FR2550006A1 - Detecteur de rayonnement a cellules multiples - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DETECTEUR DE RAYONNEMENT A CELLULES MULTIPLES. CE DETECTEUR COMPORTE UNE ENCEINTE CONTENANT UN GAZ IONISABLE ET EST MUNI D'UNE FENETRE DE TRANSMISSION DU RAYONNEMENT ET UNE SECTION D'ELECTRODES 1, 2 SITUEE SUR LE TRAJET DE PROPAGATION DU RAYONNEMENT 12 ET COMPORTANT UN PREMIER GROUPE DE PLAQUES FORMANT ELECTRODES 2 PLACEES A UNE HAUTE TENSION PAR L'INTERMEDIAIRE DE BORNES 15 ET UN SECOND GROUPE DE PLAQUES FORMANT ELECTRODES 1 RACCORDEES A DES BORNES 9 POUR DELIVRER DES SIGNAUX A L'EXTERIEUR, LES ELECTRODES 1, 2 ETANT DISPOSEES RECIPROQUEMENT EN ALTERNANCE, TANDIS QUE LES ENSEMBLES 15, 18 ET 9, 17 SONT DISPOSES EN ETANT DECALES DE PART ET D'AUTRE DU TRAJET DE PROPAGATION DU RAYONNEMENT. APPLICATION NOTAMMENT AUX TOMODENSITOMETRES.

Description

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La présente invention concerne un détecteur de rayonnement destiné à être utilisé dans le domaine de la tomographie aux rayons X assistée par ordinateur (désignée ci-après sous l'appellation abrégée de "tomodensitométrie"), et plus particulièrement un détecteur de rayonnement qui permet de réduire des variations de caractéristiques de sortie de signaux de cellules individuelles dans un détecteur de rayonnement à chambre d'ionisation à cellules multiples. Le type de tomodensitométrie, dont l'utilisation 10 est actuellement la plus répandue, est désigné comme étant du type à rotation-rotation ou à double rotation Conformément à la tomodensitométrie de ce type, on réalise un tomogramme de la manière suivante Une source de rayons X irradiant un faisceau de rayons X en éventail possédant un 15 angle d'ouverture d'environ 40 degrés est disposé en face d'un détecteur de rayonnement X à cellules multiples (désigné ci-après simplement sous le terme de "détecteur" de façon

abrégée), à une distance d'environ un mètre de ce détecteur.

On entra 5 ne la source de rayons X et le détecteur en ro20 tation autour d'un objet placé entre eux en conservant la relation d'opposition de ces dispositifs l'un par rapport à l'autre Les rayons X sont envoyés vers l'objet suivant de nombreuses directions afin de mesurer la distribution d'intensité du rayonnement X, les signaux mesurés sont en25 suite traités à l'aide d'un ordinateur en vue d'obtenir un tomogramme Le défaut de ce type d'appareil réside dans le fait qu'un défaut ou un artéfact en forme d'anneau est susceptible d'apparaître dans le tomogramme L'artéfact en forme d'anneau apparaîtra dans le cas o les sensibilités des cellules du détecteur diffèrent les unes des autres d'un certain degré ou plus C'est pour cette raison qu'il est nécessaire de réduire les variations des sensibilités entre

les cellules du détecteur.

Dans la tomodensitométrie utilisant une telle

technique tomographique, on utilise comme détecteur princi-

2550 oo 05 paiement un détecteur à chambre d'ionisation au xénon, dont un exemple est décrit dans le brevet déposé aux Etats Unis d'Amérique, N 4 161 655 Dans le domaine de la tomodensitométrie on utilise habituellement comme pro5 cessus de transmission de rayons X, un rayonnement pulsé et un rayonnement continu, et l'on utilise le rayonnement pulsé dans l'appareil du type à double rotation tel que

mentionné ci-dessus Dans le cas de l'irradiation pulsée on réalise de façon répétée, par exemple une irradiation 10 aux rayons X d'une durée de 5 ms, avec une pause de 10 ms.

En tant que résultat de la mesure de courants de sortie d'un détecteur à chambre d'ionisation à xénon dans le cas de l'utilisation de l'irradiation pulsée, on a trouvé que le courant de sortie ne s'annulait pas après l'arrêt de l'irradiation aux rayons X et qu'il apparaissait un courant résiduel On a également établi que le courant résiduel présentait des valeurs différentes pour les différentes cellules en fonction de la structure du détecteur et que ceci provoquait l'apparition de l'artéfact en forme d'an20 neau mentionné précédemment De façon plus spécifique, les courants de sortie des cellules individuelles du détecteur sont intégrés par un intégrateur, puis sont transmis à un appareil de traitement d'images sous la forme d'une tension de signal Il est très difficile de faire coïncider étroi25 tement la période d'intégration de l'intégrateur avec la période d'irradiation aux rayons X de manière que la différence des courants résiduels apparaisse sous la forme d'une

différence des sensibilités des cellules.

Un but principal de la présente invention est de 30 fournir un détecteur de rayonnement à cellules multiples, qui permette de réduire des valeurs de courants résiduels dans un détecteur et qui convient pour être utilisé dans le domaine de la tomodensitométrie utilisant un procédé d'irradiation pulsé

Un autre but de la présente invention est de four-

nir nir un détecteur de rayonnement à cellules multiples

qui permet de refreiner ou d'empêcher l'apparition de variations des sensibilités des cellules individuelles.

Le détecteur conforme à la présente invention est caractérisé en ce que des bornes, auxquelles sont raccordés des enroulements servant à appliquer la haute tension et servant à prélever les signaux, sont prévuesde façon alternée sur des parties arrière de plaques formant électrodes pour réaliser la séparation de cellules individuelles du détecteur, et que ces bornes sont disposées de manière à être espacées les unes des autres en étant situées dans des positions décalées par rapport au trajet de propagation du rayonnement introduit à travers une fenêtre du détecteur, qui permet la transmission du rayonnement Avec cet agencement, le champ électrique produit dans l'espace situé en arrière des plaques formant électrodes possède une intensité relativement uniforme au moins sur le trajet de propagation du rayonnement, de sorte que

des variations de la sensiblité entre les cellules sont 20 réduites.

De façon plus spécifique l'invention concerne un détecteur de rayonnement à cellules multiples caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte contenant un gaz ionisable qui s'y trouve enfermé, et possédant, sur sa sur25 face frontale, une fenêtre de transmission du rayonnement, une section formant électrode fixée à l'intérieur de ladite enceinte sur un trajet de propagation du rayonnement en provenance de ladite fenêtre de transmission du rayonnement et comportant un premier groupe de plaques formant électro30 des, auxquelles une haute tension est appliquée, et un second groupe de plaques formant électrodes auxquelles des

conducteurs de transmission de signaux sont raccordés, lesdites plaques formant électrodes des deux groupes étant disposéesde manière à alterner réciproquement, et que les pla35 ques formant électrodes dudit premier groupe sont munies res-

pectivement de première bornes auxquelles sont raccordés des premiers conducteurs servant à introduire une haute tension à partir de l'extérieur, que lesdites plaques formant électrodes du second groupe sont munies respecti5 vement de secondes bornes auxquelles sont raccordés des seconds conducteurs permettant de sortir séparément des signaux de sortie vers l'extérieur, et que les premières bornes et les premiers conducteurs ainsi que les secondes bornes et les seconds conducteurs sont situés dans des po10 sitions décalées par rapport au trajet de propagation du rayonnement, le trajet de propagation étant situé entre les première bornes et les premiers conducteurs d'une part et

les secondes bornes et les seconds conducteurs d'autre part.

En outre conformément à une autre caractéristi15 que de la présente invention, l'espace limité entre la surface de la paroi de l'enceinte derrière les plaques formant électrodes et les extrémités arrière de ces dernières est choisi de telle sorte que le nombre des particules chargées produites dans cet espace est égal à 1/100-ème du nombre des 20 particules chargées produites dans des zones d'ionisation situées entre les plaques formant électrodes Avec cet agencement, le nombre des particules chargées produites dans la région, o le champ électrique est faible, entre les plaques formant électrodes diminue, ce qui réduit la valeur de 25 courants résiduels après l'irradiation pulsée du rayonnement X.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ciaprès prises en référence aux dessins annexés, sur lesquels: 30 les figures-1 et 2 sont des diagrammes montrant

le courant résiduel dans un détecteur de rayonnement X et l'influence d'un tel courant sur un signal de sortie, ce que la présente invention a pour objet de supprimer; et

les figures 3 et 4 sont respectivement une vue en 35 perspective et une vue en coupe montrant les formes de réali-

sation de la présente invention.

Avant de décrire une forme de réalisation préférée de la présente invention, on va expliquer l'apparition du courant résiduel d'un détecteur et son influence, 5 que la présente invention envisage de supprimer, en référence aux figures 1 et 2 La figure 1 représente des courbes caractéristiques du courant de sortie d'un détecteur de rayonnement X classique à chambre d'ionisation au xénon dans le cas d'une irradiation pulsée du rayonnement X, lors de laquelle il se produit une répétition d'un envoi de rayonnement X pendant une durée de 5 ms et une période de pause de 10 ms se succédant en alternance On a trouvé qu'il apparait le courant résiduel repéré par une courbe en trait plein a pendant la période de pause entre des irradiations ou applications du rayonnement X Sur la figure, la référence b désigne un courant de sortie en l'absence du courant résiduel Le courant de sortie fourni par le détecteur est intégré par un intégrateur situé dans

un circuit de détection, puis est envoyé à un appareil de 20 traitement d'images, sous la forme d'une tension de signal.

La figure 2 représente des variations des valeurs de la tension de signal ainsi obtenues après intégration, et sur cette figure la courbe en trait plein a représente le cas de l'apparition du courant résiduel et la courh formée de 25 tirets b représente le cas de l'absence de l'apparition d'un courant résiduel Comme on le voit d'après la figure lorsque les cellules individuelles du détecteur produisent des courants résiduels qui diffèrent les uns des autres, les signaux de sortie délivrés par les intégrateurs varient 30 entre les différentes cellules respectives, ce qui provoque

l'artéfact en forme d'anneau indiqué précédemment.

Afin de réduire le degré de l'influence provoqué par les courants résiduels, il est proposé un procédé selon lequel l'intervalle de temps de l'intégration de chacun des 35 intégrateurs est limité uniquement par l'intervalle de temps d'irradiation ou d'application pulsée, indiqué cidessus, du rayonnement x Cependant ce procédé pose un autre problème lié à un accroissement du nombre des éléments de circuit, en raison de la nécessité de faire étroitement coïncider l'intervalle de temps d'intégration avec l'intervalle de temps d'irradiation. Ci-après on va décrire une forme de réalisation préférée de la présente invention en référence aux figures 3 et 4 La figure 3 représente la section formant électrode 10 d'un détecteur de rayonnement X à chambre d'ionisation xénon

conforme à la forme de réalisation de la présente invention.

Plusieurs plaques formant électrodes 1,2 constituées chacune par un matériau ne transmettant pas le rayonnement X, comme par exemple du molybdène ou du tungstène et 15 possédant une épaisseur comprise entre 0, 05 et 0,15 mm sont disposées radialement et sont fixées en étant insérées dans des gorges respectives ménagées dans deux plaques 3 A,3 B rainurées, maintenant deux électrodes et constituées chacune en un isolant La plaque formant électrode 1 est utilisée 20 comme électrode de détection des signaux et comporte, sur son extrémité supérieure arrière, par rapport à la direction d'incidence du rayonnement Xtellequ'indiquéepar la'flèche 12, une borne 9 à laquelle est raccordé un fil conducteur 17 pour la détection d'un signal D'autre part la plaque formant électrode 2 sert d'électrode pour l'application d'une haute tension et est munie, sur son extrémité inférieure arrière, d'une borne 15 à laquelle est raccordé un fil conducteur 18 servant à appliquer une haute tension Ces plaques formant électrodes 1,2 sont disposées en étant alternées réciproque30 ment de telle sorte que la plaque formant électrode 1 est disposée au centre d'un espace défini par deux plaques formant électrodes voisines de manière à former chaque cellule de détection La figure 4 est une vue en coupe montrant l'état dans lequel la section d'électrodes représentée sur la

figure 3 est fixée à l'intérieur d'une enceinte du détecteur.

De façon plus spécifique l'enceinte est constituée de deux éléments 4 A,4 B reliés l'un à l'autre d'une manière étanche à l'air, et l'enceinte est remplie par du gaz xénon ou krypton à haute pression La section d'électrodes pré5 cédente est fixée à l'élément 4 A au moyen d'une entretoise 5 et est agencée de telle sorte que le rayonnement X arrivant depuis une fenêtre 20 de transmission du rayonnement X, ménagée dans la surface frontale de l'élément 4 B, traverse une zone d'ionisation située entre les plaques formant 10 électrodes 1 et 2 Les bornes 9 et 15 sont disposées dans des positions décalées vers le haut et vers le bas par rapport à la voie ou au trajet de propagation de rayonnement X, repéré par 12 sur la figure Un conducteur 17 de détection des signaux, raccordé à la borne 9 sort du détecteur à tra15 vers une borne 8 étanche à l'air D'autre part un conducteur 18 d'application d'une haute tension, raccordé à la borne 15, s'étend dans la partie inférieure d'un espace 10 défini entre la section d'électrodes et la surface de la paroi arrière de l'élément 4 A de l'enceinte, suivant la direction per20 pendiculaire au plan du dessin De cette manière les deux conducteurs n'intersectent jamais le trajet 12 de propagation du rayonnement X La section d'électrodes, étant ainsi agencée, le champ électrique autour de chaque plaque formant électrode de transmission de signal 2 dans la section 25 d'électrodes devient uniforme et par conséquent les courants résiduels produits dans les cellules respectives de ce détecteur deviennent également uniformes Ceci permet de réduire ou de supprimer les variations des sensibilités des

cellules individuelles,provoquées par les courants rési30 duels et par conséquent d'empêcher l'apparition de l'artéfact en forme d'anneau.

En outre, la section d'électrodes étant ainsi agencée, l'espace 10 situé en arrière de la section d'électrodes peut être rendu beaucoup plus petit que ce que l'on obtenait 35 dans l'art antérieur Le volume réduit de l'espace 10 en arrière de la section d'électrodes signifie que la quantité de gaz devant ionisée dans la zone, dans laquelle le

champ électrique est faible, est réduite Ceci a un effet substantiel en ce qui concerne la réduction du courant ré5 siduel.

Sur la base des résultats expérimentaux, il est souhaitable de réaliser l'espace 10 situé en arrière de la

section d'électrodes de manière que son volume soit égal.

ou inférieur à un volume tel que le nombre des particules 10 chargées produites dans l'espace situé en arrière de la section d'électrodes devienne égal à environ 1/100-ème du

nombre des particules chargées produites dans les zones d'ionisation entre les plaques formant électrodes 1,2.

Dans le détecteur qui possède un volume inférieur situé derrière la section d'électrodes comme mentionné ci-dessus, étant donné que la valeur absolue du courant résiduel est faible, il devient possible de négliger des variations des sensibilités des cellules, dues à des défauts d'ajustement des intervalles de temps d'intégration des intégrateurs servant à intégrer des courants de signal délivrés par les cellules individuelles ou bien dus à une variation de l'énergie des photons du rayonnement X. Dans le cas o le rayonnement X incident est un rayonnement X monochromatique de 6 Oke V et o un gaz xénon à une pression inférieure à 20 atmosphères remplitl'enceinte du détecteur de rayonnement X, la condition ci-dessus, c'est-à-dire la condition selon laquelle le nombre des particules chargées produites dans l'espace situé en arrière de la section d'électrodes devient égal au 1/100-ème du nom30 bre des particules chargées produites dans les zones situées entre les électrodes disposées respectivement en visà-vis, est obtenue moyennant le réglage d'un interstice g entre les extrémités arrière de ladite plaque formant électrode 1,2 et la surface de la paroi arrière de l'enceinte à 35 7 % d'une largeur des plaques formant électrodes 1,2 En

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supposant que est égaleà 30 mm par exemple, il est souhaitable que l'interstice g soit égal ou inférieur

à 2 mm.

On peut également obtenir le même effet que 5 celui fourni par une réduction de l'espace en arrière de la section d'électrodes en prévoyant une plaque formant électrode de blindage ou de protection 16 en arrière de la section d'électrodes, comme cela est indiqué par des lignes formées de tirets sur les figures 3 et 4 En 10 d'autres termes, même si l'espace 10 situé en arrière de la section d'électrodes dans l'enceinte sous pression est un peu imliportant, on peut obtenir un effet de rétrécissement substantiel de l'espace en prévoyant la plaque formant

électrode de blindage 16, qui possède un potentiel égal 15 aux plaques formant électrodes 1 à haute tension, en arrière de la section d'électrodes à l'intérieur dudit espace.

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Claims (4)

REVENDICATIONS

1 Détecteur de rayonnement à cellules multiples, caractérisé en ce qu'il comporte: une enceinte ( 4 A,4 B) contenant un gaz ioni5 sable, qui s'y trouve renfermé, et munie sur sa surface frontale, d'une fenêtre ( 20) transmettant le rayonnement, une section d'électrodes ( 1,2) fixée à l'intérieur de ladite enceinte sur le trajet de propagation du rayonnement en provenance de ladite fenêtre ( 20) trans10 mettant le rayonnement et comportant un premier groupe de plaques formant électrodes ( 2), auxquelles une haute tension est appliquée, un second groupe de plaques formant électrodes ( 1)auxquelles des conducteurs de signaux ( 17) sont raccordés, lesdites plaques formant électrodes ( 1,2) des deux groupes étant disposées de manière à alterner les unes avec les autres, et que lesdites plaques formant électrodes ( 1) du premier groupe sont munies respectivement de premières bornes ( 15) auxquelles sont raccordés des premiers conduc20 teurs ( 18) permettant d'introduire une haute tension à partir de l'extérieur, que lesdites plaques formant électrodes ( 1) du second groupe sont munies respectivement de secondes bornes ( 9) auxquelles sont raccordés des seconds conducteurs 25 ( 17) servant à extraire individuellement des signaux de sortie vers l'extérieur, et que lesdites premières bornes ( 15) et les premiers conducteurs ( 18) ainsi que lesdites secondes bornes ( 9) et les seconds conducteurs ( 17) sont disposés dans des 30 positions décalées par rapport au trajet de propagation du rayonnement, qui est situé entre d'une part les premières bornes et les premiers conducteurs et d'autre part,

les secondes bornes et les seconds conducteurs.

2 Détecteur de rayonnement à cellules multiples, 35 selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace 1 1 entre l'extrémité arrière de ladite section d'électrodes ( 1,2) et de la surface de la paroi intérieure de ladite enceinte ( 4 A,4 B) sur le côté arrière est réglé de manière à posséder un volume identique ou inférieur à un volume 5 tel que le nombre des particules chargées produites dans ledits espace devient égal à 1/100-ème dnombre des particules chargées produites dans les zones situées entre les plaques formant électrodes ( 1,2) desdits premier et second groupe.

3 Détecteur de rayonnement à cellules multiples, selon la revendication 2, caractérisé en ce que du gaz xénon à une pression inférieure à 20 atmosphères est renfermé à l'intérieur de ladite enceinte ( 4 A,4 B) et que la largeur (g) de l'interstice entre l'extrémité arrière de la section d'électrodes ( 1,2) et la surface de la paroi intérieure de ladite enceinte sur le côté arrière est réglé 3 à

7 % au moins de la largeur t) de ladite section d'électrodes ( 1,2).

4 Détecteur de rayonnement à cellules multiples 20 selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une plaque formant électrode de blindage ( 16), placée au même potentiel que lesdites plaques formant électrodes ( 2) du premier groupe est située dans l'espace compris entre l'extrémité arrière de ladite section d'électrodes ( 1,2) et la 25 surface de la paroi intérieure de ladite enceinte ( 4 A,4 B)

sur je côté arrière.