aspect. Elle est relative à un détecteur comprenant une pluralité de caméras se partageant un champ de vision et comprenant une optique précédant une partie de détection ainsi qu'un scintillateur précédant les caméras et une monture comprenant en particulier une enveloppe de chambre noire, comme on l'a déjà mentionné ; elle est originale en ce que la monture comprend une plaque rigide percée devant les caméras, les caméras sont fixées directement à la face inférieure de la plaque rigide, et l'enveloppe de chambre noire est fixée directement à la face supérieure de la plaque rigide et comprend une ouverture supérieure autour de laquelle est fixé le scintillateur. Les éléments essentiels du détecteur s ' ordonnent ainsi à une unique pièce de structure de la monture qui est peu sujette à la déformation en raison de sa rigidité. Si des déformations sont produites sur la plaque, elles sont essentiellement linéaires, ne provoquant presque pas de flexion, et sont moins dommageables à la qualité de l'image : on a en effet constaté que c'étaient les mouvements angulaires des caméras qui étaient les plus nuisibles.
Dans une construction avantageuse, les caméras sont fixées • à la face inférieure de la plaque rigide autour d'ouvertures respectives de celle-ci, qui sont percées devant les optiques. Les points de fixation sont alors concentriques aux axes des caméras, ce qui accroît la stabilité de ceux-ci. Ils sont aussi proches du centre de la plaque et ne subissent donc qu'une faible part d'allongements de la plaque consécutifs à des échauffements .
La rigidité de la plaque peut être accrue en la raidissant par une structure idoine dans l'enveloppe de chambre noire. D'autres aspects, caractéristiques et avantages de l'invention seront maintenant décrits au moyen des figures 1, 2 et 3 qui représentent trois vues différentes (de côté, de dessus et de face) , généralement en coupe, de l'appareil. Un élément essentiel du détecteur est une plaque 1 centrale et rigide à laquelle la plupart des autres éléments sont fixés. Elle est en alliage métallique possédant une bonne résistance mécanique et peut ainsi être construite en Fortal HR, alliage d'aluminium ayant une résistance comparable à celle de l'acier en même temps qu'un poids inférieur et un coefficient de dilatation réduit. Les déformations d'origine thermique ou mécanique, notamment produites par le poids même du détecteur, sont donc réduites. Il faut souligner que le détecteur est conçu pour être placé à des orientations et dans des montages différents sans que la qualité de l'image risque d'être perturbée. Des fragments de montage du détecteur, appartenant à un statif, portent la référence 2 ; le montage peut être 'assuré par des vis 3 engagées à travers des perçages 4 aux bords de la plaque 1.
La plaque 1 est garnie d'un revêtement de plomb 5 à sa face supérieure afin d'arrêter le rayonnement X parasite. S'élève sur sa face supérieure une enveloppe 6 à section carré munie d'une ouverture supérieure. Un scintillateur 7 est monté sur cette ouverture en ayant son pourtour vissé sur le bord supérieur de l'enveloppe 6. Le volume entouré par l'enveloppe 6 et couvert par le scintillateur 7 forme une chambre noire 8. L'enveloppe 6 est attachée à la plaque 1 par des vis 9 et des goupilles (symbolisées par leur axe) engagées par-dessous celle-ci.
Les caméras sont au nombre de quatre et portent chacune la référence générale 10. Elles comprennent une optique 11 à l'avant, puis une portion de détection 12 permettant de convertir une image lumineuse en image numérique. Un boîtier électronique 13 commun à toutes les caméras 10 est disposé au centre et au fond du détecteur ; des câbles 14 le relient aux parties de détection 12. Les parties de détection 12 sont montées en opposition par paires, c'est-à-dire qu'elles ont des axes de visée alignés et dirigés l'un vers l'autre ; de plus, les paires d'axes alignés sont parallèles à la direction longitudinale de la plaque 1. Or les axes de visée sont tous parallèles et verticaux à la sortie des caméras 10. Cela est produit en dotant les optiques 11 d'un miroir de renvoi d'angle 15. Un volume central situé sous les miroirs 15 abrite non seulement le boîtier .électronique 13, mais un ensemble de refroidissement 16 comprenant essentiellement une pompe 17, un echangeur de chaleur 18 et un ventilateur 19. Le refroidissement des caméras 10 peut être complété par des dissipateurs thermiques 20 situés derrière elles. Tous ces éléments sont enveloppés par un capot inférieur 21 sans rigidité particulière et dont les bords sont vissés à la plaque 1. La détection est rendue possible en munissant la plaque 1 d'ouvertures 22 devant les optiques 11 respectives des caméras 10. Ces ouvertures 22 ne nuisent pas nécessairement à la rigidité de la plaque 1, mais une structure de raidissage idoine, telle qu'une nervure 23 à section rectangulaire, peut être disposée à travers la plaque 1 dans la chambre noire 8 si cela est nécessaire. La cohésion des caméras 10 est maintenue par une enveloppe qui comprend notamment une plaque de montage 24, placée à l'avant de l'optique 11. Les plaques de montage 24 sont accolées à la face inférieure 25 de la plaque 1 et unies à elle par des vis 26 (symbolisées par leurs axes) , au nombre de quatre par caméra 10 et qui sont concentriques à l'axe de visée de l'optique 11. Ce montage permet de placer les caméras 10 à une position bien déterminée dans le détecteur : les éléments de l'optique 11 sont en particulier à une distance pratiquement invariable du scintillateur 7. On a encore représenté des bagues anti-reflet 27 montées dans les ouvertures 22 et qui comprennent un filetage intérieur d'absorption des rayonnements venant à toucher ces bagues . La rigidité de la plaque 1 réduit ses déformations malgré sa superficie assez grande, et le coefficient de dilatation réduit de sa matière la rend aussi peu sensible aux échauffements ; la position des caméras est assurée et maintenue par le montage précis offert par les contacts de surface des plaques de montage 24 contre la plaque 1 rigide ; les caméras 10 ne sont soutenues à aucun autre endroit, ni par la plaque 1 ni par aucun autre élément de la monture, si bien que les déformations plus importantes qui pourraient s'exercer à la périphérie de la plaque 1, à la suite notamment de flexions ou d' échauffements , n'influent pas sur l'orientation des caméras 10 ; enfin, le montage de l'enveloppe 6 sur la plaque 1 n'est pas susceptible de lui transmettre des déformations qui auraient l'effet nuisible de gondoler le scintillateur 7 et de modifier ainsi sa distance aux foyers des caméras 10, et d'autant moins si le matériau de l'enveloppe 6 est le même que celui de la plaque 1 et a donc un même coefficient de dilatation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Détecteur de rayons X comprenant une pluralité de caméras (10) se partageant un champ de vision et comprenant une optique (11) précédant une partie de détection (12), un scintillateur (7) précédant les caméras (10) et une monture comprenant en particulier une enveloppe (6) de chambre noire (8) , caractérisé en ce que la monture comprend une plaque (1) rigide percée (22) devant les caméras (10), les caméras sont fixées directement à la face inférieure de la plaque rigide, et l'enveloppe de chambre noire est fixée directement à la face supérieure de la plaque rigide et comprend une ouverture supérieure autour de laquelle est fixé le scintillateur.
2. Détecteur de rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que les caméras (10) sont fixées à la face inférieure de la plaque (1) rigide autour d'ouvertures (22) respectives de la plaque rigide percées devant les optiques.
3. Détecteur de rayons X selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 , caractérisé en ce qu'il comprend une structure de raidissage (23) de la plaque rigide dans l'enveloppe de chambre noire.
4. Détecteur de rayons X 'selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les optiques comprennent un miroir de renvoi d'angle (15) et les parties de détection des caméras
(12) sont dirigées dans des directions convergentes par paires .
5. Détecteur de rayons X selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un module de refroidissement (17, 18, 19) sous les miroirs de renvoi d'angle.
6. Détecteur de rayons X selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la plaque rigide est en alliage d'aluminium.
7. Détecteur de rayons X selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la plaque rigide (1) et l'enveloppe (6) sont construites en un même matériau.
EP02757740A 2001-03-30 2002-03-27 Detecteur de rayons x comprenant une pluralite de cameras se partageant un champ de vision Withdrawn EP1373929A1 (fr)

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