FR2582100A1 - Radiochromatogramme a haute resolution - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN RADIOCHROMATOGRAMME A HAUTE RESOLUTION POUR RAYONNEMENTS IONISANTS. LE RADIOCHROMATOGRAMME COMPORTE UN RESEAU R D'ELEMENTS FILIFORMES SUSCEPTIBLES DE PERMETTRE UN REPERAGE SPATIAL D'UNE SURFACE A ANALYSER SELON UN REPERE D'AXES DETERMINE ET CAPABLE D'ASSURER LA DETECTION PAR SCINTILLATION DES RAYONNEMENTS ET LA TRANSMISSION DU RAYONNEMENT LUMINEUX PRODUIT PAR CETTE DETECTION JUSQU'A UNE EXTREMITE DE SORTIE DE CHACUN DES ELEMENTS FILIFORMES. DES MOYENS 1 AMPLIFICATEURS DE LUMINANCE SONT COUPLES A L'EXTREMITE DE SORTIE DE L'ENSEMBLE DES ELEMENTS FILIFORMES ET DESTINES A ASSURER UNE AMPLIFICATION DE L'INTENSITE LUMINEUSE DE LA PUPILLE DE SORTIE DE L'EXTREMITE DE CHACUN DES ELEMENTS FILIFORMES. LES MOYENS AMPLIFICATEURS SONT APTES A DONNER DE L'ENSEMBLE DES PUPILLES DE SORTIE DES EXTREMITES DES ELEMENTS FILIFORMES UNE IMAGE D'INTENSITE LUMINEUSE AMPLIFIEE. DES MOYENS DE DETECTION OPTOELECTRONIQUES PERMETTENT A PARTIR DE L'IMAGE D'INTENSITE LUMINEUSE AMPLIFIEE, D'ELABORER DES SIGNAUX ELECTRONIQUES REPRESENTATIFS POUR CHAQUE ELEMENT FILIFORME DU RESEAU DE L'INTENSITE DU RAYONNEMENT LUMINEUX TRANSMIS PAR CELUI-CI. DES MOYENS ELECTRONIQUES 3 D'ANALYSE ET DE SYNTHESE DES SIGNAUX DELIVRES PAR LES MOYENS DE DETECTION OPTOELECTRONIQUES PERMETTENT UNE VISUALISATION DE LA SURFACE A ANALYSER.

Description

La présente invention concerne un radiochromatogramme à haute résolution pour rayonnement ionisant;elle a été mise en oeuvre à l'institut de Physique Nucléaire
Université de Paris XI- Laboratoire associé à l'institut
National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules, Institut National du Centre National de la
Recherche Scientifique nO 240024 et au Laboratoire de
Physique Nucléaire, Université de Paris Vii.

L'utilisation d'isotopes marqués radioactivement dans les laboratoires de biologie a connu récemment un très grand développement en raison principalement de l'essor de la biologie moléculaire et des applications industrielles croissantes de celle-ci.

En effet, une expérience typique de biologie moléculaire consiste à faire migrer des acides nucléiques (ADN-ARN) sur un gel en effectuant une électrophorèse et à les hybrider avec les fragments d'acides nucléiques spécifiques marqués radioactivement. Lors de l'opération d'électrophorèse, les molécules migrent avec une vitesse inversement proportionnelle à leur masse. La localisation sur le gel des fragments radioactifs hybridés aux acides nucléiques ayant subi l'électrophorèse permet d'identifier la masse de ces derniers, cette identification apportant toute une série d'informations au biologiste.

En biologie, le problème d'une identification en position d'isotopes radioactifs se retrouve, notamment, dans la liste des opérations ci-après
- analyse des "blots" ou séquences d'ADN qui se répartissent en taches ou zones spécifiques sur le gel, blots dont on recherche à analyser la position spatiale,
- séquencage de 1'ADN,
- analyse de plages de phages recombinants,
- électrophorèse mono et bi-dimentionnelle de protéines.

Les produits biologiques utilisés dans ces techniques sont le plus souvent marqués avec des isotopes radioactifs émetteurs ss (32P, 35S 3H) lesquels émettent sporadiquement un électron présentant un spectre en énergie continu dont le maximum est voisin de Eo/2 oh Eo est l'énergie maximale de l'électron (Eo = 1,7MeV ; 167 XeV ; 18 KeV respectivement pour P, S, et3H
Compte-tenu de l'importance de ces techniques dans la biologie actuellement il est essentiel d'optimaliser le processus de détection spatiale des émetteurs de rayonnement ss-. Ce problème apparait d'autant plus délicat que la résolution spatiale, inférieure à 1 mm, nécessaire à une telle détection doit être obtenue pour au moins une dimension sur des surfaces importantes, de l'ordre de 30 cm x 20 cm, les résultats d'expérience par électrophorèse pour un séquençage d'ADN se présentant sous forme de bandes réparties sur de telle surfaces; chaque bande identifie la présence d'un nucléotide spécifique et doit être discriminée spatialement de la bande suivante selon sa dimension transversale notamment.

Actuellement, la détection est effectuée au moyen de film autoradiographique. Bien que cette solution offre une bonne résolution spatiale, laquelle pratiquement ne dépend que du grain de l'émulsion photographique utilisée, elle présente cependant plusieurs inconvénients tels qu'unie faible sensibilité que l'impossibilité d'effectuer facilement des mesures d'intensité de rayonnement en raison des phénomènes de saturation, ou que la nécessité d'une analyse par observation visuelle ultérieure nécessairement sujette à interprétation.

- Pour remédier à certains des inconvénients précités, des détecteurs à gaz ont été déveloPpes. Parmi ceux-ci, on peut citer par exemple le détecteur à gaz commercialisé par la Société NUMELEC sous la désignation Nu102. Ce type de détecteur permet de remédier aux deux premiers inconvénients précités, mais ne permet cependant qu'une analyse dans une seule dimension pour laquelle la résolution spatiale ne peut prétendre dépasser 3 mm, ce qui apparaît insuffisant pour de nombreuses opérations effectuées dans les techniques de biologie précitées.

- Un appareil conçu à l'origine pour la détection de rayonnement X a été en outre proposé pour une utilisation en radiochromatographie. Ce type d'appareil décrit dans la demande de brevet international publiée sous le nO t 83/03633 utilise un réseau de conducteurs de lumière couplés à une mosaïque de scintillateurs individuels. Cependant, ce type d'appareil ne paraît pas devoir permettre l'obtention d'une résolution spatiale inférieure à quelques millimètres en raison notamment des risques d'inf lu- ence entre scintillateurs voisins, tout découplage de ces derniers, par protection au moyen de matériau absorbant le rayonnement ss-,entraînant bien entendu une diminution correspondante de la résolution spatiale finale.

- La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités par la mise en oeuvre d'un radiochromatogramme à haute résolution.

- Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un radiochromatogramme susceptible de permettre une analyse tant des marqueurs radioactifs tels qu 32p 35 tels que P, S que du rayonnement X.

- Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un radiochromatogramme à haute résolution sur une grande surface d'analyse et pour lequel les résultats d'analyse peuvent être visualisés par les techniques de traitement d'image électronique.

Le radiochromatogramme à haute résolution pour rayonnement ionisant selon l'invention comporte un réseau d'éléments filiformes susceptible de permettre un répé- rage spatial d'une surface à analyser selon un repère d'axes déterminé et capable d'assurer la détection par scintillation de ces rayonnements et la transmission du rayonnement lumineux produit par cette détection jusqu'à une extrémité, dite de sortie,de chacun des éléments filiformes.

Des moyens amplificateurs de luminance sont couplés à l'extrémité de sortie de l'ensemble des éléments filiformes et permettent d'assurer une amplification de l'intensité lumineuse de la pupille de sortie de l'extrémité de sortie de chacun des éléments filiformes. Les moyens amplificateurs de luminance donnent de l'ensemble des pupilles de sortie des extrémités de sortie des éléments filiformes une image d'intensité lumineuse amplifiée. Des moyens de détection opto-électroniques permettent à partir de l'image d'intensité lumineuse amplifiée d'élaborer des signaux électroniques représentatifs, pour chaque élément filiforme du réseau,de l'intensité du rayonnement lumineux transmis par celui-ci. Des moyens électroniques permettent l'analyse et la synthèse des signaux délivrés par les moyens de détection opto-électroniques.

L'invention trouve application dans les techniques de génie génétique, de biologie tant au stade de l'expérimentation de recherche fondamentale qu'industrielle.

Elle sera mieux comprise à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après dans lesquels
la figure 1 représente un schéma synoptique du radiochromatogramme objet de l'invention,
la figure 2 représente un mode de réalisation particulier d'un élément constitutif du radiochromatogramme tel que représenté en figure 1,
les figures 3a, 3b, 3c représentent des variantes de réalisation de l'élément constitutif représenté en figure 2, les figures 3a, 3b, 3c étant représentées en coupe selon l'axe longitudinal d'une fibre Fi d'ordre i,
les figures 4a et 4b représentent respectivement un agencement particulièrement avantageux de l'objet de l'invention permettant une discrimination d'évènements simultanés et un chronogramme des signaux mis en jeu par cet agencement,
les figures 5a et 5b représentent respectivement un schéma synoptique des circuits de traitement des signaux lumineux délivrés par chaque fibre du dispositif objet de l'invention et les signaux électroniques vidéo fréquence délivrés par ces mêmes circuits,
les figures 6a et 6b représentent de manière schématique, l'ensemble des circuits de traitement électronique des signaux vidéo fréquence pour l'obtention de la visualisation du spectre d'analyse obtenu au moyen de l'invention et une représentation de l'information traitée préalablement à cette visualisation.

Le radiochromatogramme à haute résolution objet de l'invention sera tout d'abord décrit en relation avec la figure 1.

Ainsi qu'il apparaît sur cette figure, le radiochromatogramme tel que représenté comporte un réseau, noté R,d'éléments filiformes susceptibles de permettre un repérage spatial d'une surface à analyser selon un repère d'axe déterminé. Le réseau R est en outre capable d'assurer la détection par scintillation du rayonnement ionisant et la transmission du rayonnement lumineux produit par cette détection jusqu a une extrémité dite de sortie, notée E sur la figure 1, de chacun des éléments filiformes. Bien entendu, lors de l'utilisation du dispositif de l'invention, la surface à analyser est constituée par le gel sur lequel l'électrophorèse à été réalisée, le rayonnement ionisant étant représenté par la flèche annotée 6-.

On pourra remarquer que sur la figure 1, les éléments filiformes formant le réseau R ont été représentés disjoints. Cette représentation ne doit en aucun cas être considérée comme limitative et une description plus détaillée des réseaux susceptibles d'être utilisés conformément à l'invention sera donnée ultérieurement dans la description.

Des moyens 1 amplificateurs de luminance sont couplés à l'extrémité de sortie E de l'ensemble des éléments filiformes. Ils sont destinés à assurer une amplification de l'intensité lumineuse de la pupille de sortie de l'extrémité 2 de sortie de chacun des éléments filiformes. En fait, les moyens amplificateurs de luminance sont aptes à donner de l'ensemble des pupilles de sortie des extrémités 2 des éléments filiformes une image d'intensité lumineuse amplifiée. Des moyens,notés 2 sur la figure 2,de détection optoélectronique permettent à partir de l'image d'intensité lumineuse amplifiée d'élaborer des signaux électroniques représentatifs pour chaque élément filiforme du réseau de l'intensité du rayonnement lumineux transmis par celui-ci.Des moyens électroniques notés 3 sont couplés aux moyens de détection optoélectroniques 2 en vue d'effectuer une analyse et une synthèse des signaux délivrés par les moyens de détection optoélectroniques et, en définitive, une visualisation de la détection effectuée sur la surface à analyser.

Le réseau d'éléments filiformes peut consister d'une part en un premier arrangement d'une pluralité N de fibres optiques à scintillation, chaque fibre F.

d'ordre i étant disposée selon un segment de droite définissant sensiblement une première dimension di de la surface d'analyse. De préférence, ainsi que représenté en figure 2, chaque fibre F. d'ordre i est adjacente à toute fibre d'ordre voisin Fi l ; Fi + 1 du même arrangement.

Un deuxième arrangement d'une pluralité M de fibres optiques - à scintillation est en outre prévu, chaque fibre F. d'ordre 3 j étant disposée selon un segment de droite définissant sensiblement une deuxième dimension d2 perpendiculaire à la première dimension dl de la surface d'analyse. Chaque fibre F. d'ordre j est adjacente-à toute fibre d'ordre voisin 3
F. 1 ' Fj F du même arrangement. Les premier et deuxième
3-1 j+i arrangements sont en contact pour former la surface sensible de la surface d'analyse. Sur la figure 2, le premier arrangement comportant les fibres 1 à N est note A1 et le deuxième arrangement comportant des fibres 1 à N est noté A2.

On remarquera que dans le cas des modes de réalisation représentés en figure 2, le premier et le deuxième arrangements de fibres constitués par des fibres parallèles dans les directions respectives, en ce qui concerne le premier et le deuxième arrangements,sont perpendiculaires et permettent en fait un repérage spatial de la surface à analyser selon un système de coordonnées orthogonales en x, y par simple repérage de l'adresse ou ordre des fibres optiques de chacun des arrangements. Bien entendu, ce mode de réalisation n'est pas limitatif, tout arrangement de fibres susceptible de permettre un repérage spatial de la surface à analyser selon un système de coordonnées différent ne sort pas du cadre de la présente invention.

Les fibres optiques utilisées pour la mise en oeuvre des arrangements tels que décrits précédemment, peuvent être par exemple des fibres plastiques à scintillation distribuées par la Société OPTECTRON sous la désignation commerciale PLASTIFO S100 et S101. De préférence, dans le cas où les isotopes radioactifs utilisés pour le marquage sont des noyaux 32P, les fibres utilisées sont des fibres de diamètre de 0,3 mm. Avec de telles fibres, le nombre de photons obtenus en bout de fibre est de l'ordre de 10 par électron e - . Compte tenu du Parcours plus réduit des électrons ss- émis lorsque l'isotope de 35 marquage est de S, des fibres de diamètre 0,îmm seront de préférence utilisées.L'alignement des fibres pour constituer le premier et le deuxième arrangements puis la superposition de ces arrangements, peut être effectué au moyen des techniques industrielles habituelles.

Le fonctionnement du radiochromatogramme tel que décrit en figure 1 est le suivant.

Le réseau est disposé au contact de la surface à analyser. Le passage dans une fibre d'un électron émis par un émetteur disposé sur la surface à analyser pro voque l'ionisation du milieu constitutif de chaque fibre et l'excitation des centres fluorescents provoquant finalement l'émission de lumière dans la fibre considérée.

Une partie de cette lumière est transmise à l'extrémité de sortie de la fibre et peut être utilisée pour identifier la fibre touchée, c'est-à-dire soumise à l'impact du rayonnement ss- ou du rayonnement ionisant. Bien entendu, les moyens amplificateurs de luminance 1 et de détection optoélectronique 2 permettent ensuite grâce aux moyens électroniques d'analyse 3 et de synthèse des signaux délivrés par les moyens de détection optoélectronique de reconstituer une image de la surface à analyser.

L'image constitue en fait une carte de la localisation des isotopes de marquage tels qu'implantés dans le gel d'électrophorèse suite à leur migration.

Afin d'améliorer l'efficacité de détection du système, l'extrémité opposée à l'extrémité de sortie de chaque élément filiforme ou fibre optique à scintillation est munie d'un miroir réfléchissant capable de renvoyer l'énergie lumineuse du rayonnement lumineux émis,en un point quelconque de la fibre optique touchée,vers l'extrémité dite de sortie.

La mise en oeuvre de réseaux d'éléments filiformes tels que décrits précédemment conformément à l'invention permettre point de vue de la détection des isotopes de marquage, d'obtenir les avantages ci-après énumérés.

L'efficacité de détection est proche de 1 pour la détection du rayonnement ss émis par les isotopes de marquage P. Des tests préliminaires ont montré que dans ces conditions, des bandes sur gel d'électrophorèse seraient susceptibles d'être détectées avec une efficacité environ 1000 fois plus grande que dans le cas de l'utilisation de fils autoradiographiques utilisées antérieurement.

Ainsi, le dispositif de l'invention, permet bien entendu d'opérer avec des seuils de détection abaissés et en conséquence, de travailler avec des quantités d'acide nucléique beaucoup plus faibles impliquant la nécessité d'une moindre activité des marqueurs radioactifs.

Du fait que le scintillateur et le conducteur de lumière sont constitués par un seul et même élément, chacune des fibres optiques, présente l'avantage d'assurer un couplage optimum entre scintillateur et conducteur de lumière, ces deux éléments étant le plus souvent généralement séparés dans les dispositifs antérieurs.

En outre, cette solution évite les problèmes d'influence réciproque entre chaque fibre optique, l'ionisation de celle-ci et l'émission de lumière ne se produisant que lorsque un électron a traverse une ibre optique considérée.

Du fait que les électrons produits par les marqueurs radioactifs sont émis isotropiquementdans l'espace, il apparait que la résolution spatiale obtenue avec des fibres jointives constituant les arrangements du réseau est de l'ordre de 2D où D est le diamètre des fibres.

il sera donc avantageux pour chaque radiochromatogramme conformément à l'invention de prévoir un ou plusieurs jeux de réseaux interchangeables constitués par des fibres optiques scintillantes de diamètre différent selon la résolution et/ou l'application envisagée.

Ainsi, qu'il apparaît en outre en figure 1, l'ex- trémité de sortie des éléments filiformes ou fibres optiques à scintillation du premier Al et du deuxième A2 arrangements, est constituée en un arrangement particulier, l'ensemble des éléments filiformes ou fibres optiques à scintillation étant regroupé en un faisceau. Par arrangement particulier, on entend uniquement le fait que les fibres sont groupées de manière quelconque ou éventuellement,mais de manière non limitative,de façon que les fibres du premier arrangement respectivement deuxième arrangement sont groupées en deux sous-faisceaux distincts.

En outre, l'extrémité de sortie des éléments filiformes ou fibres optiques est arrangée de façon à constituer pour l'arrangement particulier, une surface de qualité optique. Afin d'assurer la transmission du rayonnement lumineux transmis par les fibres, la face de qualité optique, de l'arrangement particulier constituant un faisceau, est mise en contact direct des moyens- amplificateurs de luminance 1. Ceux-ci sont de préférence constitués par un tube amplificateur d'images dont la photocathode est placée en contact direct de la surface de qualité optique du faisceau. A titre d'exemple non limitatif, le tube amplificateur d'images peut être constitué par un tube intensificateur d'images commercialisé par la Société RTC sous la référence XX 1410.

Les moyens de détection optoélectroniques 2 comportent un détecteur à transfert de charges dont la face sensible est illuminée par l'écran fluorescent du tube amplificateur d'images par l'intermédiaires de fibres coniques. Le détecteur à transfert de charge délivre un signal analogique représentatif pour chaque élément filiforme du réseau de l'intensité du rayonnement lumineux transmis par celui-ci. L'utilisation de fibres optiques coniques assure la réduction de la surface lumineuse rendue nécessaire par les dimensions très différentes de l'écran fluorescent du tube amplificateur d'images 1 et de la surface sensible du détecteur à transfert-de charge . L'utilisation de fibres optiques coniques assure une perte lumineuse faible, facteur 2, dans cette adaptation des surfaces et est préférable à tout autre dispositif optique.

A titre d'exemple non limitatif, le dispositif à transfert de charge 2 constituant le détecteur optoélectronique peut être constitué par un dispositif distribué sous la référence TH7852 par la Société THOMSON -CSF
COMPOSANTS. En pratique, ce dispositif à transfert de charge consiste en un réseau d'éléments d'images ou "pels" photosensibles couplés à des microcapacités du type
NMOS. Lors de l'éclairement d'un pel, les charges sont transférées dans la capacité NMOS. Les lignes du dispositif sont ensuite relues séquentiellement, cette relecture permettant notamment d'engendrer le signal analogique représentatif pour chaque élément filiforme du réseau de l'intensité du rayonnement lumineux tranmis par celui-ci. Un fonctionnement plus complet du système détecteur à transfert de charges sera donné ultérieurement dans la description.

Une variante de réalisation du réseau R constitué par les éléments filiformes sera maintenant donnée en relation avec la description des figures 3a, 3b, 3c précitées.

La figure 3a représente en coupe selon un axe longitudinal d'une fibre F. d'ordre i du réseau tel que représenté figure 2. Sur cette figure, on constate que les fibres optiques scintillantes de chacun des arrangements Al et A2 sont jointives.

Afin d'augmenter la résolution de l'ensemble du radiochromatogramme selon l'invention, l'un au moins des premier ou deuxième arrangements de fibres à scintillation comporte deux nappes de fibres optiques à scintillation. De préférence, l'arrangement pourvu de deux nappes de fibres optiques correspond à l'arrangement permettant d'obtenir la résolution améliorée selon la direction souhaitée. Selon les figures 3a, 3b, 3c, les réseaux correspondants ont été représentés directement en contact sur la surface à analyser S. A titre d'exemple non limitatif ainsi que représenté en figure 3b, les première et deuxième nappes référencées NA1 et NA2 sont superposées de part et d'autre du deuxième arrangement
A2. Chaque fibre d'ordre i d'une nappe est montée en visà-vis de la fibre d'ordre i correspondante de la deuxième nappe. Sur cette figure, les trajectoires d'électrons en rayonnement ss- sont portées en ligne pleine, les droites passant par le centre des fibres optiques touchées par ce rayonnement étant représentées en pointillés. Du fait que les électrons émis par les marqueurs radioactifs tels que 32p ou 35S sont émis isotropiquement dans l'espace, il apparaît qu'une interpolation entre les numéros d'ordre des fibres optiques touchées par la trajectoire d'un électron de la première nappe NA1 et de la deuxième nappe NA2 permet en fait une amélioration sensible de la résolution. Cette interpolation peut être effectuée par rapport notamment aux angles dièdre formé par les directions représentées par les droites joignant les centres des fibres optiques considérées.La résolu tion peut ainsi être rendue meilleure que n, où D représente le diamètre des fibres optiques utilisées.

Une deuxième variante de réalisation d'un arrangement à deux nappes sera également décrite en liaison avec la figure 3c. Selon cette figures, une première nappe NAl est formée de façon que chaque fibre Fi d'ordre i soit disposée selon un segment de droite définissant sensiblement la première dimension D1 de la surface d'analyse. Chaque fibre F. d'ordre i est adjacente à toute fibre d'ordre voisin F. ; Fi+1 de la même nappe. Une deuxième nappe est formée de façon que chaque fibre Fi d'ordre i de cette deuxième nappe, notée NA2, soit adjacente à deux fibres consécutives de la première nappe.

Contrairement au mode de réalisation de la figure 3b, les deux nappes NA1, NA2 constituant l'un des arrangements de fibres, par exemple le premier arrangement disposé selon la dimension dl ou direction x, sont directement superposées l'une à l'autre, le deuxième arrangement A2 disposé selon la deuxième dimension d2 du réseau, c'està-dire selon la direction y étant en outre lui-même superposé aux deux nappes précédentes. De préférence, mais de façon non limitative, les deux nappes NAl et NA2 sont en contact et décalées selon la deuxième dimension d2 de la surface d'analyse d'une demi-section de fibre sensiblement. il apparait ainsi sur la figure 3c que les fibres constituant les nappes NA1 et NA2 sont disposées sensiblement en quinconce.Les fibres des deux nappes NA1 et NA2 tant dans le mode de réalisation représenté en figure 3b que dans celui représenté en figure 3c peuvent avoir des sections de même diamètre ou des sections de diamètre différent. On comprendra en outre que dans le cas de la figure 3c la résolution selon l'une des dimensions, la dimension x dans le cadre présenté peut également être améliorée par interpolation d'un type analogue à celui effectué dans le cas de la figure 3b. Afin d'améliorer les performances du radiochromatogramme objet de l'invention, celui-ci de préférence peut être utilisé de manière analogue à un compteur de particules émises par les marqueurs radio-actifs.

A cet effet, le miroir disposé à l'extrémité de chaque fibre optique opposée à l'extrémité de sortie E peut être supprimé ou remplacé par un miroir partiellement réfléchissant. L'extrémité opposée de chacune des fibres est ensuite optiquement couplée à un dispositif photomultiplicateur détecteur. Le mode de réalisation correspondant est représenté en fiqure 4a. Le photomultiplicateur noté 4 est apte à délivrer un signal de commande de la photocathode du tube amplificateur d'images 1. Cette commande peut être effectuée par l'intermédiaire d'un amplificateur noté 5 si nécessaire. L'ensemble des fibres optiques constituant le réseau R au niveau de leur extrémité libre, c' est-à-dire au niveau de leur extrémité opposée à l'extrémité de sortie, est regroupé en un faisceau de façon analogue aux faisceaux de fibres appliqués contre la photocathode du tube amplificateur d'images.Le faisceaux ainsi constitué est alors appliqué directement sur la fenêtre d'entrée du photomultiplicateur 4. A titre d'exemple non limitatif, le photomultiplicateur 4 peut être constitué par un photomultiplicateur du commerce dont la photocathode est une photocathode du type S20 analogue à celui du tube amplificateur d'images. Le fonctionnement général du dispositif tel que représenté en figure 5A est le suivant : lorsqu'un évènement, l'événement étant constitué par l'impact d'un électron dû à un rayonnement ss par exemple au niveau d'une fibre donnée du réseau, est détecté, le dispositif précité assure qu'aucun autre évènement ne sera pris en compte dans le temps d'analyse.La commande effectuée par le signal délivré par le photomultiplicateur 4 permet en fait un blocage du tube amplificateur d'images 1 dans une phase ultérieure à la détection dudit évènement. Un chronogramme de l'ensemble des suites d'opérations précitées est représenté en figure 4b. Sur la figure 4b1 est représentée la période d'analyse TA du système constitué par le tube amplificateur d'images, les moyens optoélectroniques de détection 2. En fait, la période TA d'analyse correspond sensiblement au temps de lecture d'une trame du dispositif à transfert de charge détecteur 2. Sur la figure 4b, en position 2, est représenté l'impact d'un électron dû à un rayonnement - dans une des fibres optiques constituant le réseau R. Bien entendu, cet impact ou évènement est considéré pendant le temps de période d'analyse du système.

Cet évènement donne lieu par l'intermédiaire du photomultiplicateur 4 à une impulsion détectée correspondant au signal de commande délivré par le photomultiplicateur 4. Ce signal de commande entraîne immédiatement le blocage du tube amplificateur d'image lequel est représenté en position 3 de la figure 4b par la suppression de la tension d'accélération entre cathode et marotte dellicrocanaux du tube amplificateur d'images. Le fonctionnement du tube amplificateur d'images 1 est ensuite rétabli en fin de période d'analyse TA au moyen d'un signal de commande non représenté sur la figure 4a. On comprendra ainsi que un évènement étant détecté au niveau de toute fibre du réseau d'ordre i d'un arrangement donné, la détection de tout évènement au niveau de cette même fibre d'ordre i pendant la période d'analyse est ainsi supprimée évitant en cela la détection d'évènements simultanés au niveau d'une même fibre d'ordre i, ces évènements n'étant Sonc normalement pas discriminés spatialement par le système. L'agencement précité permet pour un réseau croisé en x, y tel que représenté en figure 5a de s'affranchir de l'absence de discrimination entre des évène ments localisés en xl, yi, x2, y2 ou xl, y2, x2, y1.

L'amplificateur 5 peut être commandé rapidement,. le temps de réponse étant de l'ordre de quelques microsecondes, le dispositif tel que représenté assurant la détection même dans le cas de taux de comptage très élevé. il faut signaler cependant que le temps d'analyse TA du système détecteur à transfert de charge constitué par exemple par le détecteur déjà cité est de l'ordre d'une vingtaine de millisecondes.

Cependant, de manière générale, les taux de comptage utilisés en biologie sont faibles et normalement compris entre un coup par seconde à sensiblement 1000 coups par seconde. En conséquence, le dispositif selon l'invention peut très bien être utilisé dans une forme simplifiée sans le dispositif de commande tel que repré- - senté en figure a, mais normalement, selon le mode de réalisation représenté conformément à la figure 1. Bien entendu, le dispositif objet de l'invention peut aussi si nécessaire, être utilisé en mode déclenché, c'est-àdire en synchronisation avec une commande externe du dispositif détecteur à transfert de charge pour un fonctionnement synchronisé sur un évènement extérieur.

Une description plus détaillée du fonctionnement du détecteur à transfert de charge constituant les moyens de détection optoélectroniques 2 sera maintenant donnée en liaison avec les figures 5a et 5b.

Conformément à ces figures, le dispositif à transfert de charge DTC est associé à des cartes électroniques comportant des interfaces du type TTL MOS, des générateurs logiques de synchronisation et une carte dite carte vidéo permettant d'obtenir d'une part un signal vidéo du type télévision au standard CCiM, et d'autre part un signal vidéo numérique après comparaison avec un seuil variable par exemple. Sur la figure 5a, les différentes cartes des circuits ont été référencées en clair.

L'ensemble de ces circuits et cartes ne sera pas décrit de manié plus détaillée car il a fait l'objet d'une description correspondante au catalogue de la Société
THOMSON CSF COMPOSANTS référencé TH 7962 en date de
Juin 1983. L'ensemble de ces circuits est d'ailleurs normalement mis à la disposition dans le commerce en complément au circuit détecteur à transfert de charge
TH 7852 précité. Le fonctionnement d'ensemble du détecteur à transfert de charge et des cartes associées est le suivant. Le détecteur à transfert de charge délivre un signal analogique représentatif,pour les éléments filiformes du réseau,de l'intensité du rayonnement lumineux transmis par ceux-ci.L'interface de connexion et les circuits associés permettent à partir des signaux analogiques délivrés par le détecteur à transfert de charge d'engendrer notamment un signal vidéo numérique représentatif de l'adresse des éléments d'images du tube amplificateur d'images rapportées sur le détecteur à transfert de charge illuminé par les fibres et en outre de l'amplitude du rayonnement lumineux transmis par la ou les fibres soumise(s) à l'impact. Une représentation de ce signal est donnée en figure 5b. En fait, ainsi que représenté en figure 5b, à chaque élément d'images pel du dispositif détecteur à transfert de charge 2, correspond en fait un signal d'amplitude déterminée, chaque élément d'image étant noté Pi avec 1 < i < K où K représente le nombre d'éléments d'images du dispositif détecteur à transfert de charge à considérer.Dans l'exemple de réalisation déjà donné dans lequel un dispositif détecteur à transfert de charge zl type précité est utilisé, le nombre total d'éléments d'images est d'environ de l'ordre de 63 000. En fait, de par la construction du dispositif de l'invention, la pupille de sortie de chaque fibre constitutive du réseau R couvre en fait une pluralité d'éléments d'images du dispositif détecteur à transfert de charge 2. En fait, l'image donnée par le tube amplificateur d'images de la pupille de sortie de chacune des fibres couvre sensiblement quatre des éléments d'image précités. Un mode de réalisation particulier des moyens électroniques 3 d'analyse et de synthèse des signaux délivrés par les moyens de détection optoélectroniques 2 sera maintenant décrit en liaison avec la figure 6a.

Sur la figure 6a, les moyens électroniques précités 3 sont reliés à la voie numérique de l'ensemble des cartes et circuits associés 21 au dispositif détecteur à transfert de charge 20. Cette liaison est effectuée par l'intermédiaire d'un bus 22.

Ainsi qu'il apparait en figure 6a, les moyens électroniques 3 d'analyse et de synthèse des signaux délivrés par les moyens de détection optoélectroniques 2 comprennent des moyens 60 de mémorisation rapide des adresses des éléments d'images illuminées. Ces moyens de mémorisation rapide sont par exemple des mémoires à accès sélectif aptes à mémoriser le signal vidéo numérique délivré par l'interface de connexion, c'est-à-dire par l'ensemble des cartes et circuits électroniques associés au détecteur à transfert de charge précité. Un microprocesseur rapide à grande capacité de traitement est en outre prévu afin de déterminer l'adresse correspondante de la fibre soumise au rayonnement à partir des informations d'adresse des éléments d'images mémorisées et d'une table de correspondance entre les adresses des éléments d'images et l'adresse des fibres.En fait, le contenu des mémoires rapides 60 est analysé par le microprocesseur rapide 61 et comparé à la table de cqrrespondance numéro du pel-numéro de fibre touchée présente dans les mémoires du microprocesseur rapide. Un traitement par corrélation des éléments d'images ou pel contigüs illuminés ou non permet,en cas de réponse positive, le calcul des numéros des fibres touchées à partir de la table de correspondance déjà citée ou dans le cas d'une réponse négative un rejet de l'évènement et une réinitiallisation représentée par la flèche de retour à l'étape antérieure à la corrélation.

Le calcul des adresses des fibres soumises à l'impact des électrons de rayonnement B- consiste simplement en un calcul du numéro d'ordre des fibres à partir de la table de correspondance précitée. Le couple numéros d'ordre de fibres selon la direction x, c'est-à-dire la dimension d1, numéros d'ordre de fibres selon la direction y, c'est-à-dire selon la dimension d2, est alors transféré dans un micro-ordinateur 62 pour la visualisation et le traitement du spectre d'analyse matriciel en xy. Un test relativement à la présence d'un seul évènement peut être introduit préalablement au transfert des couples de valeurs x, y au micro-ordinateur 62, la transmission étant effectuée en cas de réponse positive et l'évènement étant rejeté en cas de reponse négative, ce rejet étant à nouveau suivi d'une réinitiallisation.

A titre d'exemple non limitatif, le microprocesseur rapide 61 peut être constitué par un microprocesseur 32 bits spécialement développé à cet effet par l'institut de Physique Nucléaire d1Orsay.

Au contraire, le micro-ordinateur 62 peut être constitué par tout micro-ordinateur 8 bits normalement disponible dans le commerce. Ce micro-ordinateur peut bien entendu être muni des périphériques habituels et de logiciels spécialement adaptés afin d'effectuer un traitement des couples de données précités permettant la projection du spectre d'analyse matricielle d'une dimension , la projection de ce même spectre d'analyse matricielle sur une dimension après mise en place d'une fenêtre sur l'autre dimension, l'intégration des bandes, l'analyse de la position des bandes.

En ce qui concerne le microprocesseur rapide 61, la corrélation relative à l'impact sur plusieurs éléments d'images ou pels contigus, quatre pels dans le cas où des fibres de diamètre 0,3mm sont utilisées, permet d'identifier avec certitude l'excitation d'une fibre et d'éliminer pratiquement, à coup sûr,le bruit de fond, en imposant que plusieurs pels voisins soient touchés.

Le test relativement à l'existence d'évènements multiples, effectué avant transfert des couples de données au micro-ordinateur 8 bits est réalisé également dans le microprocesseur rapide en imposant que deux groupes de pels soient éclairés, ce test permettant de rejeter des évènements multiples lors desquels plusieurs marqueurs auraient émis un électron ou rayonnement ss-.

Enfin, le micro-processeur rapide permet d'effectuer correctement l'étalonage du dispositif permettant d'établir la table de correspondance entre numéros de pels et numéros d'ordre de la fibre correspondante. Dans ce but, les fibres ayant été agencées en un arrangement particulier, ainsi que définies précédemment dans la description, une opération d'éclairement successif des fibres individuelles est effectuée afin d'obtenir l'adresse correspondante ou numéro d'ordre des pels successivement éclairés. L'ensemble de ces données est mis en mémoire dans les mémoires du microprocesseur rapide 61 puis sauvegardé afin de constituer la table de correspondance précitée.

La figure 6b représente l'information prise en compte par le micro-ordinateur 62 pour la visualisation du spectre d'analyse après une pluralité d'incrémentations de spectres d'analyse. Ainsi, en présence d'un marqueur radioactif au voisinage d'une fibre d'ordre i, le nombre N d'impacts d'électrons négatifs dans le cas d'un rayonnement B- apparaît sensiblement proportionnel a la proximité du marqueur radioactif de la fibre d'ordre i considérée sur un temps d'analyse correspondant à au moins une période d'analyse TA précédemment définie en raison de l'émission isotropique de chaque source.

Le radiochromatogramme objet de l'invention ainsi décrit présente par rapport au dispositif de l'art antérieur notamment les avantages ci-après énumérés. L'utilisation d'un dispositif de détection en aval des fibres à scintillation ne dépendant pas du nombre de fibres utilisées ni de leur diamètre, le dispositif de détection peut être utilisé quel que soit le réseau et la configuration de celui-ci et notamment avec des réseaux constitués par des fibres de diamètre différent. L'utilisation des fibres optiques à scintillation amène donc une grande souplesse d'utilisation. Des surfaces très importantes d'analyse peuvent être envisagées sans que le coût du dispositif soit fortement augmenté.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Radiochromatogramme à haute résolution pour rayonnements ionisants, caractérisé en ce qu'il comporte

- un réseau (R) d'éléments filiformes susceptibles de permettre un repérage spatial d'une surface à analyser selon un repère d'axes déterminé et capable d'assurer la détection par scintillation desdits rayonnements et la transmission du rayonnement lumineux, produit par cette détection, jusqu'à une extrémité (E), dite de sortie,de chacun des éléments filiformes,

- des moyens (i) amplificateurs de luminance couplés à l'extrémité (E), dite de sortie, de l'ensemble des éléments filiformes et destinés à assurer une amplification de l'intensité lumineuse de la pupille de sortie de l'extrémité (E), dite de sortie, de chacun des éléments filiformes, lesdits moyens amplificateurs étant aptes à donner de l'ensemble des pupilles de sortie des extrémités (E), dites de sortie, des éléments filiformes une image d'intensité lumineuse amplifiée,

- des moyens (2) de détection opto-électroniques capables, à partir de l'image d'intensité lumineuse amplifiée, d'élaborer des signaux électroniques représentatifs, pour chaque élément filiforme du réseau, de l'intensité du rayonnement lumineux transmis par celui-ci,

- des moyens électroniques (3) d'analyse et de synthèse des signaux délivrés par les moyens de détection op to-électronique.

2. Radiochromatogramme selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réseau d'éléments filiformes consiste, d'une part, en un premier arrangement d'une pluralité N de fibres optiques à scintillation, chaque fibre F (i) d'ordre i, disposée selon un segment de droite, définissant sensiblément une première dimension (d1) de la surface d'analyse, étant adjacente à toute fibre d'ordre voisin F (i ~ 1) ;F (i + 1) du même arrangement, et, d'autre part, en un deuxième arrangement d'une pluralité M de fibres optiques à scintillation, chaque fibre F(j) d'ordre j , disposée selon un segment de droite définissant sensiblement une deuxième dimension (d2) perpenciculaire a la premiere de la surface d'analyse, étant adjacente à toute fibre d'ordre voisin F (j - 1) ; F(j + 1) du même arrangement, les premier et deuxième arrangements étant mis en contact pour former la surface sensible de la surface d'analyse.

3) Radiochromatogramme selon l'une des revendications 1 ou 2 précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité opposée à l'extrémité de sortie de chaque élément filiforme ou fibre optique à scintillation est munie d'un miroir réfléchissant capable de renvoyer l'énergie lumineuse du rayonnement lumineux émis en un point quelconque de la fibre optique constituant la surface sensible vers l'extrémité dite de sortie.

4) Radiochromatogramme selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'extrémité de sortie des éléments filiformes ou fibres optiques à scintillation du premier et du deuxième arrangement est constituée en un arrangement particulieir l'ensemble des éléments filiformes ou fibres optiques à scintillation étant regroupé en un faisceau.

5) Radiochromatogramme selon l'une des revendications 1 à 4 précédentes, caractérisé en ce que les moyens amplificateurs de luminance sont constitués par un tube amplificateur d'image dont la photocathode-est placée en contact direct de l'arrangement particulier constitué par l'extrémité de sortie des éléments filiformes ou fibres optiques constitués en un faisceau.

6. Radiochromatogramme selon l'une des revendications 2 à 5 précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins desdits premier ou deuxième arrangement d'une pluralité de fibres à scintillation comporte deux nappes de fibres optiques à scintillation, une première nappe étant formée de façon que chaque fibre F (i) d'ordre i soit disposée selon un segment de droite définissant sensiblement la première dimension (dl) de la surface d'analyse, chaque fibre F(it d'ordre i étant adjacente à toute fibre d'ordre voisin F (i-1) F(i+î) de la même nappe, une deuxième nappe étant formée de façon que chaque fibre F (i) d'ordre (i) de cette deuxième nappe soit adjacente à deux fibres consécutives de la première nappe, les deux nappes étant ainsi en contact et décalées selon la déuxième dimension (d2) de la surface d'analyse d'une demi-section de fibre sensiblement, les fibres des deux nappes ayant des sections de diamètre identique ou différent.

7. Radiochromatogramme selon l'une des revendications 3 à 6 précédentes, caractérisé en ce que ledit miroir disposé à l'extrémité de chaque fibre opposée à l'extrémité de sortie E est un miroir partiellement réfléchissant, ladite extrémité opposée de chacune des fibres étant optiquement couplée à un dispositif photomultiplicateur détecteur, ledit dispositif photomultiplicateur détecteur étant adapté à délivrer un signal de commande de la photocathode du tube amplificateur d'image.

8. Radiochromatogramme selon l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection optoélectroniques comportent : un détecteur à transfert de charges dont la face sensible est illuminée par l'écran fluorescent du tube amplificateur d'image par l'intermédiaire de fibres optiques coniques, ledit détecteur à transfert de charges délivrant un signal analogique représentatif, pour les éléments filiformes du réseau de l'intensité du rayonnement lumineux transmis par ceux-ci,

- une interface de connexion permettant à partir du signal analogique délivré par ledit détecteur à transfert de charge d'engendrer un signal vidéo numérique représentatif de l'adresse des éléments d'images du tube amplificateur d'image illuminés par les fibres et de l'amplitude du rayonnement lumineux transporté par les fibres soumises à l'impact.

9. Radiochromatogramme selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens électroniques (3) d'analyse et de synthèse des signaux délivrés par les moyens de détection optoélectroniques comportent

- des moyens de mémorisation rapide des adresses des éléments d'image illuminés, lesdits moyens de mémorisation étant aptes à mémoriser le signal vidéo numérique délivré par ladite interface de connexion,

- un microprocesseur rapide à grande capacité de traitement apte à déterminer l'adresse correspondante des fibres soumises au rayonnement à partir des informations d'adresses des éléments d'image mémorisés et d'une table de correspondance entre lesdites adresses et l'adresse des fibres,

- un micro-ordinateur de traitement et de visualisation d'image destiné, à partir des informations d'adresses des fibres soumises au rayonnement, à reconstituer une image représentative de la distribution des sources rayonnantes dans la surface d'analyse.