FR2623956A1 - Display system with memory - Google Patents
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Abstract
Description
SYSTEME DE VISUALISATION A MEMOIRE
L'invention concerne un système de visualisation à mémoire et plus particulièrement un système d'imagerie à rayons
X à mémoire, c'est à dire formant sous un rayonnement X, une image latente. Plus particulièrement, l'invention concerne un système utilisant un matériau permettant de réaliser une addition de photons par transfert d'énergie. Le système de l'invention possède en outre la propriété de réaliser une fonction d'amplification lors de la lecture d'une image.MEMORY VISUALIZATION SYSTEM
The invention relates to a memory display system and more particularly to a ray imaging system
X memory, ie forming under a radiation X, a latent image. More particularly, the invention relates to a system using a material for performing a photon addition by energy transfer. The system of the invention also has the property of performing an amplification function during the reading of an image.
Le procédé d'imagerie que nous proposons est appelé à remplacer le film photographique utilisé encore très largement dans l'imagerie en rayons X. The imaging process that we are proposing is to replace the photographic film still very widely used in X-ray imaging.
Rappelons que le film photographique, stil possède de nombreux avantages (sensibilité, résolution) qui justifient son emploi comme capteur d'image, n'en a pas moins plusieurs inconvénients, d'une part liés aux propriétés physiques, à savoir une dynamique réduite, d'autre part liés à l'image obtenue sur le support film. dont la digitalisation en vue de traitements ultérieurs impose une étape supplémentaire demandant l'emploi d'un micro densitomètre. Recall that the photographic film stil has many advantages (sensitivity, resolution) that justify its use as an image sensor, but has several disadvantages, on the one hand related to physical properties, namely a reduced dynamic, on the other hand related to the image obtained on the film support. whose digitization for subsequent treatments imposes an additional step requiring the use of a micro densitometer.
Par ailleurs le film est à la fois le capteur d'image et le support final de l'image. Or dans un système d'imagerie, les performances demandées au capteur (dynamique/sensibilité) sont, dans une certaine mesure, antagonistes. Ainsi le film apparaît comme un compromis, qui nécessairement sacrifie les performances des deux fonctions. In addition, the film is both the image sensor and the final image support. But in an imaging system, the performance required to the sensor (dynamic / sensitivity) are, to a certain extent, antagonistic. Thus the film appears as a compromise, which necessarily sacrifices the performances of the two functions.
D'autres méthodes d'imagerie par rayons X ont vu le jour pour tenter de s'affranchir de ces difficultés. Nous pouvons citer tout d'abord les techniques d'imagerie électrostatique ou xéroradiographique, ainsi qu une technique d'imagerie numérisée dans laquelle un luminophore photostimulable par laser est utilisé comme matériau mémoire pour le stockage temporaire de l'image en rayons X. Other methods of X-ray imaging have emerged to try to overcome these difficulties. We can first mention the techniques of electrostatic or xeroradiographic imaging, as well as a digitized imaging technique in which a photostimulable phosphor by laser is used as a memory material for the temporary storage of the image in X-rays.
On trouvera une description de cette dernière technique dans le document Radiology 148, 833 Septembre 83. A description of this latter technique can be found in Radiology 148, 833 September 83.
Enfin la demande de brevet français nO 86.02876 décrit un capteur d'image radiologique dont le principe de fonctionnement repose sur une plaque scintillatrice à mémoire stimulable électriquement utilisée dans les systèmes à Luminescence Stimulée Electriquement (LSE). Finally, French patent application No. 86.02876 describes a radiological image sensor whose operating principle is based on an electrically stimulable memory scintillator plate used in Electronically Stimulated Luminescence (LSE) systems.
La xéroradiographie donne des images dont les contours sont fortement contrastés. Ceci est dû à la non-linéarité du développement. Par contre, cette technique est environ 20 fois moins sensible que les meilleures techniques d'imagerie utilisant une combinaison film-écran renforçateur aux hautes énergies ; les doses d'exposition sont par conséquent plus éle- vées. A l'heure actuelle, cette technique est restreinte à l'observation du sein. Xeroradiography gives images whose contours are strongly contrasted. This is due to the non-linearity of the development. On the other hand, this technique is about 20 times less sensitive than the best imaging techniques using an intensifying film-screen combination at high energies; Exposure doses are therefore higher. At present, this technique is restricted to breast observation.
Le procédé décrit dans le document "Radiology" mentionné précédemment, possède une plus grande dynamique que le film et en plus est numérisable. Cependant, son coût et les temps de développement (supérieur à une dizaine de secondes) constituent des obstacles importants à sa diffusion. De plus, le lecture optique est destructive polir les défauts électroniques crées sous irradiation X (durée de vie moyenne 1 microseconde) et ne permet donc pas une relecture de la plaque si l?on désire accumuler le signal en sortie. Enfin, les flux de photons visibles émis lors de la révélation de l'image par photostimulation sont proportionnels à la dose de rayons X reçue sur la plaque et donc d'intensités faibles. The method described in the document "Radiology" mentioned above, has a greater dynamic than the film and in addition is digitizable. However, its cost and development time (more than ten seconds) are major obstacles to its dissemination. In addition, the optical reading is destructive polishing electronic defects created under X irradiation (average life 1 microsecond) and therefore does not allow a replay of the plate if it is desired to accumulate the output signal. Finally, the visible photon fluxes emitted during the revelation of the image by photostimulation are proportional to the X-ray dose received on the plate and therefore of low intensities.
Le système à Luminescence Stimulée Electriquement (LSE) n'en est pas encore au stade du développement mais les premières images obtenues bien qus de petites dimensions sont prometteuses quant à l'avenir de ce procédé en particulier par la possibilité de lecture in situ et l'absence de manipulation lors du développement. Par rapport à cette technique le système proposé dans le cadre de la présente invention doit être considéré comme une solution parallèle au problème de Imagerie sous rayons X à l'aide de détecteurs non argentiques. The Electronically Stimulated Luminescence (LSE) system is not yet in the development stage, but the first images obtained although small in size are promising with regard to the future of this process, in particular by the possibility of in situ reading and the no manipulation during development. With respect to this technique, the system proposed in the context of the present invention should be considered as a parallel solution to the problem of X-ray imaging using non-silver detectors.
L'effet d'APTE (Addition de Photons par Transfert d'Energie) est étudié et employé depuis une vingtaine d'années indépendamment de l'influence du rayonnement X sur celui-ci. La nature et l'intérêt de cet effet furent mis en évidence par
F.Auzel en 1966 dans une étude concernant des verres laser dopés avec les ions YbJ+ et Er3+ et mis en évidence dans le Compte-Rendu de l'Académie des Sciences de Paris, vol 262,
P.1016, (1966) dans lequel il démontre que des transferts d'énergie non radiatifs peuvent aussi avoir lieu entre . états électroniques excités. Une maniere de vérifier cette hypothèse fut d'observer l'émission visible verte de Er3+ dans des verres excités par une source infrarouge qui sensibilise les ions Yb3+, le transfert d'énergie s'effectuant principalement de l'ytterbium vers l'erbium.Les niveaux d'énergie et transitions électroniques impliqués dans ce mécanisme sont présentés en figure 11 et décrite dans le document de F.Auzel et publié dans
Proceeding of IEEE volume 61, nO 6, P. 758 de Juin 1973.The effect of APTE (Photon Addition by Energy Transfer) has been studied and used for about twenty years regardless of the influence of X-radiation on it. The nature and interest of this effect were highlighted by
F.Auzel in 1966 in a study concerning laser glasses doped with YbJ + and Er3 + ions and highlighted in the Proceedings of the Paris Academy of Sciences, vol 262,
P.1016, (1966) in which it demonstrates that non-radiative energy transfers can also take place between. electronic states excited. One way to verify this hypothesis was to observe the green visible emission of Er3 + in glasses excited by an infrared source which sensitizes the Yb3 + ions, the energy transfer taking place mainly from ytterbium to erbium. energy levels and transitions involved in this mechanism are presented in Figure 11 and described in F.Auzel's paper and published in
Proceeding of IEEE Volume 61, No. 6, P. 758 of June 1973.
D'autres couples d'ions ont aussi donné lieu à l'effet d'APTE citons particulièrement Yb3 - TmS+, Yb3 - Ho3+ et Er3+ - Er3+ (voir le document de Proceeding IEEE, vol 61, nO 6 p. 758, Juin 73). Other ion pairs have also given rise to the effect of APTE, particularly Yb3-TmS +, Yb3-Ho3 + and Er3 + -Er3 + (see Proceeding IEEE, Vol 61, No. 6, 758, June 73). ).
Les principales appiications de l'effet d'APTE sont tout d'abord la réalisation des diodes émettrices rouges, vertes ou bleues constituées d'un enrobage du matériau émetteur visible autour d'une diode excitatrice infrarouge As Ga : Si émettant â la longueur d'onde de 960 nm. Cette réalisation a été décrite dans la demande de brevet français nO 71.44031. Ensuite l'addition de deux photons d'énergies différentes A1 et À 2 permet de fabriquer des compteurs quantiques infrarouges avec de faibles puissances équivalentes de bruit (NEP =7 x 10 12 10 12
W/Hz 1A comme cela est décrit par F.Auzel, P.A. Santa Cruz et
G.F. de Sà dans le document R.P.A. vol.20, p.273, (1985).The principal applications of the APTE effect are first of all the realization of the red, green or blue emitting diodes consisting of a coating of the emitting material visible around an As Ga: Si emitting diode. 960 nm wave. This embodiment has been described in French Patent Application No. 71.44031. Then the addition of two photons of different energies A1 and A2 makes it possible to manufacture infrared quantum counters with low equivalent powers of noise (NEP = 7 × 10 12 10 12
W / Hz 1A as described by F.Auzel, PA Santa Cruz and
GF de Sà in RPA vol.20, p.273, (1985).
Dans ce travail les longueurs d'onde À 1 et À 2 sont respectivement égales à 1,5 micromètre et 0,96 micromètre et le couple d'ions concernés est Yb3 - ErS+. Le rayonnement à détecter étant celui à 1,5 micromètre, ce système est intéressant pour les télécommunications par fibres optiques.In this work the wavelengths At 1 and At 2 are respectively equal to 1.5 micrometer and 0.96 micrometer and the pair of ions concerned is Yb3 - ErS +. The radiation to be detected being that at 1.5 micrometer, this system is interesting for telecommunications by optical fibers.
D'autres systèmes de même nature ont vu le jour comme celui à base de La Br3 : Sm3+ - Eu3+ décrit par
Wright, dans Journal Applied Physics Vol 42, p. -3806 (1971) pour lequel Àl = 10 micromètre et À 2 = 0f55 micrométre.Other systems of the same nature have emerged as the one based on La Br3: Sm3 + - Eu3 + described by
Wright, in Journal Applied Physics Vol 42, p. -3806 (1971) for which Àl = 10 micrometer and À 2 = 0f55 micrometer.
La possibilité de réaliser des lasers visibles pompés par infrarouge constitue une autre classe d'applications des matériaux APTE. C'est le cas de
BaY2F8: Yb3+ - Er3+ et BaY2F8 : Yb3+ - Ho3+ décrits par L. F. Johnson et H.J. Guggenhein, dans Applied
Physics Letters vol. 19, p.44 (1971) qui émettent respectivement à 0,67 micromètre et 0,55 micromètre à 77 K lorsqu'ils sont excités autour de 0,96 micromètre.The possibility of making visible lasers pumped by infrared is another class of applications for APTE materials. This is the case of
BaY2F8: Yb3 + - Er3 + and BaY2F8: Yb3 + - Ho3 + described by LF Johnson and HJ Guggenhein, in Applied
Physics Letters vol. 19, p. 44 (1971) which emit respectively at 0.67 micrometer and 0.55 micrometer at 77 K when excited around 0.96 micrometer.
Enfin seules deux publications font état de composés
APTE sensibles aux rayons X. Ce sont celle de H.N Hersh et G.Finally, only two publications mention compounds
APTE sensitive to X-rays. These are those of HN Hersh and G.
Ban dans Applied Physics Letters vol 20, n 3, P. 101 (Fév.Ban in Applied Physics Letters Vol 20, No. 3, P. 101 (Feb.
1972) et celle de L. Ozawa dans Journal Electrochemical Society vol. 119, P 1783 (1972) qui présentent le matériau BaYb2F8 : Er comme sensible aux rayons X ce qui se traduit par une diminution de l'intensité d'émission verte par APTE de l'erbium après irradiatlon sous rayons X.1972) and that of L. Ozawa in Journal Electrochemical Society vol. 119, P 1783 (1972), which exhibit the BaYb2F8: Er material as X-ray sensitive, which results in a decrease in green emission intensity by APTE of erbium after irradiation under X-rays.
D'autres matériaux sont également évoqués dans ce but sans autres précisions, en particulier LiYbF4: : Er, BaYb2F8 : Tm et Y3OCl7 : Yb,Er. Other materials are also mentioned for this purpose without further details, in particular LiYbF4: Er, BaYb2F8: Tm and Y3OCl7: Yb, Er.
Le conclusion pratique tirée par ces auteurs se résume à remarquer la possibilité d'utiliser l'effet d'APTE couplé à l'effet d'extinction sous rayons X comme moyen de réallser de nouveaux écrans sensibles à ces rayonnements. The practical conclusion drawn by these authors boils down to noting the possibility of using the effect of APTE coupled to the effect of extinction under X-rays as a means of retransmitting new screens sensitive to this radiation.
L'invention se propose d'utiliser les propriétés des matériaux APTE tels que décrits précédemment pour réaliser un système d'imagerie å rayons X à mémoire. The invention proposes to use the properties of the APTE materials as described above for producing a memory X-ray imaging system.
L'invention concerne donc un système de visualisation à mémoire comprenant une première source de rayonnement éclai- rant, avec un premier faisceau d'une première longueur d'onde déterminée, un corps à explorer, un support sensible à la longueur d'onde recevant le faisceau retransmis par le corps, carac terse en ce que le support comporte, une couche d'un matériau luminophore capable de stocker une énergie, provenant dudit faisceau, et de réaliser une addition de photons par transfert d'énergie et de ce fait libérer l'énergie stockée sous l'effet d'une excitation lumineuse, sous la forme dtun flux lumineux et qu'il comporte en outre
- une deuxième source de rayonnement émettant un deuxième faisceau, d'une deuxième longueur d'onde supérieure à celle de la première longueur d'onde, vers le support de façon à ce que celui-ci émette ledit flux lumineux
- un dispositif optique de transmission recevant le flux lumineux et le retransmettant.The invention therefore relates to a memory display system comprising a first source of illuminating radiation, with a first beam of a first determined wavelength, a body to be scanned, a support responsive to the wavelength receiving the beam retransmitted by the body, carac terse in that the support comprises, a layer of a phosphor material capable of storing energy from said beam, and to achieve a photon addition by energy transfer and thus release stored energy under the effect of a light excitation, in the form of a luminous flux and that it further comprises
a second radiation source emitting a second beam, of a second wavelength greater than that of the first wavelength, towards the medium so that said medium emits said luminous flux;
an optical transmission device receiving the luminous flux and the retransmitter.
Les différents objets et caractéristiques de l'inven- tion apparaitront plus clairement dans la description qui va suivre en se reportant aux figures annexées qui représentent
- la figure 1, un exemple de courbe d'émission d'un matériau APTE en fonction de la dose de rayonnements X reçu
- les figures 2 et 3, un exemple de réalisation du système d'imagerie selon l'invention
- la figure 4, un exemple de réalisation du système d'imagerie selon l'invention dans le cas ou le capteur est li- néaire
-la figure 5, une variante de réalisation du système de la figure 4
- la figure 6, un exemple de réalisation du système de l'invention dans lequel le capteur est bidimensionnel
- la figure 7, une variante de réalisation du système de la figure 4 ;;
- la figure 8, un système selon l'invention comportant un réseau de transmission à fibres
- la figure 9, un système selon l'invention dans lequel la plaque sensible comporte un réseau de fibres optiques
- la figure 10, un système d'imagerie selon l'invention comportant un dispositif de balayage de la plaque sensible
- la figure 11, un diagramme de transitions électroniques dans un matériau APTE.The various objects and features of the invention will appear more clearly in the description which follows, with reference to the appended figures which represent
FIG. 1, an example of an emission curve of an APTE material as a function of the dose of X radiation received
FIGS. 2 and 3, an exemplary embodiment of the imaging system according to the invention
FIG. 4, an exemplary embodiment of the imaging system according to the invention in the case where the sensor is linear
FIG. 5, an alternative embodiment of the system of FIG. 4
FIG. 6, an exemplary embodiment of the system of the invention in which the sensor is two-dimensional
FIG. 7, an alternative embodiment of the system of FIG. 4;
FIG. 8, a system according to the invention comprising a fiber transmission network
FIG. 9, a system according to the invention in which the sensitive plate comprises a network of optical fibers
FIG. 10, an imaging system according to the invention comprising a device for scanning the sensitive plate
FIG. 11, a diagram of electronic transitions in an APTE material.
L'effet d'extinction sous rayons X de l'émission visible par APTE (Addition de Photons par Transfert d'Energie) dans les matériaux faisant l'objet des documents précédemment cités reste d'un intérêt limité si d'une part l'intensité de la luminescence visible Ie émise sous excitation est inférieure aux intensités obtenues dans un scintillateur classique et si d'autre part les variations relatives du signal émis par deux points distincts de l'écran sensible aux rayons X restent inférieures aux fluctuations de bruit du détecteur utilisé pour enregistrer l'image visible et révélée sous excitation infrarouge. The X-ray extinction effect of the emission visible by APTE (Addition of Photons by Energy Transfer) in the materials mentioned in the documents mentioned above is of limited interest if, on the one hand, the the intensity of the visible luminescence emitted under excitation is lower than the intensities obtained in a conventional scintillator and if, on the other hand, the relative variations of the signal emitted by two distinct points of the X-ray sensitive screen remain lower than the noise fluctuations of the detector used to record the visible image and revealed under infrared excitation.
Autrement dit, si aucun effet "amplificateur" sur l'émission visible n'est envisageable avec ces matériaux, leur intérêt pour l'application envisagée reste purement théorique. In other words, if no "amplifying" effect on the visible emission can be envisaged with these materials, their interest for the intended application remains purely theoretical.
Or l'invention met à profit un effet amplificateur du signal de lecture dans ces matériaux en définissant les conditions dans lesquelles cet effet amplificateur peut être exploité.However, the invention makes use of an amplifying effect of the reading signal in these materials by defining the conditions under which this amplifying effect can be exploited.
Cette notion d'amplification totalement absente des travaux cités précédemment sur l'APTE et l'effet d'extinction sous X, repose sur les deux constatations suivantes
- 1) la loi de variation de l'intensité d'émission visible 1e en fonction de l'intensité d'excitation infrarouge 1p et de la durée de vie de l'état excité de l'ion sensibilisa teur T S (voir l'article de F.Auzel dans Proceeding of IEEE,
s vol 61, nO 6, p 758, juin 73) est du type où:
(équation 1)
- n est un entier correspondant au nombre de photons infrarouges nécessaires à l'émission d'un photon visi ble, ffi P N est le rendement normalisé de conversion infrarouge - visible qui permet notamment de comparer les matériaux entre eux du point de vue de leurs performantes APTE.This notion of amplification completely absent from the work cited above on the APTE and the extinction effect under X, is based on the following two findings
1) the law of variation of the visible emission intensity 1e as a function of the infrared excitation intensity 1p and the lifetime of the excited state of the sensitizer ion TS (see the article by F.Auzel in Proceeding of IEEE,
s vol. 61, no. 6, p. 758, June 73) is of the type where:
(equation 1)
n is an integer corresponding to the number of infrared photons necessary for the emission of a visible photon, PN is the normalized yield of infrared-visible conversion which makes it possible in particular to compare the materials with each other from the point of view of their performance. APT.
- I = l'intensité d'émission visible
e
- I = l'intensité d'excitation infrarouge
p
Citons en exemple le couple d'ions
- Yb3+ - Er3+ dans YF3 où n = 2 et ru n : 2,85 x 10 4 cm2/mW.
- I = the visible emission intensity
e
- I = infrared excitation intensity
p
For example, the couple of ions
- Yb3 + - Er3 + in YF3 where n = 2 and ru n: 2.85 x 10 4 cm2 / mW.
- 2) Les défauts électroniques créés sous irradiation
X dans les matériaux APTE sont stables, de durée de vie très longue et sont non détruits lors de la lecture optique infrarouge.- 2) Electronic defects created under irradiation
X in APTE materials are stable, of very long life and are not destroyed during infrared optical scanning.
Avant d'aller plus avant dans cette notion d'amplification, il est nécessaire de présenter le mécanisme supposé à l'origine de l'effet d'extinction sous rayons X. Ce mécanisme n a pas fait l'objet d'étude particulière connue et fut seulement subodoré dans le travail présenté par H. N Hersh et G. Ban à propos de BaYb2F8: Er dans le document précédemment cité Dans ce matériau ils ont observé sous excitation infrarouge un raccourcissement de la durée de vie T S de l'état excité 2F de l'ytterbium d'énergie voisine de 1,3 ev
5/2 ainsi qu'une diminution de l'émission verte de l'erbium en fonction de la dose de rayons X reçue sans que pour autant la loi régissant l'APTE (équation 1) soit caduque. A partir de là il est légitime de penser que l'énergie absorbée dans le matériau luminophore de l'écran et provenant du rayonnement X incident, contribue à la création d'états ou de défauts électroniques locaux de très longue durée de vie dont les niveaux énergëti- ques sont voisins des premiers états excités des ions participant à 1'APTE en particulier l'ion Yb3 +et son niveau électronique F5/2. Before going further in this notion of amplification, it is necessary to present the supposed mechanism at the origin of the effect of extinction under X-rays. This mechanism has not been the object of a particular study known and was only subdivided in the work presented by H. N Hersh and G. Ban about BaYb2F8: Er in the previously cited document In this material they observed under infrared excitation a shortening of the TS life of the excited state 2F of the energy ytterbium close to 1.3 ev
5/2 as well as a decrease in the green emission of erbium as a function of the X-ray dose received without the law governing the FTEP (equation 1) being obsolete. From there it is legitimate to think that the energy absorbed in the phosphor material of the screen and coming from the incident X-ray, contributes to the creation of local states or electronic defects of very long life whose levels The energies are adjacent to the first excited states of the ions participating in the FAP, in particular the Yb3 + ion and its F5 / 2 electronic level.
Lorsqu'on applique le rayonnement de lecture infrarouge après irradlation sous rayons X, la présence de ces dé fauts électroniques locaux entraine un dépeuplement par transfert d'énergie des états excités des ions voisins de ces défauts d'énergie voisines d'où une diminution ponctuelle de l'émission visible induite par APTE. L'énergie d'excitation infrarouge une fois transférée sur les défauts électroniques peut éventuellement migrer dans le matériau mais en tout cas est dégradée non radiativement.La modulation de l'émission visible en fonction de la dose reçue localement sur la plaque sensible est liée au nombre de défauts électroniques créés en un point de l'écran sous irradiation par rayons X, lui-même proportionnel à la dose de rayons X reçue en ce point d'où des transferts d'énergie à taux variables suivant la région irradiée de l'écran entre les ions actifs et les défauts électroniques. When the infrared reading radiation is applied after irradiation under X-rays, the presence of these local electronic defects causes depopulation by energy transfer of the excited states of the neighboring ions of these neighboring energy defects, hence a point decrease. of the visible emission induced by APTE. The infrared excitation energy once transferred to the electronic defects can possibly migrate in the material but in any case is degraded non radiatively.The modulation of the visible emission as a function of the dose received locally on the sensitive plate is related to the number of electronic faults created at one point of the screen under X-ray irradiation, itself proportional to the X-ray dose received at this point, from which variable-rate energy transfers depending on the irradiated region of the screen between active ions and electronic faults.
Dans le cas du matériau BaYb2F8 Er la variation expérimentale de l'émission verte de l'erblum par APTE (Ie) en fonction de la dose de rayons X (DX) reçue est de la forme représentée en figure 1. In the case of the material BaYb2F8 Er, the experimental variation of the green emission of the erblum by APTE (Ie) as a function of the X-ray dose (DX) received is of the form represented in FIG.
Au point M l'extinction maximale est de Tordre de 90 96 de Ieo pour une dose X (DXM) voisine de 40 Roentgens. At point M the maximum extinction is of the order of 90% Ieo for a dose X (DXM) close to 40 Roentgens.
La notion d'amplification apparaît alors de la manière suivante
Les points de la courbe donnée en figure 1, satisfont tous l'équation (1) où le rendement normalisé n N dépend alors aussi de la dose X (DX) reçue. Il est donc possible d'augmenter l'intensité 1e de chaque point en augmentant l'intensité d'excitation 1p Cette variation sera d'autant plus sensible que l'exposant "n" sera grand. L'amplification acquise de cette manière ne fait pas intervenir d'intégration .temporelle du signal émis. Dans le cas où lton accumule le signal en sortie, l'intégration dans le temps n'est pas limitée par la durée de vie des défauts électroniques sous excitation infrarouge puisqu'ils ne sont pas détruits par cette dernière. The notion of amplification then appears as follows
The points of the curve given in FIG. 1 all satisfy equation (1) where the normalized yield n N also depends on the dose X (DX) received. It is therefore possible to increase the intensity 1e of each point by increasing the intensity of excitation 1p This variation will be more sensitive than the exponent "n" will be large. Amplification acquired in this way does not involve temporal integration of the transmitted signal. In the case where it accumulates the output signal, the integration over time is not limited by the lifetime of the electronic defects under infrared excitation since they are not destroyed by the latter.
Finalement dans la mesure où on se limite à l'utilisa
tion de la courbe de la figure 1 dans la zone IF de décroissance
rapide, il est toujours possible par l'un des deux moyens évo
qués ci-dessus d'avoir une modulation dtintensité 1e entre
les points A et B associée à une variation de dose dDX fixée par
des impératifs de diagnostique radiologique (typiquement 100 R), telle que A 1e soit supérieure à l'amplitude de bruit du
détecteur utilisé.Finally, to the extent that we limit ourselves to using it
the curve of FIG. 1 in the decay zone IF
fast, it's always possible by one of two ways evo
above to have a modulation of the intensity between
points A and B associated with a dose variation dDX fixed by
radiological diagnostic requirements (typically 100 R), such that A is greater than the noise amplitude of the
detector used.
L'exemple numérique suivant est intéressant à cet égard
Considérons le matériau BaYb F Er et les résul
tats connus sur sa sensibilité aux rayons X (voir le document de
H.N. Hersh et G. Ban, dans Applied Physics Letters Vol 20, N
3, P. 101 (Février 1972) et assimilons ses performances en APTE
à celle de la solution solide (BaF2, YF3) dopée Yb, Er
(voir le document de F. Auzel dans Proceeding of IEEE, Vol 61,
n 6, P.758, Juin 1973).Nous avons alors nN = 1.55x10 4 cm2/mW
Si Ip = 60mW/cm2 alors
Ie = 0,56mW/cm2 = 1,54 x 1015 photons-visibles/sec cm2 d'où un coefficient d'extinction dans la zone IF qui vaut
PO = - 1,735 x 1011 photon-visible/ sec.cm2.mR
En comparaison, le système FUJI irradié à 50 KeV présentera lors de la lecture optique un flux de photons visibles égal à f= 1,5x1015 photons-visibles/sec.cm2.mR
Mais pendant un temps moyen d'l s, d'où une émissinon
E = 1,5x109 photons-visibles/cm2 .mR
Finalement pour égaler en valeur absolue cette variation de signal visible émis lors de la lecture avec le système
APTE, il faudra l'éclairer en infrarouge pendant un temps "t" égale à
t = E # 9ms
p
o valeur qui peut être augmentée si l'on désire des énergies émises plus importantes mais qui impose une lecture de l'image du type semi-parallèle.The following numerical example is interesting in this regard
Consider the material BaYb F Er and the results
known on its sensitivity to X-rays (see document
HN Hersh and G. Ban, in Applied Physics Letters Vol 20, N
3, p. 101 (February 1972) and equate his performances with APTE
to that of the solid solution (BaF2, YF3) doped Yb, Er
(see F. Auzel's paper in Proceeding of IEEE, Vol 61,
n 6, P.758, June 1973) .We then have nN = 1.55x10 4 cm2 / mW
If Ip = 60mW / cm2 then
Ie = 0.56mW / cm2 = 1.54 x 1015 photons-visible / sec cm2, hence an extinction coefficient in the IF area which is
PO = - 1,735 x 1011 photon-visible / sec.cm2.mR
In comparison, the FUJI system irradiated with 50 KeV will present during the optical reading a flow of visible photons equal to f = 1,5x1015 photons-visible / sec.cm2.mR
But for an average time of 1 s, from where an emissinon
E = 1.5x109 photons-visible / cm2 .mR
Finally to equalize in absolute value this variation of visible signal emitted during the reading with the system
APTE, it will be necessary to illuminate it in infrared during a time "t" equal to
t = E # 9ms
p
o value which can be increased if one wishes higher energies emitted but which imposes a reading of the image of the semi-parallel type.
En se reportant aux figures 2 et 3 on va maintenant décrire un système d'imagerie à mémoire utilisant les propriétés des matériaux APTE ainsi décrits et dans lequel la lecture s'effectue sans détruire l'information contenue dans le matériau sensible aux rayons X, avec une modulation du signal émis dans le visible qui peut évoluer de l'extinction complète pour une dose de rayons X maximale à une intensité maximale pour une dose de rayons X nulle. Referring to FIGS. 2 and 3, a memory imaging system will now be described using the properties of the APTE materials thus described and in which the reading is carried out without destroying the information contained in the X-ray sensitive material, with a modulation of the signal emitted in the visible which can evolve from complete extinction for a maximum X-ray dose to a maximum intensity for a zero X-ray dose.
Les éléments de base du système sont les suivants
- une source 1 de rayons X
- une plaque 2 sensible au rayonnement X qui mémorise l'image projetée
- une source d'excitation infrarouge 6 qui permet d'obtenir l'effet d'APTE au sein du matériau constituant la partie active de la plaque sensible 2 et ainsi de libérer l'information stockée
- un lecteur d'image ou capteur 4 qui convertit l'image visible produite sous excitation infrarouge en un signal électrique de type séquentiel;
- un effaçeur d'image 17 qui permet la remise à zéro de la plaque sensible par destruction des défauts électroniques crées sous irradiation X.The basic elements of the system are as follows
a source 1 of X-rays
an X-radiation sensitive plate 2 which stores the projected image
an infrared excitation source 6 which makes it possible to obtain the effect of APTE within the material constituting the active part of the sensitive plate 2 and thus to release the stored information
an image reader or sensor 4 which converts the visible image produced under infrared excitation into a sequential type electrical signal;
an image eraser 17 which allows the resetting of the sensitive plate by destruction of the electronic defects created under X irradiation.
Comme on peut le voir la figure 2, la source 1 émet un faisceau de rayons X vers un corps 5 à radiographier. La plaque 2 sensible aux rayons X enregistre donc l'image du corps 5. As can be seen in Figure 2, the source 1 emits an X-ray beam to a body 5 to be X-rayed. The X-ray sensitive plate 2 thus records the image of the body 5.
En figure 3, la source 6 de rayonnement infrarouge éclaire la plaque sensible 2 après l'enregistrement d'une image tel que cela a été réalisé en figure 2. Le faisceau infrarouge
F6 produit une excitation du matériau 20 de- la plaque 2. Celleci émet un faisceau F2. Un dispositif optique 3 retransmet un faisceau F3 au capteur 4. In FIG. 3, the source 6 of infrared radiation illuminates the sensitive plate 2 after the recording of an image as was done in FIG. 2. The infrared beam
F6 produces an excitation of the material 20 of the plate 2. Celleci emits a beam F2. An optical device 3 retransmits a beam F3 to the sensor 4.
Le capteur 4 traduit le faisceau lumineux reçu en un
ou plusieurs signaux électriques qui sont transmis à un circuit
de traitement 8. Celuici exploite les signaux électriques et
commande éventuellement l'affichage sur un écran 9 de l'image
reçue.The sensor 4 translates the received light beam into a
or more electrical signals that are transmitted to a circuit
8. It uses the electrical signals and
possibly control the display on a screen 9 of the image
received.
Il est à noter que dans cet exemple de réalisation les
sources utilisées émettent des rayons X, pour la source 1, et des rayons infrarouge pour la source 2.It should be noted that in this embodiment the
sources used emit X-rays, for source 1, and infrared rays for source 2.
Les longueurs d'ondes de ces sources pourraient être
différentes cependant, il convient que la longueur d'onde d'émis
sion de la source 1 soit inférieure à celle de la source 6.The wavelengths of these sources could be
However, it is appropriate that the wavelength of
source 1 is less than that of source 6.
Notamment pour le type de matériau employé et qui sera décrit
ultérieurement, on utilise une source 6 émettant dans l'infra
rouge.In particular for the type of material used and which will be described
later, we use a source 6 emitting in the infra
red.
Les différents éléments de cet exemple simplifié du
système de l'invention ainsi décrit peuvent prendre les formes
suivantes
La plaque 2 est sensible aux photons dont les énergies
sont de quelques dizaines de KeV pour un rayonnement X et de
l'ordre de l'électronVolt pour un rayonnement infrarouge utilisé
lors de la lecture de l'image latente. Cette plaque est consti
tuée d'un matériau luminophore enrobé d'un liant organique
(polymère) ou inorganique (verre, céramique). Les luminophores
employés seront décrits ultérieurement de manière plus précise,
leur caractéristique essentielle est qu'ils sont constitués
d'une matrice sensible au rayonnement X et par des ionsdopants
ou constituants à part entière de la matrice qui interagissent
entre eux par transfert d'énergie pour donner lieu à l'effet
d'APTE se traduisant par la conversion d'un rayonnement de
lecture infrarouge en rayonnement visible.The different elements of this simplified example of
system of the invention thus described can take the forms
following
Plate 2 is sensitive to photons whose energies
are a few tens of KeV for X-ray and
the order of the electronVolt for infrared radiation used
when reading the latent image. This plate is consti
killed from a phosphor material coated with an organic binder
(polymer) or inorganic (glass, ceramic). The luminophores
employees will be described later in more detail,
their essential characteristic is that they are constituted
of an X-ray sensitive matrix and by doping ions
or full-fledged constituents of the matrix that interact
between them by transfer of energy to give rise to the effect
of APTE resulting in the conversion of a radiation of
infrared reading in visible radiation.
La source 6 est une source lumineuse continue ou
pulsée émettant dans le proche infrarouge par exemple 960 nm et
pouvant comporter une optique de sortie. Cette source est cons
tituée par exemple d'un laser krypton pompant un colorant dont
l'émission infrarouge se situe dans le domaine de fréquence adaptée. Elle peut être aussi constituée d'un laser solide ou d'une diode électroluminescente. Enfin on peut également utiliser une lampe dont le spectre d'émission centré dans le proche infrarouge sera le cas échéant filtré pour éliminer la partie visible du spectre.Source 6 is a continuous light source or
pulsed emitting in the near infrared for example 960 nm and
which may include an output optic. This source is cons
staged for example a krypton laser pumping a dye whose
the infrared emission is in the appropriate frequency range. It may also consist of a solid laser or a light emitting diode. Finally, it is also possible to use a lamp whose emission spectrum centered in the near infrared will, if necessary, be filtered to eliminate the visible part of the spectrum.
Le capteur 4 est un détecteur des photons visibles émis par la plaque 2 sous excitation infrarouge. Ce détecteur peut être : un tube photomultiplicateur dont la photocathode est choisie en fonction de l'énergie des photons émis, un assemblage de photodiodes silicium, un dispositif à transfert de charges (DTC) ou encore la surface sensible d'une caméra de télévision à bas niveau de lumière. A ces détecteurs peut être associé en entrée un dispositif de filtrage dichroïque assurant une transmission optimale du signal visible issu de la plaque 2 et une résection quasi-totale (T < 10 du rayonnement infrarouge d'excitation. The sensor 4 is a visible photon detector emitted by the plate 2 under infrared excitation. This detector can be: a photomultiplier tube whose photocathode is chosen according to the energy of the photons emitted, an assembly of silicon photodiodes, a charge transfer device (DTC) or the sensitive surface of a television camera to low level of light. To these detectors can be associated at the input a dichroic filtering device ensuring optimal transmission of the visible signal from the plate 2 and an almost total resection (T <10 of the excitation infrared radiation.
La partie 3 qui intervient dans les figures est une optique. Nous entendons par optique tout moyen capable de transporter avec le meilleur rendement possible les photons visibles émis par la plaque 2 lorsqu'elle est stimulée par la source infrarouge 6 vers le détecteur 4. Selon le mode de réalisation, cette optique peut prendre différentes formes qui seront décrites ultérieurement. Part 3 which intervenes in the figures is an optics. By optical means any means capable of transporting with the best possible yield the visible photons emitted by the plate 2 when it is stimulated by the infrared source 6 towards the detector 4. According to the embodiment, this optic can take various forms which will be described later.
Le système d'imagerie X proposé ici repose sur différentes associations des éléments 2, 6, 3 et 4 décrits précédemment. The X imaging system proposed here is based on different combinations of elements 2, 6, 3 and 4 described above.
Le système des figures 2 et 3 possède en outre un dispositif d'effacement 17. Ce dispositif permet d'effacer une image enregistrée sous irradiation par rayons X dans le matériau luminophore de la plaque sensible 2. Cet effacement se fait par échauffement de la plaque 2. Le dispositif d'effacement 17 peut donc prendre la forme d'une source chaude ou d'une source de rayonnement infrarouge. The system of FIGS. 2 and 3 furthermore has an erasing device 17. This device makes it possible to erase an image recorded under X-ray irradiation in the phosphor material of the sensitive plate 2. This erasure is done by heating the plate 2. The erasing device 17 may therefore take the form of a hot source or an infrared radiation source.
En se reportant aux figures 4 à 10 on va maintenant décrire différentes variantes de réalisation du système de l'invention. Referring to Figures 4 to 10 will now be described various alternative embodiments of the system of the invention.
La figure 4, représente un système dans lequel le détecteur 4 est réalisé sous la forme d'une barrette de dispositifs à transfert de charges (DTC) permettant de faire l'acquisition simultanée des photons émis par une ligne XX' de la plaque sensible 2. Le détecteur 4 peut être éloigné de la plaque 2 et un dispositif optique 3 transmet alors la lumière émise par la plaque 2 vers le détecteur 4. Le détecteur 4 peut être également proche de la plaque 2, voire y être pratiquement accolé. Le dispositif optique 3 n'est alors pas utile. FIG. 4 shows a system in which the detector 4 is made in the form of a bar of charge transfer devices (DTC) enabling simultaneous acquisition of the photons emitted by a line XX 'of the sensitive plate 2 The detector 4 can be moved away from the plate 2 and an optical device 3 then transmits the light emitted by the plate 2 to the detector 4. The detector 4 can also be close to the plate 2, or even be practically contiguous thereto. The optical device 3 is then not useful.
Sur la figure 4, la source infrarouge 6 et le détecteur 4 sont situés de part et d'autre de la plaque 2
La ligne lumineuse suivant XX' est produite sur la plaque sensible 2 par étalement du faisceau infrarouge d'excitation fourni par la source 6 à l'aide d'un expandeur 7 puis par focallsation de ce faisceau sur la plaque 2 à l'aide d'une lentille cylindrique 10 dont l'axe est parallèle à XX'. A ceci s'ajoute un déplacement de la plaque selon une direction Y per pendiculaire à la ligne XX' pour balayer l'ensemble.In FIG. 4, the infrared source 6 and the detector 4 are situated on either side of the plate 2
The next light line XX 'is produced on the sensitive plate 2 by spreading the infra-red excitation beam supplied by the source 6 with the aid of an expander 7 and then focusing this beam on the plate 2 with the aid of a cylindrical lens 10 whose axis is parallel to XX '. To this is added a displacement of the plate in a Y direction pendicular to the line XX 'to scan the assembly.
Ce déplacement est commandé par des moyens non représentés
Il est également intéressant de disposer d'une référence sur le faisceau d'excitation infrarouge fourni par la source 6 ce qui permet de s'affranchir des fluctuations de ce faisceau. En effet ces fluctuations, seraient élevées à la puissance "n" (voir équation 1) pour le signal visible;
Un dispositif semi-réfléchissant 11 est donc placé sur le trajet du faisceau F6 émis par la source 6. Il transmet une partie du faisceau F6 sous la forme du faisceau F11 qui est transmis à la plaque 2 et un faisceau F10 est focalisé sur la ligne XX'. Par ailleurs, le dispositif semiréfléchissant 11 réfléchit un faisceau F'11 vers un détecteur infrarouge 12.This movement is controlled by means not shown
It is also interesting to have a reference on the infrared excitation beam provided by the source 6 which makes it possible to overcome the fluctuations of this beam. Indeed these fluctuations, would be raised to the power "n" (see equation 1) for the visible signal;
A semi-reflective device 11 is thus placed on the path of the beam F6 emitted by the source 6. It transmits a part of the beam F6 in the form of the beam F11 which is transmitted to the plate 2 and a beam F10 is focused on the line XX '. Moreover, the semireflective device 11 reflects a beam F'11 towards an infrared detector 12.
Celui-ci transmet en échange un signal électrique à une entrée d'un comparateur 8 qui reçoit sur une autre entrée chaque signal fourni par le détecteur 4. Le comparateur 8 qui peut être un amplificateur différentiel permet ainsi de s'affranchir des fluctuations de la source 6.The latter in exchange transmits an electrical signal to an input of a comparator 8 which receives on another input each signal supplied by the detector 4. The comparator 8 which may be a differential amplifier thus makes it possible to overcome the fluctuations of the source 6.
La figure 5 représente une variante de réalisation dans lequel le détecteur 4 se trouve du même côté que le fais- ceau d'excitation de la plaque 2. Selon ce système le faisceau infrarouge fourni par la source 6 et focalisé par la lentille cylindrique 10 est réfléchi par un dispositif réfléchissant 13 sous la forme d'un faisceau F13 sur la ligne XX' de la plaque 2. FIG. 5 shows an alternative embodiment in which the detector 4 is on the same side as the excitation beam of the plate 2. According to this system, the infrared beam supplied by the source 6 and focused by the cylindrical lens 10 is reflected by a reflecting device 13 in the form of a beam F13 on the line XX 'of the plate 2.
Le dispositif réfléchissant 13 peut pivoter, commandé par des moyens non représentés, de façon que le faisceau F13 balaie la plaque 2 et que la ligne XX' se déplace selon la direction Y perpendiculaire à XX'. Le dispositif optique 3 et le détecteur 4 se déplacent alors également, commandés par les mêmes moyens de commande, de façon à suivre les déplacement de la ligne XX'. The reflecting device 13 can pivot, controlled by means not shown, so that the beam F13 scans the plate 2 and the line XX 'moves in the direction Y perpendicular to XX'. The optical device 3 and the detector 4 also move, controlled by the same control means, so as to follow the movement of the line XX '.
La figure 6 représente une variante de réalisation dans lequel le détecteur 4 est bidimensionnel permettant l'acquisition de l'image en une seule fois ou par blocs si la plaque 2 est de grande dimension (par exemple 40 sur 40 cm). La source 6 fournit un faisceau infrarouge F6 à l'expandeur 7 qui éclaire avec le faisceau F7 l'ensemble de la plaque sensible 2. FIG. 6 represents an embodiment variant in which the detector 4 is two-dimensional allowing the acquisition of the image at one time or in blocks if the plate 2 is of large size (for example 40 × 40 cm). The source 6 provides an infrared beam F6 to the expander 7 which illuminates with the beam F7 the whole of the sensitive plate 2.
Dans le cas ou l'acquisition de l'image par détecteur 4 se fait par blocs, la méthode d'acquisition impose un déplacement mécanique conjugué de la plaque sensible 2 et du détecteur 4. Dans les deux cas, le détecteur 4 pourra être une matrice de type DTC (dispositif à transfert de charges) ou la surface sensible d'une caméra de télévision à bas niveau de lumière, associé à une optique 3 qui peut être soit une lentille permettant de faire l'image de la plaque 2 sur le détecteur 4 ou un réducteur à fibres optiques qui sera décrit ultérieurement et dont l'extrémité grande surface sera appliquée contre le matériau sensible
APTE de la plaque 2 et l'extrémité petite surface sera en contact avec le détecteur 4.Il est possible également d'avoir une référence sur l'excitation infrarouge comme en figures 4 et 5 et de placer l'excitation infrarouge -de b source 6 et la détection 4 d'un même côté de la plaque sensible 2.In the case where the acquisition of the image by detector 4 is done in blocks, the acquisition method imposes a conjugate mechanical displacement of the sensitive plate 2 and the detector 4. In both cases, the detector 4 may be a DTC-type matrix (charge transfer device) or the sensitive surface of a low-level television camera, associated with an optics 3 which may be either a lens for imaging the plate 2 on the detector 4 or a fiber optic reducer to be described later and whose large surface end will be applied against the sensitive material
APTE of the plate 2 and the small surface end will be in contact with the detector 4.It is also possible to have a reference on the infrared excitation as in Figures 4 and 5 and to place the infrared excitation -de b source 6 and detection 4 on the same side of the sensitive plate 2.
La figure 7 fournit un système permettant d'améliorer le contraste de l'image à lire. Figure 7 provides a system for improving the contrast of the image to be read.
Pour améliorer le signal visible émis sous excitation infrarouge dans la plaque sensible, on peut superposer deux sources infrarouges à savoir un laser sondant la plaque sensible 2 suivant une ligne XX' et par exemple une lampe infrarouge 16 éclairant avec un faisceau F16 l'ensemble de la plaque 2. Ce faisceau F16 a comme rôle de présensibiliser la plaque 2 en se plaçant sur un point de fonctionnement de la courbe tirée de l'équation 1 (I e = N IpnTn) . Une fois ce point de fonctionnement fixé, l'apport local d'énergie infrarouge sur la plaque 2 par le faisceau laser F10 permet d'obtenir- des variations importantes du signal visible entre les différents points de l'image et ainsi d'améliorer le contraste de l'image. To improve the visible signal emitted under infrared excitation in the sensitive plate, it is possible to superimpose two infrared sources, namely a laser probing the sensitive plate 2 along a line XX 'and for example an infrared lamp 16 illuminating with a beam F16 the entire plate 2. This beam F16 has the role of presensitizing the plate 2 by placing itself on an operating point of the curve taken from equation 1 (I e = N IpnTn). Once this operating point has been set, the local supply of infrared energy on the plate 2 by the laser beam F10 makes it possible to obtain significant variations of the visible signal between the different points of the image and thus to improve the contrast of the image.
La figure 8, représente une conception par fibres optiques du dispositif optique 3 des systèmes précédemment décrits. Ce dispositif de transmission à fibres optiques est appliqué à un détecteur bidimensionnel 4. Figure 8 shows an optical fiber design of the optical device 3 of the previously described systems. This optical fiber transmission device is applied to a two-dimensional detector 4.
1l comporte un réseau de fibres (30, 31) dont les extrémités telles que 20, 21 sont arrangées sous forme d'une matrice et appliquée contre une face de la plaque sensible 2 de façon à recueillir la lumière émise par différents points de la plaque 2. Les extrémités telles que 40 et 41 sont également arrangées sous forme d'une matrice de façon à correspondre à la matrice de détection du détecteur bidimensionnel 4. 11 comprises a fiber network (30, 31) whose ends such as 20, 21 are arranged in the form of a matrix and applied against one face of the sensitive plate 2 so as to collect the light emitted by different points of the plate 2. The ends such as 40 and 41 are also arranged in the form of a matrix so as to correspond to the detection matrix of the two-dimensional detector 4.
Ce dispositif de transmission à fibres a été appliquée à un détecteur bidimensionnel mais il peut également être appliqué à un détecteur linéaire (barrette de détecteur). Il prendra alors la forme d'une nappe de fibres optiques. This fiber transmission device has been applied to a two-dimensional detector but it can also be applied to a linear detector (sensor array). It will then take the form of a sheet of optical fibers.
La figure 9, représente un système dans lequel la transmission optique entre la plaque sensible 2 et le détecteur 4 se fait à l'aide de fibres, telles que 35 et 36, noyées dans le matériau de la plaque sensible 2 selon le plan de la plaque. FIG. 9 represents a system in which the optical transmission between the sensitive plate 2 and the detector 4 is made using fibers, such as 35 and 36, embedded in the material of the sensitive plate 2 according to the plane of the plate.
La lentille cylindrique 10 projette un faisceau de rayons infrarouges F10 selon une ligne XX' de la plaque 2. Les fibres telles que 35, 36 sont disposées selon une direction Y perpendiculaire à la ligne XX'. The cylindrical lens 10 projects an infrared ray beam F10 along a line XX 'of the plate 2. The fibers such as 35, 36 are arranged in a direction Y perpendicular to the line XX'.
Des moyens non représentés permettent de déplacer la ligne XX' selon la direction Y. Ce déplacement se fait soit par déplacement de la lentille cylindrique 10 soit par déplacement relatif du détecteur 2 par rapport à la lentille cylindrique 10. Unrepresented means are used to move the line XX 'in the direction Y. This displacement is either by displacement of the cylindrical lens 10 or by relative displacement of the detector 2 relative to the cylindrical lens 10.
A chaque déplacement de la ligne XX', le détecteur 4, lit une série de points situés à l'intersection des fibres et de la ligne XX'.At each movement of the line XX ', the detector 4 reads a series of points located at the intersection of the fibers and the line XX'.
Dans cette variante de réalisation, le matériau sensible au rayonnement X et convertisseur infrarouge-visible fait partie intégrante de l'optique 3 servant de guide de lumière entre la plaque sensible 2 et le détecteur 4. En fait une partie de l'optique 3 (fibres optiques) sert de surface sensible. L'optique 3 est alors constituée d'un assemblage de fibres vitreuses parallèles les unes aux autres suivant une direction perpendiculaire aux rayons X ou infrarouge incidents. In this variant embodiment, the material sensitive to X-radiation and infrared-visible converter forms an integral part of the optics 3 serving as a light guide between the sensitive plate 2 and the detector 4. In fact, part of the optics 3 ( optical fibers) serves as a sensitive surface. The optic 3 then consists of an assembly of vitreous fibers parallel to each other in a direction perpendicular to the incident X-ray or infrared ray.
La création des défauts électroniques sous rayons X s'effectue au sein de ces fibres ainsi que l'APTE lors de la lecture. La lumière visible émise alors est canalisée dans chaque fibre jusqu'au détecteur linéaire 4 constitué par exemple d'une barrette de photodiodes. La lecture de l'image est réalisée en déplaçant suivant la direction des axes des fibres un trait lumineux infrarouge perpendiculaire à celles-ci. The creation of the electronic defects under X-rays is carried out within these fibers as well as the APTE during the reading. The visible light emitted then is channeled in each fiber to the linear detector 4 consisting for example of a photodiode array. The reading of the image is performed by moving in the direction of the axes of the fibers an infrared luminous line perpendicular to them.
La configuration décrite Ici est envisageable lorsque le matériau APTE n'est pas incorporé aux fibres mais les enrobe. The configuration described here is conceivable when the APTE material is not incorporated in the fibers but coats them.
Dans ce cas les photons visibles crées dans le matériau sous excitation infrarouge sont piégés en grande partie dans les fibres et canalisés comme précédemment vers le détecteur 2.In this case, the visible photons created in the material under infrared excitation are trapped to a large extent in the fibers and channeled as previously to the detector 2.
Dans ce qui précède, nous nous sommes placés dans le cas de détecteurs linéaires ou bidimensionnels. In what precedes, we are placed in the case of linear or two-dimensional detectors.
La figure 10, représente un exemple de réalisation dans lequel le détecteur 4 est ponctuel et où on a une excitation infrarouge focalisée par point sur la plaque 2. Dans ce cas on doit réaliser un déplacement (balayage) du faisceau d'excitation sur la plaque 2 et un déplacement associée du détecteur 4. FIG. 10 shows an exemplary embodiment in which the detector 4 is punctual and where there is a point-focused infrared excitation on the plate 2. In this case, it is necessary to carry out a displacement (sweeping) of the excitation beam on the plate 2 and an associated displacement of the detector 4.
Selon l'exemple de réalisation de la figure 10, on prévoit, entre le séparateur 11 et la plaque 2, un miroir 14 orientable autour d'un axe parallèle à l'axe X, la plaque 2 étant située parallèlement au plan XY. Le miroir 14 permettra ainsi une déflexion du faisceau d'excitation sur la plaque 2 selon une direction parallèle à l'axe Y. Un miroir 15 est orlen- table autour de l'axe Y permettant un balayage du faisceau d'excitation, sur la plaque 2, selon une direction parallèle à l'axe
X. Ainsi, la rotation combinée des deux miroirs 14 et 15 permet un balayage de toute la surface de la plaque 2.According to the embodiment of Figure 10, there is provided, between the separator 11 and the plate 2, a mirror 14 orientable about an axis parallel to the axis X, the plate 2 being located parallel to the XY plane. The mirror 14 will thus allow a deflection of the excitation beam on the plate 2 in a direction parallel to the Y axis. A mirror 15 is orbital around the Y axis allowing a scanning of the excitation beam, on the plate 2, in a direction parallel to the axis
X. Thus, the combined rotation of the two mirrors 14 and 15 allows a sweeping of the entire surface of the plate 2.
Les rotations des miroirs 14 et 15 sont commandées par des commandes CR16 et CR'16 d'un dispositif déflecteur 16. The rotations of the mirrors 14 and 15 are controlled by commands CR16 and CR'16 of a deflector device 16.
Celui-ci commande également, en synchronisme, des déplacements correspondants du détecteur 4 par des commandes CD16 et CD'16.The latter also controls, in synchronism, corresponding displacements of the detector 4 by commands CD16 and CD'16.
Une autre variante des systemes précédents consiste à
Introduire parallèlement ou à la place de la référence sur l'excitation infrarouge, une référence sur le signal émis visible ou une comparaison entre deux points de mesure consécutifs. Cette possibilité applicable dans le cas de détecteurs ponctuels ou linéaires nécessite de scinder en deux le faisceau d'excitation infrarouge à l'aide notamment de lames séparatrices ou bien de cubes polariseurs. Cette méthode permet de compenser les augmentations éventuellles d'intensité de la luminescence visible pendant le temps d'acquisition dû à une légère diminution de la population de défauts électroniques sous l'excitation IR.Another variant of the previous systems consists of
Introduce parallel or instead of the reference on the infrared excitation, a reference on the visible emitted signal or a comparison between two consecutive measurement points. This possibility, which is applicable in the case of point or linear detectors, requires splitting the infrared excitation beam in two, in particular using separating blades or polarizing cubes. This method makes it possible to compensate for possible increases in the intensity of the visible luminescence during the acquisition time due to a slight decrease in the population of electronic defects under the IR excitation.
Selon une autre variante de réalisation de l!inven- tion, on prévoit également un fenêtrage dynamique permettant de réaliser une prélecture afin de définir un un fenêtrage du signal émis et d'utiliser au mieux la dynamique du détecteur. Cette prélecture par flash infrarouge conduira à mesurer l'intensité visible moyenne issue de l'écran 2 et connaissant l'objet radiographié à estimer les extrêma d'intensité visible auxquels on peut s'attendre sur le détecteur 4. According to another variant embodiment of the invention, a dynamic windowing is also provided making it possible to carry out a pre-firing in order to define a windowing of the transmitted signal and to make the best use of the detector's dynamics. This prefetching by infrared flash will lead to measure the average visible intensity from the screen 2 and knowing the object x-rayed to estimate the extremes of visible intensity that can be expected on the detector 4.
Il faut noter que le fenêtrage peut s'effectuer dans les configurations à détecteur aussi bien ponctuel que linéaire. It should be noted that windowing can be carried out in detector configurations as well as one-off and linear.
Un balayage rapide de l'écran 2 (lignes lumineuses plus espacées que pour l'acquisition haute résolution) permettra de tracer l'histogramme donnant grossièrement la distribution de points d'égale intensité et ainsi il sera possible de définir les extrêma d'intensité visible au dela desquels on ne tient pas compte du. signal mesuré.A quick scan of the screen 2 (light lines more spaced than for high resolution acquisition) will draw the histogram roughly giving the distribution of points of equal intensity and so it will be possible to define the extremes of visible intensity beyond which we do not take into account. measured signal.
Dans ce qui précède le fonctionnement des différents modes de réalisations ont été décrits dans leur mode de lecture de la plaque sensible 2. Comme cela a été mentionné en relation avec les figures 2 et 3, le système permet également un effacement d'une image enregistrée dans la plaque 2. In the foregoing the operation of the various embodiments have been described in their reading mode of the sensitive plate 2. As has been mentioned in connection with FIGS. 2 and 3, the system also allows an erasure of a recorded image. in the plate 2.
Cette opération d'effacement peut s'effectuer selon deux méthodes
- annihilation thermique
- annihilation optique.This erasure operation can be carried out according to two methods
- thermal annihilation
- optical annihilation.
La première méthode nécessite le chauffage de la plaque 2 pour relaxer les défauts électroniques créés sous rayons
X. Le mode de chauffage est réalisé par exemple à l'aide d'air chaud pulsé sur l'écran sensible.The first method requires the heating of the plate 2 to relax the electronic defects created under rays
X. The heating mode is performed for example with hot air pulsed on the sensitive screen.
La seconde méthode peut être réalisée avec une lampe émettant des radiations de longueurs d'onde courtes type ultraviolettes ou encore par irradiation de la plaque sensible avec un faisceau infrarouge de grande longueur d'onde. The second method can be carried out with a lamp emitting ultraviolet-type short wavelength radiation or by irradiating the sensitive plate with a long-wave infrared beam.
On va maintenant décrire de façon plus détaillée la plaque 2 et le matériau luminophore qui la constitue. The plate 2 and the phosphor material which constitutes it will now be described in more detail.
La plaque sensible au rayonnement X est composée, comme nous l'avons dit précédemment, d'un matériau luminophore qui se présente sous forme de cristaux, grains ou microcristallites en suspension et mis en forme dans un liant. The X-ray sensitive plate is composed, as we said above, of a phosphor material which is in the form of crystals, grains or microcrystallites suspended and shaped in a binder.
Dans le cas d'une radiation photonique énergétique comme les rayons X, l'absorption du rayonnement est d'autant meilleure que le numéro atomique moyen du matériau est grand. In the case of an energetic photonic radiation such as X-rays, the absorption of the radiation is even better than the average atomic number of the material is large.
De plus à l'importance de l'absorption de la radiation X dans le matériau est liée la dégradation minimale du rapport signal à bruit pendant la détection. Enfin, l'absorption des rayons X doit se faire sur une très faible épaisseur pour que la résolution de l'image révélée par le rayonnement infrarouge soit bonne. La diminution de l'épaisseur de la couche active imposée également par le souci de minimiser la diffusion ou la réabsorption de la lumière émise est limitée cependant par la nécessité d'absorber suffisamment de rayonnement infrarouge dans la couche active lors de la lecture.In addition to the importance of absorption of X radiation in the material is related the minimal degradation of the signal-to-noise ratio during detection. Finally, the absorption of the X-rays must be done on a very small thickness so that the resolution of the image revealed by the infrared radiation is good. The decrease in the thickness of the active layer also imposed by the concern to minimize the diffusion or reabsorption of the emitted light is limited however by the need to absorb enough infrared radiation in the active layer during reading.
Par ailleurs, la conversion infrarouge visible ne peut s'effectuer qu'avec certains couples d'ions particuliers dpnt les niveaux électroniques respectifs ont une comcidence énergétique suffisante. On the other hand, the visible infrared conversion can only take place with certain specific ion pairs of the respective electronic levels having a sufficient energy density.
C'est pourquoi dans le domaine de l'imagerie en rayons
X nous nous orientons vers des matériaux de numéros atomiques moyens élevés pouvant contenir les ions adéquats pour l'APTE et être le siège de formations importantes de défauts électroniques sous irradiation X. Parmi ces matériaux nous trouvons
- soit des flurorures simples de terres rares de formule générale (Tri, Yb, Er ou Tm ou Ho) F3 dans laquelle Tri représente un ion trivalent comme par exemple y3+ La3+, Gd3+, Lu3+
- soit des fluorures mixtes alcalins - terres rares de formule générale (Mon F)1z[(Tri, Yb, Er ou Tm ou Ho) F3 1 dans laquelle Mon représente un ion monovalent comme par exemple Li, Na, KI, Rb+
- soit des flurorures mixtes alcalino-terreux-terres rares, de formule générale (Biv F2) 1 z[(Tri, Yb, Er, ou Tm ou Ho) F3 ]z dans laquelle Biv représente un ion bivalent comme par exemple
Ca2+, Ba2+, Pb2+
- soit des composés de la famille des oxysulfures de formule générale (Tri, Yb, Er, ou Tm ou Ho ) 02S dans laquelle Tri a la signification indiquée précédemment
- soit des oxyhalogénures de formules générales (Tri, Yb, Er ou Tm ou Ho) O X ou (Tri, Yb, Er ou Tm ou Ho) 3 O X7 dans lesquelles X = Cl, Br, I
- soit enfin des vitrocéramiques aux terres rares dont les composants sont (Tri2O3, Yb2O3, Er203 ou Tm2O3 ou
Ho2O3, BaF2 ou PbF2 ou GdF3 ou ZrF4, MnOm)- où M est un ou plusieurs des éléments formateurs de verre : B,
Si, P, Ge, Te.That's why in the field of ray imaging
X we focus on high average atomic number materials that can contain the appropriate ions for the APTE and be the seat of significant formations of electronic defects under X irradiation. Among these materials we find
or simple rare earth flurorides of general formula (Tri, Yb, Er or Tm or Ho) F3 in which Tri represents a trivalent ion such as, for example, y3 + La3 +, Gd3 +, Lu3 +
or mixed alkaline-rare earth fluorides of general formula (Mon F) 1z [(Tri, Yb, Er or Tm or Ho) F3 1 in which Mon represents a monovalent ion such as, for example, Li, Na, KI, Rb +
or mixed alkaline earth-rare earth flurorides of general formula (Biv F 2) 1 z [(Tri, Yb, Er, or Tm or Ho) F 3] in which Biv represents a divalent ion such as, for example
Ca2 +, Ba2 +, Pb2 +
or compounds of the family of oxysulphides of general formula (Tri, Yb, Er, or Tm or Ho) 02S in which Tri has the meaning indicated above
or oxyhalides of general formulas (Tri, Yb, Er or Tm or Ho) OX or (Tri, Yb, Er or Tm or Ho) wherein X = Cl, Br, I
- or finally rare earth vitroceramics whose components are (Tri2O3, Yb2O3, Er203 or Tm2O3 or
Ho2O3, BaF2 or PbF2 or GdF3 or ZrF4, MnOm) - where M is one or more of the glass forming elements: B,
If, P, Ge, Te.
Ces composés seront en particulier optimisés pour le système de l'invention du point de vue de la taille des microstructures, de la densité de celles-ci et du dopage pour permettre d'une part une création à fort rendement de défauts électroniques sous l'effet de rayonnement à enregistrer, d'autre part une interaction efficace entre ces défauts électroniques et les ions responsables de l'APTE et enfin une émission visible par
APTE optimale. Un mélange de ces différents matériaux peut être envisagé.In particular, these compounds will be optimized for the system of the invention from the point of view of the size of the microstructures, the density thereof and the doping to allow on the one hand a high-efficiency creation of electronic defects under the radiation effect to be recorded, on the other hand an effective interaction between these electronic defects and the ions responsible for the APTE and finally a visible emission by
FAST optimal. A mixture of these different materials can be considered.
Lorsqu'il se présente sous forme de poudre le luminophore est inclus dans un liant qui devra etre transparent à la lumière d'excitation infrarouge et à la lumière visible émise sous cette excitation et posséder un indice de réfraction optique proche de celui de la poudre, de façon à limiter les pertes optiques. When it is in powder form, the phosphor is included in a binder which will have to be transparent to the infrared excitation light and to the visible light emitted under this excitation and to have an optical refractive index close to that of the powder, in order to limit the optical losses.
optique proche de celui de la poudre, de façon à limiter les pertes optiques
Parmi les polymères utilisables pour la préparation de telles couches on trouve les résines époxy telles que celle connue sous le nom commercial Araldite.close to that of the powder, so as to limit the optical losses
Among the polymers that can be used for the preparation of such layers are epoxy resins such as that known under the trade name Araldite.
Le liant pourra être également un verre à bas point de fusion. The binder may also be a low melting point glass.
Le système de l'invention a ainsi permis une restitution d'une image par conversion APTE au sein d'un matériau sensible de ltécran 2 irradié auparavant par les rayons X. The system of the invention has thus made it possible to restore an image by APTE conversion within a sensitive material of the screen 2 previously irradiated with X-rays.
L'émission lumineuse visible varie ponctuellement suivant la dose X reçue lors de la phase de formation de l'image latente. The visible light emission varies punctually according to the dose X received during the formation phase of the latent image.
La nature des processus mis en jeu après irradiation
X, lors de la conversion infrarouge visible et la modulation de l'émission visible, permet d'obtenir des variations du flux lumineux visible supérieures a celles produites dans des scintillateurs classiques sans effet mémoire ou des systèmes plus récents d'imagerie X à mémoire. Cet effet amplificateur insoupçonné jusqu a présent dans les travaux relatifs à l'influence des rayons X dans ces matériaux s'accompagne d'une grande stabilité des défauts électroniques crées sous rayons X dans le matériau sensible, permettant une accumulation du signal au niveau du système de lecture sans toutefois s'opposer à l'effacement thermique ou optique de l'image latente.The nature of the processes involved after irradiation
X, during visible infrared conversion and modulation of visible emission, allows to obtain visible light flux variations greater than those produced in conventional non-memory effect scintillators or newer X-ray memory imaging systems. This previously unimagined amplification effect in the work on the influence of X-rays in these materials is accompanied by a great stability of the electronic defects created under X-rays in the sensitive material, allowing a signal accumulation at the system level. reading but without opposing the thermal or optical erasure of the latent image.
Le système ainsi décrit dans l'invention est destiné à l'imagerie en rayons X et peut être utilisé aussi bien dans le domaine médical en imagerie radiodiagnostic (énergies des rayons
X de 20 à 80 KeV) ou en thérapie pour le positionnement des malades (énergie de 1 à 10 MeV) que dans le domaine du contrôle industriel (énergie 50 KeV à plusieurs MeV) ou encore dans les laboratoires de diffraction X pour les études cristallographiques.The system thus described in the invention is intended for X-ray imaging and can be used both in the medical field in radiodiagnostic imaging (radiation energies
X from 20 to 80 KeV) or in patient positioning therapy (energy from 1 to 10 MeV) than in the field of industrial control (50 KeV energy at several MeV) or in X-ray diffraction laboratories for crystallographic studies .
Il est bien évident que la description qui précède n'a été faite qu'à titre d'exemple non limitatif. It is obvious that the foregoing description has been made only by way of non-limiting example.
D'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Les exemples de matériaux et de types de rayonnements n'ont été fournis que pour illustrer la description. Other variants may be envisaged without departing from the scope of the invention. Examples of materials and types of radiation have been provided only to illustrate the description.
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1987
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