FR2462719A1 - Detecteur de rayonnement a haute resolution - Google Patents
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Abstract
A.DETECTEUR DE RAYONNEMENT POUR APPAREIL DE FORMATION D'IMAGES A HAUTE RESOLUTION, RECEVANT LE RAYONNEMENT PRIMAIRE XP D'UNE SOURCE A HAUTE ENERGIE R. B.DETECTEUR CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND DES MOYENS DE TRANSFORMATION DE RAYONNEMENT 3 DESTINES A RECEVOIR LE RAYONNEMENT PRIMAIRE XP ET A REAGIR AVEC CELUI-CI SUR UNE DISTANCE D POUR PRODUIRE UN RAYONNEMENT SECONDAIRE OP; DES MOYENS DE DETECTION 5 DE CE RAYONNEMENT SECONDAIRE OP PRODUISANT DES SIGNAUX ELECTRIQUES CORRESPONDANTS; ET DES MOYENS DE RESOLUTION 10 DESTINES A REDUIRE L'ETALEMENT LATERAL DU RAYONNEMENT SECONDAIRE. C.L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA RADIOGRAPHIE EN RAYONS X PAR DES MOYENS ELECTRONIQUES.
Description
1.- L'invention concerne un détecteur de rayonnement à haute résolution et
plus particulièrement un appareil comprenant des moyens permettant de mesurer avec une grande résolution un rayonnement incident, et de réaliser avec une grande efficacité le blocage et la détection de ce rayon-
nement incident.
Les systèmes utilisant-des rayonnements à grande énergie tels que les rayonnements X ou gamma, pour examiner la structure interne d'un objet solide sont bien connus
de l'art antérieur. Ces systèmes permettent typiquement d'irra-
dier l'objet à examiner au-moyen d'un faisceau à grande énergie, et utilisent un appareil de détection pour mesurer l'intensité
du rayonnement transmis à travers l'objet.
Il est par exemple bien connu de l'art antérieur, en particulier pour les applications médicales, d'utiliser un film pour enregistrer une image prise en rayonx X à travers un corps humain. Ce film comporte typiquement. un écran supérieur en matériau fluorescent produisant une image lumineuse visible lorsqu'il est éclairé en rayons X. Le rayonnement lumineux émis par l'écran supérieur est transmis à un film photosensible réagissant à la lumière visible pour fournir une
radiographie du corps irradié, la résolution de cette radiogra-
phie étant de l'ordre de cinq paires de traits par millimètre.
L'épaisseur de l'écran fluorescent supérieur détermine à la fois la résolution de la radiographie et l'opacité du film aux rayons X. L'opacité, ou faculté de bloquer les rayons, du film augmente avec l'épaisseur de l'écran fluorescent car un écran plus Éais peut mieux réagir avec les rayons X
incidents pour produire de la lumière visible correspondante.
Cependant lorsque l'épaisseur de l'écran augmente la résolution du film diminue car un écran trop épais a tendance à augmenter
la diffraction de la lumière visible envoyée sur le film photo-
sensible. Bien que le film à rayons X produise une radiographie à résolution relativement élevée, ce film nécessite cependant un temps de développement relativement long et, de plus, un niveau d'exposition aux rayons X relativement important pour donner une radiographie satisfaisante. D'autre part l'image formée sur le film ne se prête pas facilement à une mise en
mémoire 'u à une analyse par calculateur.
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Par suite, on a développé des systèmes permettant un enregistrement plus rapide de l'intensité des rayons X ou autres types de rayons à grande énergie, transmis à travers un objet constituant une cible. Ces systèmes utilisent typiquement un cristal à scintillation pour transformer les
rayons X incidents en rayonnements lumineux visibles correspon-
dants. On utilise alors un détecteur photoélectrique pour produire un signal électrique correspondnit à l'intensité de la lumière visible. Ce signal issu du détecteur photoélectrique peut se transformer facilement en une représentation numérique stockée en mémoire ou affichée électroniquement, au moyen d'un tube à rayons cathodiques par exemple. Bien évidemment les données numériques obtenues à partir des signaux du détecteur peuvent
s'utiliser directement dans un calculateur.
Comme on vient de le voir les systèmes, selon l'art antérieur, de formation d'images obtenues par énergie rayonnante, utilisent un cristal à scintillation associé à des détecteurs optiques à l'état solide, tels que des réseaux de photodiodes au silicium par exemple, pour produire des signaux
électriques correspondant à l'intensité des rayons X incidents.
Un tel appareil de détection électronique s'utilise avec des
pinceaux ou des nappes de balayage d'énergie rayonnantes permet-
tant d'obtenir rapidement une radiographie de la cible balayée avec des niveaux de rayonnement relativement faibles. Par exemple le système "Micro-Dose È" décrit dans le brevet U.S.A. no 3.780.291 utilise un pinceau de rayonnement de balayage
associé à un cristal à scintillation et à un détecteur photo-
électrique, pour produire à la fois des données numériques d'intensité de rayonnement et une image correspondante de
l'objet cibleirradié.
On a proposé pour les systèmes de balayage de "Tomographie axiale par calculateur", d'utiliser un balayage en nappe de rayonnement pour irradier une ligne transversale d'un corps cible et pour illuminer les détecteurs de rayonnement correspondants au moyen de la nappe de rayonnement émergeant du corps irradié. Dans un tel système la nappe de balayage tourne autour du corps pour balayer une tranche de section transversale particulière de ce corps, et les détecteurs de rayonnement sont balayés électroniquement pour produire une image de la tranche
irradiée.
Les dispositifs électroniques de détec-
tion de rayonnement selon l'art antérieur ont permis d'obtenir électroniquement des images radiographiques beaucoup plus rapides que les images obtenues par films, et pour des doses de rayonnement très inférieures à celles nécessaires pour pro- duire des images sur un film à rayons X. Cependant les images radiographiques ainsi obtenues au moyen des détecteurs électroniques selon l'art antérieur ne présentent pas des caractéristiques de résolution aussi élevées que celles des images radiographiques formées sur film. Par suite les systèmes électroniques de formation d'images n'ont pas été utilisés jusqu'à maintenant de façon satisfaisante
pour produire des images radiographiques à haute résolution.
Plus particulièrement l'épaisseur du cris-
tal à scintillation utilisé dans les détecteurs de rayonnement électronique selon l'art antérieur, est la cause d'une perte de résolution très importante du fait de l'étalement et de la diffraction de la lumière visible normalement produite dans le cristal. Dans ces dispositifs selon l'art antérieur le détecteur photoélectrique est placé derrière un cristal à scintillation associé, et le rayonnement X qui pénètre sert à illuminer la
face avant du cristal. Ainsi l'épaisseur du cristal à scintil-
lation détermine l'opacité d'arrêt du cristal et affecte également la résolution de la lumière visible mesurée par le détecteur photoélectrique. Par suite, dans les dispositifs de détection sel-on l'art antérieur, l'épaisseur du cristal à scintillation, tout en présentant une opacité d'arrêt convenable du rayonnement, réduit cependant considérablement la résolution
du détecteur.
L'invention a donc pour but de pallier les inconvénients ci-dessus en créant un dispositif permettant d'accroître à la fois très efficacement l'opacité d'arrêt d'un
détecteur électronique de rayonnement, et la résolution corres-
pondante de ce détecteur.
Ltinvention a également pour but de créer un détecteur à haute résolution fonctionnant à des niveaux de rayonnement moins élevés que ceux nécessaires pour exposer un * film à rayons X. L'invention a encore pour but de créer un appareil perfectionné de formation d'images en énergie rayonnante utilisant le détecteur à haute résolution selon l'invention, pour produire des images radiographiques présentant
une résolution d'au moins cinq paires de traits par millimètre.
A cet effet l'invention concerne un détecteur de rayonnement à haute résolution destiné à recevoir le rayonnement primaire d'une source de rayonnement et à produire au moins un signal correspondant à l'intensité du rayonnement primaire incident, détecteur caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de transformation de rayonnement destinés à recevoir le rayonnement primaire et à s'étendre sur une distance particulière de manière à réagir avec le rayonnement primaire pour produire un rayonnement secondaire correspondant; des moyens de détection destinés à recevoir le rayonnement secondaire et-;à produire au moins un signal correspondant à l'intensité de ce rayonnement secondaire; et des moyens de résolution destinés à réduire l'étalement latéral du rayonnement secondaire lorsqu'il passe des moyens de transformation de rayonnement aux moyens de détection. Le détecteur à haute résolution selon l'invention comprend ainsi un cristal à sintillation disposé dans la direction de propagation des rayons X incidents de manière à réagir avec ces rayons X pour produire un rayonnement lumineux correspondant. La lumière visible passe à travers une partie latérale du cristal et sort par une face d'émission
latérale supérieure et inférieure du cristal. -
Des réseaux de détecteurs à plusieurs éléments détecteurs à l'état solide sont placés le long des faces d'émission latérales des cristaux, de manière à recevoir la lumière visible émise et à produire des signaux électriques correspondants. Une graisse de couplage optique est prévue entre les détecteurs à l'état solide et les faces d'émission latérales des cristaux. Les réseaux successifs de détecteurs à l'état solide sont alternés dans des positions comprises entre les faces d'émission latérales, et se recouvrent les-uns les autres de manière à former une surface continue de réception de rayonnement le long du cristal. Les éléments détecteurs du réseau partent de l'avant du cristal de scintillation, dans le sens de propagation
des rayons X incidents.
-La longueur des éléments détecteurs détermine l'opacité d'arrêt des rayons X du détecteur à haute
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résolution. La hauteur de la face avant du cristal et ltangle critique défini par le rapport des indices de réfraction du cristal et de la graisse de couplage, déterminent la longueur maximum du passage d'émission latérale de lumière visible et définissent ainsi la résolution du détecteur. Une variante de réalisation de l'invention comporte des fibres optiques fluorescentes utilisées pour
produire de la lumière visible en réponse aux rayons X appliqués.
Une autre forme encore de réalisation de ltinvention utilise des
fibres optiques destinées à relier optiquement les faces d'émis-
sion latérales du cristal aux réseaux de détecteurs correspon-
dants. Le détecteur à haute résolution selon l'invention peut s'utiliser dans des systèmes de formation d'images à pinceaux ou à nappes d'énergie rayonnante destinés à produire des images électroniques de radiographie à haute résolution. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lemture de la
description détaillée qui suit et qui se réJère aux dessins ci-
joints dans lesquels: -
- la figure 1 est une vue en perspective d'un cristal à scintillation et d'un réseau de photodiodes associé selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'un cristal à scintillation associé à plusieurs réseaux de photodiodes selon ltinvention, - la figure 3-est une vue en perspective d'une variante de réalisation de l'invention utilisant des fibres optiques pour relier les faces d'émission du cristal à scintillation aux réseaux de photodiodes associés, - la figure 4 est une vue en perspective d'une variante de réalisation de l'invention utilisant des fibres optiques fluorescentes, - la figure 5 est une vue en perspective d'un système de formation d'images à pinceau de rayonnement, selon l'invention, et - la figure 6 est une vue en perspective d'un système de formation d'images à nappe de rayonnement,
4o selon l'invention.
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Dans la description qui suit de formes
préférées de réalisation de l'invention représentées sur les dessins cijoints, les mêmes références désignent les mêmes éléments. La figure. représente une vue en perspective d'une partie d'un détecteur de rayonnement à haute résolution selon l'invention. En cours de fonctionnement le rayonnement incident constitué par exemple par des rayons X
est envoyé sur la face avant 1 du cristal à scintillation 3.
Les spécialistes de la question remarqueront que lorsque les rayons X traversent le cristal à scintillation, le matériau de ce cristal réagit avec les photons X de manière à produire des photons optiques correspondants en lumière visible. Un tel cristal à scintillation peut être constitué par exemple par de
l'iodure de césium.
La lumière visible émise par le cristal
à scintillation 3 est alors détectée par un détecteur photo-
électrique qui fournit un signal électrique correspondant à l'intensité de la lumière visible. Le détecteur représenté sur la figure 1 comprend un réseau de photodiodes 5 constitué d'un grand nombre de diodes de détection de lumière à l'état solide 7 montées sur une pastille. Un tel réseau de photodiodes est vendu
dans le commerce par Reticon par exemple.
Sur la figure 1 on peut constater que le réseau de photodiodes 5 comprend un grand nombre de petites photodiodes élémentaires 7 destinées chacune à produire, de façon
bien connue de l'art antérieur, un signal électrique correspon-
dant à l'intensité de la lumière observée le long de la surface de l'élément de photodiode venant buter contre la surface
latérale supérieure 9 du cristal à scintillation 3.
Ainsi, quand un photon X, appelé XP, tra-
verse une tranche 11 du cristal à scintillation 3 et réagit avec le matériau de ce cristal à scintillation pour produire un photon optique correspondant OP, une partie au moins des photons optiques traversent le matériau du cristal à scintillation 3 pour atteindre la surface latérale supérieure 9, et sont détectés par un élément de photodiode correspondant 7a. Bien évidemment l'élément de photodiode 7a produit un signal électrique correspondant aux
photons optiques OP reçus.
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Les autres éléments de photodiodes 7 du réseau de photodiodes 5 réagissent de la même manière avec les photons optiques émis par les photons X traversant les tranches
associées du cristal à scintillation 3.
3 Il -est évident que le détecteur de rayon-
nement de la figure 1 présente à la fois une résolution élevée et une grande opacité d'arrgt des rayons X. Cette grandé'-opacité d'arrêt des rayons X est due à la relativement grande profondeur de pénétration D des rayons X, correspondant à la longueur des éléments de photodiode 7. Ces éléments de photodiode 7 sont alignés dans la direction de propagation des rayons X incidents R, et chaque élément de photodiode est sensible, suivant sa longueur D, aux photons lumineux produits par le passage des photons X. Ainsi la longueur des éléments de photodiodes 7 détermine la zone de profondeurs de pénétration des rayons X conduisant à un signal optique mesurable. Il est évidemment très important d'avoir une profondeur de pénétration des rayons X suffisante pour s'assurer qu'un nombre important de photons X
incidents réagissent de façon mesurable avec le cristal à scintil-
lation 3.
Le détecteur de rayons X présente une résolution élevée car la distance h que les photons optiques produits OP doivent traverser est relativement petite. Il est évident, en effet, qu'en général l'épaisseur T du cristal à scintillation 3 détermine la distance que doit parcourir un photon lumineux quelconque pour atteindre un élément de photodiode associé 7. Par suite si l'épaisseur du cristal à scintillation est petite, de l'ordre de 0,3 millimètre par
exemple, on obtient une réduction correspondante de la diffrac-
tion ou de l'atténuation des photons optiques OP produits par interaction entre les photons X et le matériau du cristal à
scintillation 3.
Il est évident pour les spécialistes de la question que le rayonnement d'un point d'émission de lumière 3_ situé à l'intérieur du cristal à scintillation, peut être émis par une face latérale d'émission du cristal dans une zone définie par la distance entre ce point et la face d'émission, multipliée par la tangente de l'angle critique à l'interface entre le cristal et-les réseaux de photodiodes. Bien entendu to lorsque la taille de la surface d'émission de la source ponctuelle
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de rayonnement augmente, la résolution du détecteur selon l'in-
vention diminue corrélativement. Par suite la résolution du
détecteur peut augmenter si l'indice de réfraction de l'inter-
face entre le cristal et les détecteurs photoélectriques diminue. Une graisse de couplage 10 telle que par exemple la graisse de couplage Dow Corning, présentant un indice de réfraction inférieur à celui du cristal peut être prévue à l'interface entre le cristal et les réseaux de photodiodes puur réduire l'indice de réfraction à cet interface. En cours de fonctionnement la graisse 10 peut être appliquée aux faces
latérales d'émission du cristal, et les réseaux de photodiodes -
peuvent alors être poussés en contact avec la surface graissée du cristal. L'effet de capillarité et la viscosité élevée de
la graisse empêchent celle-ci de couler au cours du temps.
Ainsi, la lumière tombant sur la surface d'émission latérale du cristal sous un angle supérieur à l'angle critique défini par le rapport des indices de réfraction entre le cristal et la graisse de couplage, se trouve totalement réfléchie à l'interface. Le rayonnement ainsi réfléchi se propage à l'intérieur du cristal par réfections multiples, jusqu'à être
éventuellement absorbé.
On remarquera que la disposition du réseau de photodiodes 5 et du cristal à scintillation selon l'invention, permet d'augmenter la profondeur. de pénétration des rayons X de manière à augmenter l'opacité d'arrêt du détecteur sans affecter
la résolution de celui-ci. Les spécialistes de la question remar-
queront également que les détecteurs de rayonnement selon l'art antérieur comportent des détecteurs photoélectriques placés
derrière le cristal à scintillation associé.
Dans ces détecteurs selon l'art antérieur l'augmentation de l'épaisseur du cristal de scintillation pour obtenir une plus grande opacité d'arrêt entraîne nécessairement une diminution de la résolution car les photons lumineux ont en général u.e plus grande distance à parcourir pour atteindre le détecteur photoélectrique associé. Ainsi l'opacité d'arrêt et
la résolution des détecteurs selon l'art antérieur sont déter-
minées par une dimension unique du cristal à scintilllation associe.
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Cependant, selon l'invention, le cristal à scintillation et le détecteur photoélectrique associé sont disposés de façon qu'une dimension du cristal détermine la résolution du détecteur et qu'une autre dimension du cristal détermine l'opacité d'arrdt de ce détecteur.
La figure 2 représente une vue en perspec-
tive d'une forme préférée de réalisation de l'invention destinée à mesurer l'intensité des rayons X ou autres rayonnements à grande énergie appliqués sur une surface dépassant nettement la longueur L d'un réseau de photodiodes 5. Selon l'invention les réseaux de photodiodes 5 sont placée sur la surface latérale supérieure 9 et sur la surface latérale inférieure 17 d'un cristal à scintillation 3. Il est alors nécessaire d'utiliser un certain nombre de réseaux de photodiodes car des réseaux de dimensions plus grandes se trouvent difficilement dans le commerce. On remarquera cependant qu'on peut n'utiliser qu'un
seul réseau de photodiode si la longueur L du réseau 5 corres-
pond à la longueur Ll du cristal à scintillation 3.
Les réseaux de photodiodes 5 disponibles
dans le commerce, correspondant à la forme préférée de réalisa-
tion de la figure 2, ont une longueur L d'environ 25 mm et comprennent 1024 éléments de photodiodes sensibles chacuns à la
lumière sur une longueur D d'environ 2 mm. Le cristal à scin-
tillation 3 présente une épaisseur T d'environ 0,3 mm. Comme
indiqué ci-dessus, l'épaisseur T et l'angle critique à l'inter-
face entre le cristal et les photodiodes, déterminent la réso-
lution du détecteur de rayonnement. La longueur D des éléments de photodiodes 7 des réseaux 5, détermine l'opacité d'arrêt, ou profondeur maximum de pénétration des rayons X de l'appareil
de mesure de rayons X selon l'invention.
Les éléments de photodiodes de chaque réseau ne vont pas jusqu'àuzbord de la pastille monolithique associée, du fait des limitations pratiques du processus de fabrication. Par suite il n'est pas possible de placer tous les réseaux de photodiodes 5 en butée sur une ligne située sur une face latérale du cristal à scintillation 3, car les extrémités
des réseaux formeraient alors des intervalles vides inaccepta-
bles dans la ligne d'éléments sensibles à la lumière des réseaux.
Ainsi, pour obtenir une ligne uniforme lko d'éléments de détection de rayonnement, on peut placer des
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réseaux de photodiodes successifs dans des positions alternées entre la surface latérale supérieure 9 et la surface latérale inférieure 17 du cristal à scintillation 3. Il est évident que chaque réseau de photodiodes 5 est placé de manière à recouvrir légèrement le bord associé du réseau de photodiodes précédent, de façon que les éléments de photodiodes placés sur les bords adjacents des réseaux soient convenablement alignés. Les réseaux de photodiodes 5 peuvent être placés dans ces positions alternées de recouvrement suivant la longueur du cristal à scintillation 3, pour fournir une surface de mesure de rayonnement de n'importe
quelle longueur particulière.
Il est évident qu'il n'est pas nécessaire d'aligner bord à bord les éléments de photodiodes avec une
grande précision car un déplacement maximum entre centres d'en-
viron 0,012 mm n'a que très peu d'effet sur la quaMté de la radiographie obtenue au moyen des signaux électriques produits par
les réseaux de photodiodes. Les spécialistes de la question re-
marqueront également qu'une correction de calcul peut être
effectuée pour atténuer les données reçues des zones de recouvre-
ment des réseaux.
En cours de fonctionnement une source de rayonnement à grande énergie 4, telle qu'une nappe collimatée 13 par exemple, est dirigée vers le bord avant 1 du cristal 3. Les photons X traversent la distance D du cristal à scintillation 3 et réagissent avec celui-ci pour donner des photons optiques correspondants qui sont détectés par les éléments 7 des réseaux
de photodiodes 3. Les signaux électriques des éléments de photo-
diodes sont balayés puis emmagasinés ou affichés sur un dispositif d'affichage tel qu'un tube à rayons cathodiques par exemple. Il 0 est évident qu'on peut utiliser un pinceau de balayage de rayons X ou une source quelconque de rayons X collimatée ou non, pour irradier la face avant 1 du cristal 3. En général la dimension D des éléments photodétecteurs 7 est suffisamment petite pour que la perte de résolution résultante soit petite si les rayons X incidents sur la face avant 1 divergent, de
la même façon que lorsqu'on utilise un faisceau en nappe.
La figure 3 représente une vue en pers-
pective d'un appareil selon l'invention dans lequel des guides de lumière ou paquets de fibres optiques 19 sont utilisés 4. pour transmettre les photons optiques entre les surfaces
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d'émission latérales 9 et 17 du cristal à scintillation 3 et les réseaux de photodiodes associés 5. Bien entendu l'utilisation de ces fibres optiques ne modifie pas fondamentalement le
fonctionnement de l'appareil selon l'invention.
Comme décrit ci-dessus sur la forme de réalisation des figures 1 et 2, le rayonnement incident primaire à haute énergie, tel que le rayonnement X par exemple, est transformé en rayonnement lumineux secondaire par un cristal à scintillation, et oe rayonnement lumineux est reçu par un réseau de photodiodes émettant une quantité correspondante d'électrons pour produire un signal électrique. Les spécialistes de la question remarqueront cependant que les réseaux de photodiodes de la figure 1 peuvent être utilisés pour recevoir directement
le rayonnement X primaire et pour émettre sous forme de "rayon-
nement secondaire" les électrons correspondants définissant
des signaux électriques proportionnels.
Ainsi, selon l'invention, les réseaux de photodiodes peuvent s'utiliser en soi pour produire des signaux proportionnels à l'intensité du rayonnement X incident, bien que ce type d'utilisation puisse conduire à une réduction de la durée de vie des réseaux. Bien sûr dans une telle forme de réalisation, les réseaux sont placés de manière à recevoir le rayonnement sur la face-avant, et dimensionnés de manière à
couvrir une distance suffisante D dans la direction de propaga-
tion du rayonnement, pour stopper une partie mesurable des rayons X.
La figure 4 illustre une forme de réali-
sation de l'invention dans laquelle on peut utiliser des fibres optiques fluorescentes 20 à la place du cristal à scintillation, pour produire des photons optiques en réponse au rayonnement à grande énergie R. Ces fibres optiques fluorescentes sont bien
connues de l'art antérieur et comportent des moyens de déclen-
chement de la fluorescence interne en réponse au rayonnement X appliqué. En cours de fonctionnement une source de rayonnement à grande énergie telle que par exemple une nappe collimatée de rayonnement R, vient irradier les extrémités avant des fibres optiques 20. Lorsque les ihotons X passent suivant l'axe des fibres 20, ces photons réagissent avec le ho matériau fluorescent des fibres pour produire des photons
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correspondants de lumière visible. Les photons de lumière visible sont transportés, par les fibres optiques, vers les réseaux de photodiodes 5 reliés optiquement aux extrémités d'émission de ces fibres optiques. Les photons de lumière visible sont détectés par les éléments de photodiodes des réseaux) de la même façon que dans le cas de cristal à scintillation décrit sur la figure 2. Le détecteur de la figure 4 présente une haute
résolution car la lumière produite de façon interne reste confi-
née dans les fibres en passant dans les réseaux de photodiodes.
La figure 5 représente un appareil de formation d'images d'énergie rayonnante à pinceau de balayage
pouvant utiliser le détecteur à haute résolution selon l'inven-
tion. Un tel appareil de formation d'images est vendu dans le commerce avec le système à rayons X Micro-dose " décrit dans
le brevet U.S.A. no 3.780.291.
Sur la figure 5 il apparaît qu'en cours de fonctionnement une cible 21 est placée entre un détecteur de rayonnement 6 selon l'invention et une source à rayons X 23 associée à un disque hâcheur 25. La source de rayons X 23 produit une nappe de rayonnement et le disque h9cheur 25 tourne de manière à interrompre le rayonnement en nappe pour former ainsi un pinceau 26 de rayons X. Le pinceau 26 se déplace dans une direction transversale par rapport à la cible 21, de manière à balayer une section transversale de la cible 21. Lorsque le
faisceau se déplace dans la direction transversale, le rayon-
nement transmis à travers la cible arrive sur le bord avant du cristal à scintillation 3 et l'intensité du rayonnement transmis est mesurée par les éléments de photodiodes des réseaux associés , de la manière décrite ci-dessus pour le détecteur de la figure 2. Les signaux électriques des réseaux des photodiodes sont balayés et les représentations de ces signauxélectriques sont mises en mémoire et affichées de façon bien connue de
l'art antérieur.
On remarquera que le cristal à scintilla-
tion 3 et les réseaux de photodiodes associés 5 du détecteur de rayonnement 6 de la figure 5, sont fixes lorsque le pinceau
effectue son balayage transversal, de sorte que des zones suc-
cessives de la longueur du détecteur 6 reçoivent le rayonnement transmis à travers la cible. 21. Après chaque balayage de ligne transversale du pinceau 26 à travers la cible 21, le détecteur 6
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et le pinceau se déplacent d'un pas d'avancement vers l'avant,
dans une direction perpendiculaire à celle du balayage transver-
sal, et le pinceau effectue le balayage d'une nouvelle ligne de la cible. On balaye ainsi des lignes ou sections transversales successivres de la cible et ces balayages successifs sont combi- nés, de manière bien connue de la technique, pour produire une
image radiographique de la partie balayée de la cible.
La figure 6 illustre un appareil de formation d'images d'énergie rayonnante utilisant une source de rayonnement en nappe 22 pour effectuer le balayage de la cible 21. En cours de fonctionnement une nappe de rayonnement à grande énergie est produite de façon classique et envoyée à travers une tranche de section transversale de la cible 21 de manière à irradier le bord avant du cristal à scintillation 3 du détecteur à haute résolution 6. Il apparait clairement que dans le cas de l'appareil de la figure 6, une ligne ou section transversale complète de la cible 21 est irradiée d'un seul coup et que le rayonnement transmis correspondant illumine toute la longueur
du cristal à scintillation 3 du détecteur à haute résolution 6.
Les signaux électriques correspondants, produits par les réseaux de photodiodes 5 placés suivant la longueur du cristal 3, sont
balayés,mis en mémoire ou affichés suivant les besoins.
La nappe de balayage peut se déplacer rapidement pour balayer la totalité de la longueur de la cible 21 et de balayage s'obtient en déplaçant le support 27 maintenant rigidement en place le détecteur de rayonnement 20 et la source de rayonnement en nappe 6. Bien évidemment, lorsque la nappe de rayonnement balaye toute la longueur de la cible 21, les réseaux de photodiodes du détecteur de rayonnement 6 sont balayés en permanence pour fournir les données d'absorption de rayonnement des lignes ou sections successives de la cible 21. Comme indiqué ci-dessus, une image radiographique produite de cette manière doit donner au moins la même résolution qu'une radiographie formée sur un film à écran. Cependant, comme le cristal à scintillation 3 présente un meilleur rendement de détection des
rayons X qu'un film à écran, les radiographies obtenues électro-
niquement peuvent être réalisées avec des niveaux moins élevés d'exposition aux rayons X.
Bien que dans la forme préférée de réali-
sation de l'invention on utilise comme détecteurs photoélec-
14.- 2462719
électriques des réseaux de photodiodes au silicium, il est évident qu'on peut également utiliser d'autres moyens de photodétection sans sortir du cadre de l'invention, à condition cependant que ces autres moyens de détection présentent une surface de mesure de rayonnement suffisamment petite. De plus,
on pourra remarquer que bien que les dimensions indiquées ci-
dessus correspondent à une forme préférée de réalisation du cristal à scintillation et des réseaux de photodiodes selon l'invention, d'autres dimensions sont également possibles sans sortir du cadre de l'invention. On remarquera également que, selon l'invention, il est possible d'empiler un certain nombre de cristaux à scintillation et de réseaux de photodiodes associés pour former un réseau de détecteurs à haute résolution permettant de mesurer simultanément le rayonnement sur une zone irradiée
de plus grande largeur.
Si l'on associe un tel appareil de forma-
tion d'images avec le détecteur selon l'invention, on peut obtenir une image radiographique à très haute résolution de la cible 21. Plus précisément cet appareil de formation d'images produit des images radiographiques dont la résolution dépasse 5
paires de traits par millimètre. Une telle résolution est équi-
valente à la résolution maintenant atteinte avec les films à
écran, bien que le système de formation d'images selon l'inven-
tion-permette d'obtenir des images électroniques à haute réso-
lution pour des niveaux d'exposeion nettement inférieurs à ceux nécessaires pour produire une image comparable sur un film à écran. De plus ce système électronique de formation d'images à haute résolution présente l'avantage supplémentaire de-fournir des données numériques faciles à mettre en mémoire à analyser ou
à afficher par des moyens électroniques.
De nombreuses variantes de réalisation spécifiques de l'invention sont bien entendu possibles sans
sortir du cadre et du principe de celle-ci.
15..- 2462719
Claims (24)
1.- Détecteur de rayonnement à haute résolution destiné-à recemir le rayonnement primaire (XP) d'une source de rayonnement (R) et à produire au moins un signal correspondant à l'intensité du rayonnement primaire incident,
détecteur caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de trans-
formation de rayonnement (3) destinés à recevoir le rayonnement primaire (XP) et à s'étendre sur une distance particulière (D) de manière à réagir avec le rayonnement primaire pour produire un-rayonnement secondaire correspondant (OP); des moyens de détection (5) destinés à recevoir le rayonnement secondaire (OP) - et-à produire au moins un signal correspondant à l'intensité de ce rayonnement secondaire; et des moyens de résolution (10) destinés à réduire l'étalement latéral du rayonnement secondaire lorsqu'il passe des moyens de transformation de rayonnement
aux moyens de détection.
- 2.- Détecteur de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de résolution comprennent au moins une fibre optique et en ce que les moyens de transformation de rayonnement sont constitués par un matériau
fluorescent noyé dans cette fibre optique au moins unique.
3.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les
moyens de détection comprennent au moins une photodiode venant buter contre l'extrémité d'émission de la fibre optique au moins unique. 4.Détecteur de rayonnement- selon l'une
quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les
moyens de transformation de rayonnement sont constitués par un cristal à scintillation comportant une face avant destinée à recevoir le rayonnement primaire et s'étendant sur une distance particulière prédéterminée, dans le sens de propagation du rayonnement primaire, ce cristal à scintillation comportant au moins une face d'émission latérale destinée à laisser passer le
rayonnement secondaire.
5.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les
moyens de résolution comprennent des moyens de couplage optique disposés entre le cristal à scintillation et les moyens de k() détection, ces moyens de couplage présentant un indice de
16.- 2462719
réfraction inférieur à celui du cristal à scintillation.
6.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les
moyens de couplage optique sont constitués par une graisse de couplage. 7. - Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 1 à 6, destiné à^recevoir le
rayonnement primaire d'une source de rayonnement et à produire au moins un signal électrique correspondant à I'intensité du rayonnement primaire incident, détecteur caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de transformation-munis d'une face avant destinée à recevoir le rayonnement primaire et s'étendant sur une distance particulière prédéterminée, dans le sens de propagation du rayonnement primaire, de manière à réagir avec celui-ci pour produire un rayonnement secondaire correspondant traversant une partie latérale des moyens de transformation, la longueur de cette partie latérale état inférieure à la distance particulière ci-dessus; et des moyens permettant de définir au moins un signal électrique à partir du rayonnement
secondaire.
8.- Détecteur- de rayonnement selon la
revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de transfor-
mation -de rayonnement comprennent au moins une photodiode et
en ce que le rayonnement secondaire est constitué d'électrons.
9.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que
les moyens de transformation sont constitués par un cristal à scintillation et en ce que le rayonnement secondaire est un
rayonnement lumineux.
10.- Détecteur de rayonnement à haute
résolution selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,
destiné à recevoir le rayonnement primaire d'une source de
rayonnement et à produire au moins un signal électrique corres-
pondant à l'intensité du rayonnement primaire incident, détecteur caractérisé e-n ce qu'il comprend des moyens de transformation munis d'une face avant destinée à recevoir le rayonnement primaire et s'étendant sur une distance particulière prédéterminée, dans le sens de propagation du rayonnement primaire, de manière à réagir avec celui-ci pour produire un m rayonnement secondaire correspondant traversant une partie
17.- 2 4 6 2 7 1 9
latérale des moyens de transformation et émergeant par une face latérale au moins de ces moyens de transformation; et des moyens de détection placés de manière à recevoir une partie au moins du rayonnement secondaire émis latéralement par les moyens de transformation, et à produire au moins un signal électrique
correspondant à l'intensité du rayonnement secondaire reçu.
11.- Détecteur de rayonnement selon la
revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de transfor-
mation sont disposés dans le sens de propagation du rayonnement primaire à une distance suffisante pour réagir avec une partie importante du rayonnement primaire, et en ce que le rayonnement secondaire résultant traverse latéralement les moyens de transformation sur une distance suffisamment petite pour réduire au minimum la diffraction et l'atténuation de ce rayonnement secondaire. 12.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que
les moyens de transformation sont constitués par un cristal à scintillation. 13.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il
comporte des moyens de couplage optique entre les moyens de détection et le cristal à scintillation, et en ce que l'indice de réfraction de ces moyens de couplage est inférieur à celui du cristal à scintillation de manière à réduire l'étalement
latéral du rayonnement secondaire passant du cristal à scintil-
lation aux moyens de détection.
14.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 10 à13, caractérisé en ce que les
moyens de couplage optique sont constitués par une graisse de couplage. 15.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce qu'il
utilise des moyens de fibres optiques pour relier optiquement les moyens de détection à la zone associée de l'une au moins
des faces d'émission latérale des moyens de transformation.
16.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que
les moyens de transformation comprennent au moins un cristal à scintillation destiné à recevoir un rayonnement X primaire et à
1 8.- 2 4 6 27 1 9
le transformer en rayonnemet lumineux secondaire.
17.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce que les
moyens de détection comprennent au moins un détecteur à l'état solide muni d'un certain nombre d'éléments destinés à recevoir le rayonnement optique secondaire et à produire un signal
électrique correspondant.
18.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 10 à 17, caractérisé en ce que les
moyens de transformation comprennent deux faces démission latérales destinées à transmettre le rayonnement secondaire, et en ce que les moyens détecteurs comprennent un certain nombre de détecteurs de rayonnement à l'état solide placés chacun de manière à recevoir le rayonnement secondaire provenant d'une 1.5 zone de l'une des deux faces d'émission latérales, et à produire des signaux électriques correspondants, ces détecteurs à l'état solide successifs étant placés dans des positions alternées de manière à se recouvrir les uns les autres entre les deux
faces d'émission latérales.
19.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 10 à 18, caractérisé en ce que
chacun des détecteurs à l'état solide comporte un certain nombre d'éléments de détection destinés à recevoir le rayonnement secondaire provenant d'une partie de la face d'émission latérale
associée, et à produire un signal électrique correspondant.
20.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 10 à 19, caractérisé en ce qu'il
comprend des moyens de couplage optique disposés entre chacun
des détecteurs à l'état solide et la surface de la face d'ém is-
sion latérale associée, de manière à réduire l'étalement latéral du rayonnement secondaire passant de la face d'émission latérale
aux détecteurs à l'état solide.
21.- Détecteur de rayonnement selon l'une
quelconque des revendications 10 à 20, caractérisé en ce qu'il
comprend des moyens de fibres optiques utilisés pour relier optiquement chacun des détecteurs à l'état solide avec la zone
correspondante d'une face d'émission latérale associée.
22.- Appareil perfectionné de formation d'images d'énergie rayonnante utilisant une source de rayonnement à haute énergie pour former un faisceau rayonnant associé se
19.- 2 4 2462719
déplaçant de manière à éclairer les sections successives d'un corps cible, le rayonnement ayant traversé ce corps cible étant
reçu par un détecteur selon l'une quelconque des revendications
1 à 21 pour être transformé en signaux d'affichage électronique, appareil caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de transfor- mation de rayonnement placés à côté du corps irradié de manière à recevoir le rayonnement transmis à travers ce corps, et s'étendant sur une distance particulière prédéterminée dans la direction de propagation du rayonnement transmis, de. manière à réagir avec celui-ci pour produire un rayonnement visible correspondant destiné à passer à travers une partie latérale des moyens de transformation de rayonnement et à sortir par une face latérale d'émission au moins de ceux-ci; et des moyens de détection disposés de manière à recevoir une partie au moins du rayonnement latéral de lumière visible pour produire des signaux
électriques d'affichage correspondants.
23.- Appareil selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant de produire une nappe de rayonnement à haute énergie destinée à traverser une partie de section transversale du corps pour irradier toute la longueur des moyens de transformation de rayonnement. 24.- Appareil selon l'une quelconque des
revendications 22 et 23, caractérisé en ce qu'il comprend des
moyens permettant de produire un pinceau de rayonnement à haute énergie et d'effectuer le balayage transversal de ce pinceau à travers le corps, dans le sens de la longueur des moyens de transformation, de manière à obtenir le balayage d'une section
transversale du corps.
25.- Appareil selon l'une quelconque des
revendications 22 à 24, caractérisé en ce que les moyens de
transformation d'énergie de rayonnement sont constitués par un cristal à scintillation et en ce que les moyens de détection sont constitués d'un certain nombre de détecteurs à l'état solide, un premier groupe de ces détecteurs à l'état solide étant placé suivant la longueur de la face latérale supérieure du cristal à scintillation, en butée contre celle-ci et avec les différents détecteurs successifs séparés par des intervalles, et un second groupe de ces détecteurs à l'état solide étant placé suivant la no longueur de la face latérale inférieure du cristal à scintillation,
20.- 2462719
en butée contre la face latérale inférieure de celui-ci, dans des positions correspondant aux intervalles du premier groupe, et
de manière à recouvrir les deux cotés de ces intervalles.
26.- Appareil selon l'une quelconque des
revendications 22 à 25, caractérisé en ce que chacun des
détecteurs à l'état solide comprend un certain nombre d'éléments de détection du rayonnement lumineux émis, de manière à produire un signal électrique correspondant, chaque élément de détection partant de la partie avant de la face d'émission latérale
associée, dans le sens de propagation des rayons X incidents. -
27.- Appareil selon l'une quelconque-des
revendications 23 à 26, caractérisé en ce qutil comprend des
moyens de couplage optique placés entre les détecteurs à l'état
solide et le cristal à scintillation de manière à réduire l'éta-
lement latéral du rayonnement de lumière visible passant du
cristal à scintillation aux détecteurs à l'état solide.
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