FR2903992A1

FR2903992A1 - Composition de scintillateur, article et procede associe.

Info

Publication number: FR2903992A1
Application number: FR0756384A
Authority: FR
Inventors: Alok Mani Srivastava; Holly Ann Comanzo; Venkat Subramani Venkataramani
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2008-01-25
Anticipated expiration: 2027-07-10
Also published as: CN101105533A; CN101105533B; FR2903992B1; US20080011953A1

Abstract

L'invention propose une composition de scintillateur. Cette composition de scintillateur peut comprendre une matrice comportant au moins un ion lanthanide et au moins un ion halogène, ainsi qu'un dopant. Le dopant peut englober un ion activateur cérium trivalent, disposé dans la matrice, et un ion activateur bismuth trivalent, disposé dans la matrice.

Description

2903992 B07-2472FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Composition de

scintillateur, article et procédé associé Invention de : SRIVASTAVA Alok Mani COMANZO Holly Ann VENKATARAMANI Venkrat Subramaniam Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 11 juillet 2006 sous le n 11/484.080 2903992 2 Composition de scintillateur, article et procédé associé La présente invention englobe des modes de réalisation qui se rapportent au domaine des détecteurs de rayonnements. Les modes de réalisation peuvent englober une composition de scintillateur destinée à être utilisée dans un détecteur de rayonnements. D'autre part, les modes de réalisation peuvent englober un procédé de réalisation et/ou d'utilisation d'une composition de scintillateur. Les détecteurs de rayonnements peuvent détecter des rayons gamma, des rayons X, des rayons cosmiques et des particules caractérisées par un niveau énergétique supérieur à environ 1 keV. Il est possible d'utiliser des cristaux scintillateurs dans des détecteurs de ce type. Dans ces détecteurs, un cristal scintillateur peut être couplé à un détecteur de lumière, tel qu'un photodétecteur. Lorsqu'un photon provenant d'une source de radionucléides frappe le cristal, celui-ci peut réagir en émettant de la lumière. Le détecteur de lumière peut détecter cette émission lumineuse et en tant que réaction, le photodétecteur peut produire un signal électrique. Ce signal électrique peut être proportionnel au nombre d'émissions lumineuses reçues, ainsi qu'à l'intensité de l'émission lumineuse. Un cristal scintillateur peut être utilisé dans des équipements d'imagerie médicale, par exemple un tomographe par émission de positons (TEP), en tant qu'outil de radiocarottage dans l'industrie du pétrole et pour d'autres applications d'imagerie numérique. Les équipements d'imagerie médicale, tels que la tomographie par émission de positons (TEP), peuvent utiliser un détecteur de cristal scintillateur, dans lequel une pluralité de pixels sont disposés dans un arrangement circulaire. Chaque pixel peut inclure une cellule à cristal scintillateur, couplée à un tube photomultiplicateur.

En TEP, un composé indicateur chimique, ayant une activité biologique souhaitée ou une affinité pour un organe particulier, peut être marqué d'un isotope radioactif. Cet isotope peut se désintégrer en émettant un positon. Le positon émis peut agir réciproquement avec un électron et peut fournir deux photons de 511 keV (rayons gamma). Les deux photons sont émis simultanément, se déplacent presque dans des directions exactement opposées, pénètrent dans les tissus environnants, sortent du corps du patient et sont absorbés et enregistrés par le détecteur. En mesurant la légère différence entre les instants où les deux photons arrivent aux deux points dans le détecteur, on peut calculer la position de l'émission de positons à l'intérieur de la 2903992 3 cible. Bien entendu, l'émission de positons coïncide avec la position de l'isotope et du tissu ou de l'organe marqué par l'isotope. Cette mesure de la différence de temps peut être limitée par le pouvoir de ralentissement, l'émission lumineuse et le temps de désintégration de la composition de scintillateur. 5 Une autre application d'une composition de scintillateur concerne un outil de radiocarottage. Dans ce cas, le détecteur capte le rayonnement émanant d'une formation géologique et le convertit en une émission lumineuse susceptible d'être détectée. Un tube photomultiplicateur peut détecter la lumière émise. Les émissions lumineuses peuvent être transformées en impulsions électriques. La composition de 10 scintillateur et le matériel associé doivent fonctionner à des températures élevées, de même que dans des conditions rudes de chocs et de vibrations. Un dispositif d'imagerie nucléaire peut subir des températures élevées et des niveaux de radiation élevés. Il peut être souhaitable de disposer d'une composition de scintillateur et d'un 15 article utilisant une composition de scintillateur qui présente une ou plusieurs propriétés et caractéristiques qui soient différentes de celles disponibles à l'heure actuelle. De même, il peut être souhaitable de disposer d'un procédé pour réaliser et/ou utiliser une composition de scintillateur, qui soit différent de ceux disponibles à l'heure actuelle. 20 Selon un mode de réalisation, une composition de scintillateur est préparée. Cette composition de scintillateur peut comprendre une matrice comportant au moins un ion lanthanide et au moins un ion halogène; et un dopant. Le dopant peut comporter un ion activateur cérium trivalent, disposé dans la matrice, et un ion activateur bismuth trivalent disposé dans la matrice. 25 Selon un mode de réalisation, une composition de scintillateur est préparée. Cette composition de scintillateur comporte un produit réactionnel d'un matériau formant une matrice, d'un précurseur d'halogène lanthanide et d'un dopant. Le dopant comporte un précurseur d'ion activateur cérium trivalent et un précurseur d'ion activateur bismuth trivalent. 30 Selon un mode de réalisation, il est prévu une tranche. Cette tranche comprend une composition de scintillateur conforme à un mode de réalisation de l'invention. Selon un mode de réalisation un article inclut cette tranche. Selon un mode de réalisation, il est prévu un détecteur de rayonnement pour détecter un rayonnement hautement énergétique. Ce détecteur de rayonnement peut 2903992 4 comprendre un élément scintillateur formé à partir d'une composition de scintillateur. Cette composition peut comprendre une matrice constituée d'un lanthanide halogène. Celui-ci peut inclure au moins un ion lanthanide et au moins un ion halogène. En outre, la composition de scintillateur peut inclure un dopant présentant un ion 5 activateur cérium trivalent, disposé dans la matrice, et un ion activateur bismuth trivalent, disposé dans la matrice. Selon un mode de réalisation, il est prévu un procédé de fabrication d'une composition de scintillateur. Ce procédé comprend la mise en contact d'au moins un précurseur d'ion lanthanide et d'au moins un précurseur d'ion halogène, d'un 10 précurseur d'ion activateur cérium trivalent et d'un précurseur d'ion activateur bismuth trivalent, dans un rapport défini pour obtenir un mélange. Ce mélange peut être chauffé jusqu'à une température donnant une composition en fusion. Cette composition en fusion peut refroidir pour former une composition de scintillateur cristalline. Un autre procédé comprend l'exposition d'une composition de scintillateur 15 à une source de rayonnement, conformément à un mode de réalisation de l'invention. Selon un mode de réalisation, une composition de scintillateur est préparée. Cette composition peut comprendre un produit réactionnel d'un matériau formant matrice, d'un précurseur de lanthanide halogène et d'un dopant constitué d'un précurseur d'ion activateur cérium trivalent et d'un précurseur d'ion activateur 20 bismuth trivalent. Dans un mode de réalisation, l'ion lanthanide comporte du lutétium. Dans un mode de réalisation, l'ion lanthanide comporte en outre du scandium, de l'yttrium, du gadolinium, du lanthane, du praséodyme, du terbium, de l'europium, de l'erbium, de l'ytterbium ou des combinaisons de deux ou plusieurs de 25 ces éléments. Dans un mode de réalisation, l'ion halogène est de l'iode. Dans un mode de réalisation, l'ion halogène comporte en outre le fluor, le chlore, le brome ou des combinaisons de deux ou plusieurs de ces éléments. Dans un mode de réalisation, la composition de scintillateur est 30 mono cristalline. Dans un mode de réalisation, la longueur d'atténuation de la composition de scintillateur est d'environ 1,7 centimètres pour un photon de 511 keV. 2903992 5 Dans un mode de réalisation, une émission lumineuse de la composition de scintillateur est comprise dans une plage allant d'environ 50 000 photons par milliélectron-volt à environ 100 000 photons par milliélectron-volt. Dans un mode de réalisation, l'ion lanthanide est essentiellement constitué 5 de lutétium. Dans un mode de réalisation, la résolution énergétique de la composition de scintillateur est inférieure à environ 5 pour cent. Les caractéristiques citées, ainsi que d'autres caractéristiques et aspects, seront mieux compris à l'aide de la description détaillée et du dessin annexé, dans 10 lequel des références identiques désignent des éléments identiques ou sensiblement identiques, d'une figure à l'autre. Sur le dessin, les figures 1 et 2 représentent des organigrammes illustrant des exemples de procédés de fabrication d'une composition de scintillateur, conformément à un mode de réalisation de l'invention, 15 la figure 3 représente un schéma d'un exemple d'un système d'imagerie à base de rayonnement, utilisant une composition de scintillateur, conformément à un mode de réalisation de l'invention, la figure 4 représente un schéma d'un exemple d'un système d'imagerie de tomographie par émission de positons, utilisant une composition de scintillateur, 20 conformément à un mode de réalisation de l'invention, et la figure 5 représente une vue de face d'un exemple d'un anneau de scintillateur utilisé dans un détecteur de rayonnement d'un système d'imagerie par tomographie par émission de positons, conformément à un mode de réalisation de l'invention. 25 L'invention englobe des modes de réalisation qui concernent le domaine des détecteurs de rayonnement. Certains modes de réalisation peuvent englober une composition de scintillateur destinée à être utilisée dans un détecteur de rayonnement. D'autres modes de réalisation peuvent englober une tranche comprenant la composition de scintillateur, un article comprenant la tranche et un 30 procédé de réalisation et/ou d'utilisation de la composition de scintillateur, de la tranche et/ou de l'article. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "rendement lumineux" désigne une quantité de lumière émise par une composition de scintillateur après excitation par une impulsion de rayons X ou de rayons gamma. Sauf indication contraire, il s'agit de 2903992 6 lumière visible. Le terme "temps de désintégration" désigne le temps qui est nécessaire pour que l'intensité de la lumière émise par le scintillateur diminue jusqu'à atteindre une fraction spécifiée de l'intensité lumineuse existant lorsque l'excitation par rayonnement s'arrête. La rémanence désigne l'intensité lumineuse émise par le 5 scintillateur à un temps défini (par exemple 100 millisecondes) après que l'excitation par rayonnement s'arrête. La rémanence peut être exprimée comme pourcentage de la lumière émise pendant que le scintillateur est excité par le rayonnement. Le pouvoir de ralentissement est la capacité d'un matériau d'absorber un rayonnement et peut être considéré comme l'absorption de rayons X ou l'atténuation de rayons X du matériau. 10 La longueur d'atténuation désigne une distance à l'intérieur du matériau, qu'un photon doit parcourir, avant que l'énergie du photon ne soit absorbée par le matériau. La résolution énergétique est la capacité d'un détecteur de rayonnement de distinguer entre des rayons énergétiques (par exemple des rayons gamma) ayant des niveaux énergétiques similaires. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "solution solide" désigne un 15 mélange des halogènes sous une forme solide cristalline, qui peut englober une phase unique ou plusieurs phases. Un scintillateur est un dispositif ou une substance qui absorbe un rayonnement électromagnétique (ionisant) ou un rayonnement de particules chargées hautement énergétique et, en réponse, rend des photons fluorescents à des longueurs d'ondes (plus longues) caractéristiques. Une matrice est 20 un matériau de la composition de scintillateur qui représente une fraction de volume plus élevée que d'autres matériaux présents dans la composition. Un dopant désigne deux ou plusieurs ions activateurs qui peuvent être substitués ou atomiquement dispersés dans la matrice. Un ion activateur est amené à un état d'excitation en absorbant un rayonnement avec des longueurs d'ondes adaptées et revient à l'état 25 fondamental en émettant un rayonnement. Z(effective) désigne le degré de charge positive sur le noyau qui est perçu par un électron. Un langage approximatif, tel qu'il est utilisé ici dans la description et dans les revendications, peut être employé pour modifier toute représentation quantitative qui pourrait varier sans entraîner un changement dans la fonction de base à laquelle 30 elle se rapporte. Par conséquent, une valeur modifiée par un terme ou des termes, tels que "environ", ne sera pas limitée à la valeur précise spécifiée. Dans au moins quelques cas, le langage approximatif peut correspondre à la précision d'un instrument mesurant la valeur. De manière similaire, "exempt" peut être utilisé en 2903992 7 relation avec un autre terme et peut désigner un nombre peu significatif ou des traces, tout en étant considéré "exempt" du terme modifié. Une composition de scintillateur conforme à l'invention peut comprendre une matrice comportant au moins un ion lanthanide et au moins un ion halogène. En 5 outre, la composition de scintillateur peut comprendre un dopant qui peut comporter un ion activateur cérium trivalent, disposé dans la matrice, et un ion activateur bismuth trivalent disposé dans la matrice. Un ion activateur peut produire une luminescence par absorption des électrons et dégagement de l'énergie d'excitation sous forme de photons de 10 longueurs d'ondes précises. La luminescence de l'ion activateur peut à son tour activer un ion scintillateur et amener celui-ci à émettre de la lumière. Par conséquent, il peut parfois être souhaitable de disposer d'une combinaison d'ion activateur et d'ion scintillateur qui soient amiables. Par exemple l'ion activateur, tel que le bismuth, peut faciliter le transport de l'énergie des porteurs de charge à l'ion 15 scintillateur. La quantité totale de dopant présent dans la composition de scintillateur peut être choisie en fonction de facteurs spécifiques. Ces facteurs peuvent inclure par exemple la matrice halogène-lanthanide utilisée, les propriétés d'émission et le temps de désintégration souhaités, ainsi que le type de dispositif détecteur dans 20 lequel la composition de scintillateur est intégrée. La composition de scintillateur peut comporter le lutétium en tant qu'ion lanthanide. Cet ion lanthanide peut présenter moins d'environ 70 pour cent molaire de lutétium. Selon un mode de réalisation, l'ion lanthanide peut comporter du lutétium en une quantité comprise entre environ 50 pour cent molaire et environ 70 25 pour cent molaire, entre environ 70 pour cent molaire et environ 90 pour cent molaire ou entre environ 90 pour cent molaire et environ 100 pour cent molaire. Selon un mode de réalisation, l'ion lanthanide peut être constitué essentiellement de lutétium. La composition de scintillateur peut comporter une quantité de lutétium en 30 combinaison avec un ou plusieurs autres ions lanthanides. D'autres ions lanthanides adaptés peuvent comporter un ou plusieurs éléments parmi le scandium, l'yttrium, le gadolinium, le lanthane, le praséodyme, le terbium, l'europium, l'erbium, l'ytterbium ou des combinaisons de deux ou plusieurs de ces éléments. 2903992 8 Un ion halogène adapté peut comporter un ou plusieurs éléments parmi le fluor, le chlore, le brome ou l'iode. L'iode peut être présent en une quantité comprise dans une plage supérieure à environ 95 pour cent molaire. Selon un mode de réalisation, la composition de scintillateur peut comporter de l'iode en une quantité 5 comprise entre environ 80 pour cent molaire et environ 85 pour cent molaire, entre environ 85 pour cent molaire et environ 95 pour cent molaire ou entre environ 95 pour cent molaire et environ 100 pour cent molaire. Selon un mode de réalisation, l'ion halogène peut comporter de l'iode et peut être combiné avec un ou plusieurs éléments parmi le fluor, le chlore ou le brome. Le 10 fluor, le chlore ou le brome peut être présent en une quantité comprise dans une plage supérieure à environ 50 pour cent molaire de la quantité totale de l'ion halogène présent dans la composition de scintillateur. Selon un mode de réalisation, cette quantité peut être comprise entre environ 5 pour cent molaire et environ 15 pour cent molaire, entre environ 15 pour cent molaire et environ 25 pour cent 15 molaire ou entre environ 25 pour cent molaire et environ 50 pour cent molaire ou être supérieure à environ 50 pour cent molaire de la quantité totale de l'ion halogène dans la composition de scintillateur. Le matériau matrice peut comporter un mélange d'ions lanthanides et halogènes. Selon un mode de réalisation, le matériau matrice peut comporter une 20 solution solide d'un mélange d'un ou plusieurs haloïdes de lanthanides. Plusieurs haloïdes de lanthanides différents peuvent être utilisés pour la composition de scintillateur. Le mélange peut comporter de l'iodure de lutétium. Selon un mode de réalisation, des chlorures de lanthanides, des fluorures de lanthanides ou des bromures de lanthanides peuvent également être utilisés en combinaison avec des 25 iodures de lutétium. Selon un mode de réalisation, le mélange peut être constitué essentiellement d'iodure de lutétium. En plus de l'iodure de lutétium, le mélange peut également comporter du chlorure de gadolinium, du chlorure d'yttrium ou les deux. D'autres exemples non limitatifs d'haloïdes de lanthanides adaptés englobent le chlorure de lutétium, le bromure de lutétium, le chlorure d'yttrium, le bromure 30 d'yttrium, le chlorure de gadolinium, le bromure de gadolinium, le chlorure de praséodyme, le bromure de praséodyme et des mélanges de deux ou plusieurs de ces haloïdes. Une combinaison de chlorure de lutétium et de bromure de lutétium peut être utilisée comme matériau matrice. Le rapport entre le chlorure de lutétium et le bromure de lutétium peut être un rapport molaire compris dans la plage allant 2903992 9 d'environ 1:99 à environ 99:1. Pour citer des exemples spécifiques de rapports utiles pour cette combinaison, le rapport molaire entre le chlorure de lutétium et le bromure de lutétium peut être compris entre environ 10:90 et environ 90:10, entre environ 15:85 et environ 30:70, entre environ 30:70 et environ 50:50, entre environ 5 50:50 et environ 70:30 ou entre environ 85:15 et environ 90:10 et être inférieur à environ 90:10. D'autres combinaisons peuvent avoir le même rapport molaire que celui indiqué pour le chlorure de lutétium et le bromure de lutétium. Le rapport spécifique des deux composés peut être choisi en fonction des propriétés souhaitées de la composition de scintillateur. Ces propriétés peuvent 10 englober par exemple le rendement lumineux et la résolution énergétique, le temps de montée, le temps de désintégration, le pouvoir de ralentissement ou des combinaisons de deux ou plusieurs de ces propriétés. Une composition de scintillateur à pouvoir de ralentissement élevé peut permettre le passage d'un faible rayonnement ou empêcher le passage d'un rayonnement incident, tel que le 15 rayonnement gamma. Le pouvoir de ralentissement peut être lié directement à la densité de la composition de scintillateur. Selon un mode de réalisation, la composition peut avoir une densité élevée qui peut être proche d'une densité maximale théorique. Un rendement lumineux plus élevé peut faire diminuer la quantité de rayonnement incident nécessaire à l'utilisation finale souhaitée. Ainsi, 20 dans des applications telles que TEP, le patient peut être exposé à une dose relativement plus faible de matière radioactive. Un temps de désintégration plus court peut réduire le temps d'exploration, ce qui donne une utilisation plus efficace du système TEP et une meilleure observation du mouvement d'un organe du corps. Un pouvoir de ralentissement plus élevé peut réduire la quantité de composition de 25 scintillateur nécessaire à l'utilisation finale. Des détecteurs plus minces comportent une quantité réduite de matériau et génèrent un coût de fabrication plus faible. Un détecteur plus mince peut réduire l'absorption de lumière émise. Le produit réactionnel du mélange d'halogènes peut donner une composition de scintillateur ayant une réponse de rendement lumineux relatif accru. Selon un 30 mode de réalisation, le rendement lumineux de la composition de scintillateur peut être compris entre environ 45 000 photons par milliélectron volt et environ 10 000 photons par milliélectron volt, entre environ 10 000 photons par milliélectron volt et environ 50 000 photons par milliélectron volt ou entre environ 50 000 photons par 2903992 10 milliélectron volt et environ 100 000 photons par milliélectron volt ou être supérieur à environ 100 000 photons par milliélectron volt. Comme expliqué plus haut, la composition de scintillateur peut comprendre un dopant. Ce dopant peut comporter un ion activateur cérium et un ion activateur 5 bismuth trivalent. Le choix du dopant et la quantité de dopant présent dans la composition de scintillateur peuvent dépendre de différents facteurs, tels que la matrice d'haloïde de lanthanide particulière utilisée, les propriétés d'émission souhaitées, ainsi que le temps de désintégration, la rémanence et/ou le type de dispositif détecteur dans lequel le scintillateur est incorporé. Etant donné que le 10 temps de désintégration du ion cérium peut être de l'ordre de la nanoseconde et que les ions bismuth peuvent faciliter le transport de l'énergie d'excitation des ions cérium, une telle composition de scintillateur peut avoir un temps de désintégration de l'ordre de la nanoseconde. Selon un mode de réalisation, la quantité de dopant dans la composition de 15 scintillateur peut être comprise entre environ 0,1 pour cent molaire et environ 1 pour cent molaire, entre environ 1 pour cent molaire et environ 5 pour cent molaire, entre environ 5 pour cent molaire et environ 10 pour cent molaire, entre environ 10 pour cent molaire et environ 15 pour cent molaire ou entre environ 15 pour cent molaire et environ 20 pour cent molaire ou être supérieure à environ 20 pour cent 20 molaire, par rapport au nombre total de moles du dopant dans la matrice. L'ion activateur cérium trivalent peut être présent en une quantité comprise entre environ 0,1 pour cent et environ 0,5 pour cent, entre environ 0,5 pour cent et environ 2 pour cent, entre environ 2 pour cent et environ 5 pour cent, entre environ 5 pour cent et environ 8 pour cent ou entre environ 8 pour cent et environ 10 pour cent, 25 ou supérieure à environ 10 pour cent, par rapport au pourcentage total du dopant. L'activateur bismuth trivalent peut être présent dans l'ion activateur en une quantité comprise entre environ 0,1 pour cent et environ 0,5 pour cent, entre environ 0,5 pour cent et environ 2 pour cent, entre environ 2 pour cent et environ 5 pour cent, entre environ 5 pour cent et environ 8 pour cent ou entre environ 8 pour cent et environ 10 30 pour cent, par rapport au pourcentage total du dopant. Les quantités relatives des deux ions activateurs peuvent être utilisées en fonction des propriétés souhaitées, telles que le pouvoir de ralentissement, de la composition de scintillateur résultante. Le pouvoir de ralentissement de la composition peut être mesuré en termes de 2903992 11 Z(effective). Par exemple, la valeur de Z(effective) de l'iodure de lutétium (LuI3) peut être 61, tandis que celui de Lu0,80Bi0,2013 peut être 63. La composition de scintillateur dopée conjointement au cérium et au bismuth peut présenter une résolution énergétique plus élevée que celle d'une 5 composition dopée seulement au cérium ou seulement au bismuth. Comme il a été mentionné, l'ion bismuth peut faciliter le transport de l'énergie d'excitation du ion cérium vers le matériau matrice. Selon un mode de réalisation, la résolution énergétique de la composition de scintillateur peut être inférieure à environ 2,5 pour cent. Selon un autre mode de 10 réalisation, elle peut être comprise entre environ 2,5 pour cent et environ 5 pour cent, entre environ 5 pour cent et environ 6 pour cent ou entre environ 6 pour cent et environ 7 pour cent ou être supérieure à environ 7 pour cent. La composition de scintillateur peut être préparée sous plusieurs formes différentes, en fonction de son utilisation finale prévue. Par exemple, elle peut se 15 présenter sous une forme monocristalline ou sous une forme polycristalline. Selon un mode de réalisation, la composition monocristalline peut comporter plus d'un grain. Les grains du monocristal peuvent être délimités par des joints de grains à angle miniature, qui peuvent apparaître à la surface du monocristal ou peuvent être évidents sous l'effet d'un éclairage puissant, en raison de la dispersion par des impuretés sur 20 les joints de grains à angle miniature. Les monocristaux ayant un petit nombre de limites de grains peuvent parfois être désignés par le terme "quasi-monocristaux". Le monocristal peut être utile pour des détecteurs de rayonnements hautement énergétiques, par exemple de rayonnements gamma. Le monocristal peut avoir une transparence optique dans la gamme d'émission qui est différente de celle 25 de compositions de scintillateur polycristallines. La transparence du monocristal peut permettre au rayonnement d'émission de s'échapper efficacement. En outre, l'absence de centres de dispersion, tels que les joints de grains, peut donner des rendements lumineux plus élevés en relation. Le monocristal peut être utile dans des systèmes d'imagerie, tels que TEP, où la quantité de rayonnement incident sur la composition 30 de scintillateur peut être relativement faible. Selon un mode de réalisation, la taille de cristal de la composition de scintillateur monocristalline peut être comprise entre environ 1 centimètre x 1 centimètre et environ 3 centimètres x 3 centimètres, entre environ 3 centimètres x 3 centimètres et environ 7 centimètres x 7 centimètres ou entre environ 7 centimètres x 2903992 12 7 centimètres et environ 10 centimètres x 10 centimètres ou être supérieure à environ 10 centimètres x 10 centimètres. En variante, la composition de scintillateur peut se présenter sous une forme polycristalline. Celle-ci peut être faite d'une pluralité de cristallites ou de grains qui 5 peuvent être séparés par des joints de grains. Selon un mode de réalisation, la taille de cristallite de la forme polycristalline peut être comprise entre environ 1 micromètre et environ 5 micromètres, entre environ 5 micromètres et environ 10 micromètres, entre environ 10 micromètres et environ 15 micromètres ou entre environ 15 micromètres et environ 20 micromètres, ou être supérieure à environ 20 micromètres. 10 Selon un mode de réalisation, la composition de scintillateur est préparée sous forme de poudre, en utilisant un procédé à sec. Ce procédé peut comporter les étapes de préparation d'un mélange pulvérulent adapté, contenant les ingrédients dans des proportions déterminées. Selon un mode de réalisation, les réactants de l'haloïde peuvent être apportés sous forme de poudre. 15 La densité de la composition de scintillateur utilisée dans l'élément scintillateur peut être comprise dans une plage supérieure à environ 6 grammes par centimètre cube. Selon un mode de réalisation, elle peut être comprise entre environ 4,5 grammes par centimètre cube et environ 5 grammes par centimètre cube ou entre environ 5 grammes par centimètre cube et environ 6 grammes par centimètre cube. 20 Le mélange des réactants peut être effectué en utilisant un mortier et un pilon d'agate. En variante, on peut utiliser un mélangeur ou un appareil de pulvérisation, tel qu'un broyeur à billes, un broyeur type bowl-mill, un broyeur à marteaux ou un pulvérisateur à jet d'air. Selon la compatibilitéet/ou la solubilité, on peut parfois utiliser de l'heptane 25 ou un alcool tel que l'alcool éthylique en tant que véhicule liquide pendant le broyage. Les moyens de broyage peuvent être choisis en vue de réduire la contamination dans la composition de scintillateur. Des moyens de broyage non contaminants peuvent être utilisés pour conserver une capacité de rendement lumineux élevée de la composition de scintillateur. 30 Après la réalisation du mélange, celui-ci est chauffé dans des conditions de température et de temps qui sont suffisantes pour convertir le mélange en une solution solide. Ces conditions dépendent en partie du type spécifique du matériau matrice et de l'activateur qui sont utilisés. Le chauffage peut être effectué dans un four à moufle, à une température comprise entre environ 500 degrés Celsius et 2903992 13 environ 600 degrés Celsius, entre environ 600 degrés Celsius et environ 700 degrés Celsius, entre environ 700 degrés Celsius et environ 800 degrés Celsius ou entre environ 800 degrés Celsius et environ 900 degrés Celsius, ou supérieure à environ 900 degrés Celsius. Le temps de chauffage peut être compris entre environ 15 5 minutes et environ 1 heure, entre environ 1 heure et environ 2 heures, entre environ 2 heures et environ 4 heures, entre environ 4 heures et environ 5 heures, entre environ 5 heures et environ 7 heures ou entre environ 7 heures et environ 10 heures ou être supérieur à environ 10 heures. Le chauffage peut être effectué dans une atmosphère exempte d'oxygène et 10 exempte d'eau (ou exempte d'humidité). Des exemples d'environnements exempts d'oxygène peuvent englober un ou plusieurs gaz inertes. Les gaz inertes peuvent englober un ou plusieurs des gaz parmi l'azote, l'hélium, le néon, l'argon, le krypton et le xénon. Une fois le chauffage terminé, le matériau résultant peut être pulvérisé, afin de transformer le scintillateur en poudre. 15 Selon un mode de réalisation, les températures de chauffage peuvent être choisies telles que la composition de scintillateur soit une solution solide. Une solution solide peut produire un élément scintillateur présentant une composition uniforme, un indice de réfraction souhaité, l'uniformité de l'indice de réfraction dans l'ensemble de l'élément scintillateur et un rendement lumineux relativement plus 20 élevé. Les réactants et les conditions de traitement peuvent être choisis pour produire un monocristal. Les réactants fondent à une température suffisamment élevée pour obtenir une composition fondue, dans des processus de formation de monocristal. La température de fusion peut dépendre de l'identité des réactants euxmêmes. Des températures de fusion adaptées peuvent être comprises entre environ 650 degrés Celsius et environ 800 degrés Celsius, entre environ 800 degrés Celsius et environ 950 degrés Celsius ou entre environ 950 degrés Celsius et environ 1 050 degrés Celsius ou être supérieures à environ 1 050 degrés Celsius. Dans un processus, un cristal d'ensemencement pour la composition de 30 scintillateur souhaitée est introduit dans une solution saturée. Un creuset adapté contient la solution et des précurseurs appropriés pour la composition de scintillateur. On permet à un matériau cristallin de croître et de s'ajouter au cristal d'ensemencement, en utilisant des méthodes de croissance cristalline, telles que les méthodes de Bridgman-Stockbarger, la méthode de Czochralski, la méthode de la 2903992 14 zone fondue, la méthode de la zone flottante ou la méthode du gradient de température. La taille, la forme, les propriétés de surface, la composition et la cristallinité de la composition de scintillateur monocristalline ainsi formée dépendent en partie de son utilisation finale souhaitée, par exemple du type de détecteur de 5 rayonnement dans lequel la composition monocristalline sera incorporée. Le détecteur de rayonnement peut être en association fonctionnelle avec un écran scintillateur. Le détecteur de rayonnement peut utiliser un boîtier portatif et un dispositif d'accumulation d'énergie qui présentent ensemble une taille, un poids et une configuration tels que le détecteur de rayonnement puisse être porté par une seule 10 personne. Comme indiqué plus haut, la forme compacte peut être recuite pour équilibrer les ions activateurs dans un état de valence déterminé, afin d'augmenter le rendement lumineux et de diminuer l'absorption. Le cérium peut être l'activateur, et l'atmosphère et la température de recuit peuvent être maintenues de manière à 15 équilibrer le cérium dans un état de valence 3+. Le cérium à l'état de valence 3+ agit comme un ion activateur, produisant de la lumière en présence de longueurs d'ondes de rayonnement adaptées. L'élément scintillateur formé après le traitement du monocristal peut être poli, après avoir été découpé pour obtenir les formes souhaitées, telles que des 20 bâtons, des cubes, des prismes rectangles, des quadrilatères, des cônes ou d'autres formes géométriques. La recristallisation de la composition de scintillateur peut permettre la fabrication réticulaire de structures de guidage de lumière, telles que des tiges ou des fibres qui sont utilisées dans des fibres optiques longue distance. L'élément scintillateur peut être revêtu d'un matériau réflecteur pour former un 25 élément détecteur. Selon un mode de réalisation, ce matériau réflecteur peut englober une polyoléfine halogénée, telle que le polytétrafluoroéthylène. Par exemple, le matériau réflecteur peut être appliqué sur des éléments scintillateurs individuels dans un arrangement d'éléments scintillateurs, aux fins de réduire les interférences lumineuses entre les éléments. En outre, un arrangement revêtu d'éléments 30 scintillateurs peut ensuite être utilisé dans un système détecteur de rayonnements. La composition de scintillateur peut être formée pour obtenir une tranche, en faisant croître une boule ou un lingot et en procédant à une coupe ou à un découpage en tranches ou bien à une compression ou à un frittage à une température de fusion. Selon un mode de réalisation, la tranche peut être un film ou une feuille continu(e). 2903992 15 Selon un autre mode de réalisation, la tranche peut être un film ou une feuille non continu(e). La tranche non continue peut présenter plusieurs parties élémentaires qui sont séparées, isolées ou espacées les unes des autres. Par exemple, la franche non continue peut être une combinaison de plusieurs pixels ou éléments de pixels. Les 5 pixels peuvent être formés par masquage partiel du substrat pendant le dépôt de la tranche. Dans une application telle que TEP, les pixels peuvent être de même taille. Chacun des pixels de la franche non continue peut former un élément détecteur individuel. Dans le cas d'une franche continue, la tranche peut être coupée ou divisée en plusieurs pixels pour former un arrangement d'éléments détecteurs. Les pixels de 10 la tranche continue ou non continue peuvent être revêtus du matériau réflecteur pour former l'élément détecteur. Par exemple, le matériau réflecteur peut être appliqué sur les pixels individuels d'un ensemble de pixels. En outre, l'arrangement revêtu de pixels peut ensuite être utilisé dans un système détecteur de rayonnement. La tranche peut être supportée par un substrat. En variante, la tranche peut 15 être formée en tant que couche autoporteuse indépendante. Selon un mode de réalisation, la tranche peut avoir une épaisseur uniforme. Selon un autre mode de réalisation, la franche peut avoir une épaisseur qui est différente d'une zone à l'autre. La franche peut avoir une épaisseur moyenne inférieure à environ 5 millimètres. Selon un mode de réalisation, la tranche peut avoir une épaisseur moyenne comprise 20 entre environ 5 millimètres et environ 7,5 millimètres, entre environ 7,5 millimètres et environ 1 centimètre, entre environ 1 centimètre et environ 2 centimètres ou entre environ 2 centimètres et environ 3 centimètres ou supérieure à environ 3 centimètres. L'épaisseur de la tranche peut être choisie en fonction de la réponse énergétique souhaitée par rapport au pouvoir de ralentissement de la composition de scintillateur. 25 Selon un mode de réalisation, la tranche peut avoir une surface plane. Selon un autre mode de réalisation, la tranche peut avoir une surface courbée, cintrée ou déformée. La composition de scintillateur peut être utilisée dans des applications telles que la tomographie par émission de positons (TEP) qui est une technique d'imagerie médicale consistant à administrer une substance radioactive à un patient et à suivre sa 30 trace dans le corps du patient, à l'aide d'un instrument qui détecte la désintégration de l'isotope radioactif. En TEP, un composé traceur chimique présentant une activité biologique souhaitée ou une affinité pour un organe particulier est marqué d'un isotope radioactif qui se désintègre en émettant un positon. Ce position émis perd la majeure partie de son énergie cinétique après avoir parcouru seulement quelques 2903992 16 millimètres dans un tissu vivant. Le positon est susceptible d'entrer en interaction avec un électron, cet événement ayant pour effet d'annihiler les deux particules. La masse des deux particules (positon + électron) est convertie en 1,02 million électron-volt (1,02 milliélectron-volt) d'énergie, divisée de manière égale entre deux photons 5 de 511 keV (rayons gamma). Les deux photons sont émis simultanément et se déplacent dans des directions presque directement opposées. Les deux photons pénètrent dans les tissus environnants, quittent le corps du patient et sont absorbés et enregistrés par des photodétecteurs disposés selon un arrangement circulaire. Le traçage de la source du rayonnement émis par le corps du patient vers les 10 photodétecteurs permet d'évaluer l'activité biologique à l'intérieur d'un organe en cours d'investigation. La valeur économique de la TEP en tant que technique d'imagerie médicale peut être en relation avec la performance des photodétecteurs Chaque photodétecteur comporte une cellule ou un pixel de scintillateur. La cellule ou le pixel de 15 scintillateur peut être couplé(e) à un ou plusieurs tubes photomultiplicateurs. La cellule de scintillateur produit de la lumière aux deux points où les photons 511 keV frappent les cellules de scintillateur. La lumière produite par les deux cellules de scintillateur est détectée par les tubes photomultiplicateurs couplés correspondants. L'action approximativement simultanée des photons sur les cellules de scintillateur 20 indique la présence d'une annihilation de positon le long de la ligne reliant les deux points d'interaction. Les tubes photomultiplicateurs génèrent un signal électrique en réponse à la lumière produite. En mesurant la légère différence entre les instants d'arrivée (temps de vol) des deux photons aux deux points dans la cellule de scintillateur, on peut calculer la position du positon. Les signaux électriques émis par 25 les tubes photomultiplicateurs sont traités pour produire une image de l'organe du patient. Dans le cas de cibles vivantes, telles que des êtres humains ou des animaux, une quantité minimale de substance radioactive est administrée à l'intérieur de la cible, afin de réduire les effets indésirables de l'isotope radioactif. Cette quantité 30 minimale peut être suffisante pour produire une quantité décelable de photons de moindre énergie. Cependant, les photons de moindre énergie peuvent nécessiter une composition de scintillateur présentant une sensibilité, une densité et un rendement lumineux suffisants. De même, un temps de désintégration court peut réduire le temps d'intégration pendant la détermination de l'intensité du rayonnement appliqué, 2903992 17 de sorte que le débit d'images pour la génération d'images et/ou de projections peut augmenter. Cela a pour résultat que l'apparition d'artéfacts, tels que des silhouettes, peut être réduite. En outre, le temps d'examen d'un patient peut être réduit, car il est possible de mesurer un plus grand nombre d'images individuelles pendant un laps de 5 temps plus court. Le pouvoir de ralentissement est en relation avec la densité de la composition de scintillateur. Des compositions de scintillateur à pouvoir de ralentissement élevé ne laissent passer qu'un faible rayonnement ou aucun rayonnement, ce qui est un avantage évident pour la capture efficace du rayonnement. 10 Un temps de désintégration plus court peut faciliter un comptage efficace de coïncidences de rayons gamma. Par conséquent, un temps de désintégration plus court peut réduire les temps d'exploration. Une rémanence réduite peut rendre l'image plus nette au niveau de la cellule de scintillateur. Selon un mode de réalisation, la rémanence réduite peut être exempte d'artéfacts d'images (images fantômes). Comme 15 indiqué plus haut, le pouvoir de ralentissement est en relation avec la densité de la composition de scintillateur. Selon un mode de réalisation, la composition a un pouvoir de ralentissement qui ne laisse passer qu'un faible rayonnement ou aucun rayonnement et peut capturer de manière efficace le rayonnement incident. Une résolution en temps de l'ordre de 4 nanosecondes contraint le positon à 20 une zone carrée de 50 centimètres. Etant donné qu'un carré de 50 centimètres correspond à peu près à la dimension d'un corps humain moyen, une résolution en temps de l'ordre de 4 fournit peu d'informations sur l'emplacement d'un point d'annihilation dans le corps. Une résolution en temps d'environ 0,5 nanosecondes contraint le positon à une zone carrée d'environ 5 centimètres. Des modes de 25 réalisation d'éléments détecteurs, englobant la composition de scintillateur divulguée, ont un temps de montée relativement rapide, un temps de désintégration rapide et un rendement lumineux élevé. Le temps de montée peut être inférieur à environ 4 nanosecondes. Selon un mode de réalisation, le temps de montée peut être compris entre environ 10-" secondes et environ 10-10 secondes, entre environ 10-10 secondes et 30 environ 10-9 secondes ou entre environ 10-9 secondes et environ l0_8 secondes ou être inférieur à environ 10-" secondes. Le temps de désintégration d'un élément détecteur comportant une composition de scintillateur peut être inférieur à environ 50 nanosecondes. Selon un mode de réalisation, le temps de désintégration peut être compris entre environ 20 nanosecondes et environ 30 nanosecondes, entre environ 30 2903992 18

nanosecondes et environ 40 nanosecondes ou entre environ 40 nanosecondes et environ 50 nanosecondes. La densité d'un élément détecteur comportant une composition de scintillateur permet de prévoir une épaisseur réduite de la tranche de composition de scintillateur. Cette épaisseur réduite peut permettre de réduire la 5 dispersion des photons dans l'élément détecteur comportant la composition de scintillateur. La composition de scintillateur peut être utilisée dans un détecteur de rayonnement de type "temps de vol" (TOF). Un exemple de mesure de l'efficacité du détecteur TOF est la densité numérique de photons par unité de temps. "TOF" se 10 rapporte au passage des photons depuis leur source dans le corps jusqu'à l'anneau de scintillateur du scanner TEP. Dans un détecteur TOF, la détection d'un photon par un détecteur de l'anneau de détecteurs ou l'anneau de scintillateur aboutit à l'ouverture d'une fenêtre de temps électronique, pendant laquelle la détection d'un photon au niveau de l'autre détecteur de l'anneau résulte dans le comptage d'un événement de 15 coïncidence. Non seulement, les photons sont détectés à l'intérieur de la fenêtre de temps mais en plus, la différence de temps de vol entre les deux photons est mesurée et utilisée pour évaluer un emplacement plus probable du point d'annihilation le long de la ligne. Cela peut réduire le rapport signal à bruit et améliorer la qualité de l'image. En mesurant la légère différence entre les instants d'arrivée de deux photons 20 émis par le même positon, avec une résolution en temps suffisamment bonne, on peut déterminer à quel endroit le long de la ligne le positon se situait à l'origine dans la cible. Bien que la composition de scintillateur soit décrite en relation avec un système d'imagerie de type TEP, elle peut également être utilisée dans d'autres 25 applications bénéficiant de propriétés similaires. Par exemple, la composition de scintillateur peut être un détecteur de fond de trou ou un outil de radiocarottage. L'outil de radiocarottage peut comprendre un ensemble de détecteur de rayonnement. Cet ensemble peut être placé dans un outil de forage ou être couplé à celui-ci. L'ensemble de détecteur de rayonnement utilise une composition de 30 scintillateur et un dispositif capteur de lumière (par exemple un tube photomultiplicateur), qui sont couplés entre eux par une interface optique. Le capteur de lumière convertit les photons lumineux, émis par la composition de scintillateur, en impulsions électriques qui sont mises en forme et numérisées par une électronique associée. L'ensemble détecteur capte le rayonnement émanant de la formation 2903992 19 géologique environnante. Ce rayonnement peut être converti en lumière. La lumière générée est transmise au dispositif capteur de lumière et les impulsions lumineuses sont transformées en impulsions électriques. La composition de scintillateur, le dispositif capteur de lumière et l'interface optique peuvent être enfermés 5 hermétiquement dans un boîtier de détecteur. L'interface optique comprend une fenêtre couplée au boîtier du détecteur. Cette fenêtre facilite le passage de la lumière de scintillation, induite par le rayonnement, qui sort du boîtier de détecteur pour être mesurée par le dispositif capteur de lumière. La fenêtre optique peut être constituée d'un matériau qui transmet la lumière de scintillation émise par la composition de 10 scintillateur. Le boîtier du détecteur peut être réalisé en métal, par exemple en acier inoxydable ou en aluminium. Un câble de détecteur connecte l'ensemble de détecteur à une source d'alimentation électrique et à un circuit de traitement de données. Les données basées sur les impulsions émises par le photomultiplicateur peuvent être transmises "vers le haut du trou", à un équipement d'analyse et au circuit de 15 traitement de données. En variante, les données peuvent être stockées localement, "au fond du trou". L'unité de traitement de données est couplée électriquement à un poste de travail d'opérateur qui est relié à un périphérique de sortie. Parfois, les données peuvent être recueillies et transmises pendant le forage, c'est-à-dire qu'il s'agit du procédé MWD (measurements while drilling û mesures en 20 cours de forage). L'élément scintillateur placé dans l'outil de radiocarottage peut fonctionner à des températures élevées et dans des conditions rudes de chocs et de vibrations. La composition de scintillateur peut présenter une ou plusieurs des propriétés citées plus haut, par exemple un rendement lumineux et une résolution énergétique élevés, ainsi qu'un temps de désintégration rapide. La composition de 25 scintillateur s'adapte dans des équipements convenant à des espaces soumis à des contraintes. Le seuil des propriétés acceptables a été considérablement élevé, car le forage s'effectue à des profondeurs beaucoup plus importantes. Selon un autre mode de réalisation, l'appareil peut être configuré pour une utilisation en tant que dispositif d'imagerie nucléaire.

30 La figure 1 représente un organigramme illustrant un exemple de processus 10 pour fabriquer une composition de scintillateur. Comme montré, le processus 10 commence par la préparation d'un mélange de précurseurs de la composition de scintillateur, en des quantités déterminées (bloc 12), et d'un ou plusieurs additifs. Ce mélange est soumis à un broyage, par exemple à l'aide d'un broyeur à billes. Ensuite, 2903992 20 le mélange est placé dans un creuset et chauffé à une température supérieure au point de fusion du mélange, afin de convertir celui-ci en une masse fondue de la composition de scintillateur (bloc 14). Le chauffage est effectué à la pression ambiante. Ensuite, la masse fondue de composition de scintillateur est tirée sur un 5 gradient de température contrôlée pour former un monocristal (bloc 16). De manière facultative, le monocristal ainsi obtenu peut être découpé pour obtenir les formes souhaitées et être soumis à un traitement ultérieur. Des formes adaptées englobent les tranches, et le traitement ultérieur peut inclure le polissage, le ponçage et la rectification de surface.

10 La figure 2 représente un organigramme illustrant un exemple de processus 18 pour fabriquer une composition de scintillateur, conformément à des modes de réalisation de l'invention. Le processus 18 prépare un mélange de précurseurs de la composition de scintillateur (bloc 20). Ce mélange de précurseurs peut être compacté pour obtenir une forme souhaitée (bloc 22). Dans certains cas, la forme compactée 15 peut être frittée pour être densifiée (bloc 24). Le frittage est effectué à une pression partielle d'halogène d'environ 10-4 Torr. Au bloc 26, la forme ainsi obtenue est soumise à un traitement thermique sous pression pour réduire sa porosité. Au bloc 28, la forme est recuite pour équilibrer l'ion activateur dans un état de valence afin d'augmenter le rendement lumineux et de réduire l'absorption. Le cérium est 20 l'activateur, et l'atmosphère et la température de recuit sont maintenues de manière à équilibrer le cérium dans un état de valence 3+. La figure 3 représente un système d'imagerie 30 utilisant un élément scintillateur 32 et un détecteur de photons 34 dans un détecteur de rayonnement 36. Le détecteur 34 détecte des photons produits par l'élément scintillateur 32. Le 25 détecteur de photons 34 comprend une photodiode. Celle-ci convertit les photons en des signaux électriques respectifs. Le détecteur de photons 34 peut être couplé à un tube multiplicateur pour renforcer les signaux électriques produits pas le détecteur 34. Le système d'imagerie 30 traite les signaux électriques pour former une image des caractéristiques internes de la cible 38. Un collimateur 37 peut collimater les rayons 30 directement vers le détecteur de rayonnement 36. La collimation peut augmenter le pourcentage d'absorption de la lumière incidente sur le détecteur de rayonnement 36. Le détecteur de rayonnement 34 est couplé à un circuit d'acquisition de détecteur 40. Celui-ci contrôle l'acquisition des signaux générés dans le détecteur de photons 34. Le détecteur de rayonnement 34 comprend un tube photomultiplicateur, 2903992 21 une photodiode, un capteur à couplage de charges (CCD) et un intensificateur d'image. Le système d'imagerie 30 comprend un sous-système à moteur (non représenté) pour faciliter le mouvement de la source de rayonnement 42 et/ou du détecteur 34. Le circuit de traitement d'image examine des protocoles et traite des 5 données d'image acquises par le circuit d'acquisition de détecteur 40. En tant qu'interface du système d'imagerie 30, il est possible de prévoir un ou plusieurs postes d'opérateur 46 pour éditer des paramètres du système, demander l'examen, visualiser des images et ainsi de suite. Le poste 48 permet à un opérateur, par l'intermédiaire d'un ou plusieurs dispositifs d'entrée (clavier, souris, entrée tactile, 10 et autres) de commander un ou plusieurs composants du système d'imagerie 30, si cela est nécessaire. Le poste de travail d'opérateur 46 représenté est couplé à un périphérique de sortie 48, par exemple un écran ou une imprimante, pour éditer les images générées pendant le fonctionnement du système 30. Les écrans, imprimantes, postes de travail d'opérateurs et des dispositifs similaires peuvent se trouver sur place 15 ou être distants du système d'imagerie 30. Par exemple, ces interfaces peuvent être installées dans un ou plusieurs locaux d'une institution ou d'un hôpital, ou dans des endroits différents. Ainsi, les interfaces peuvent être reliées au système d'imagerie 30. La figure 4 représente un système d'imagerie TEP 50 utilisant un élément scintillateur 58. Dans le mode de réalisation illustré, le système TEP 50 comprend un 20 isotope radioactif 52 qui est placé dans une cible. Cette cible peut être une personne à laquelle on injecte un isotope radioactif. Ce dernier est administré à des endroits souhaités dans le corps d'une personne, en le marquant avec un composé naturel du corps, tel que du glucose, de l'ammoniaque ou de l'eau. Après avoir administré l'isotope radioactif dans la cible, la substance radioactive émet, pendant sa durée de 25 vie, un rayonnement 54 qui peut être capté par le détecteur de rayonnement 56 (scintillateur 58 et détecteur de photons 60). Une fois à l'intérieur de la cible (par exemple un corps humain), la substance radioactive 52 localise la radioactivité dans la ou les zones biologiquement actives devant être détectées. Dans le mode de réalisation illustré, le détecteur de rayonnement ou le 30 scanner TEP 56 comprend un élément scintillateur 58 avec la composition de scintillateur. Le détecteur de rayonnement 56 comprend un détecteur de photons 60, par exemple une photodiode. En outre, le système TEP 50 comprend un circuit d'acquisition de détecteur 40, un circuit de traitement d'image 44, un poste de travail 2903992 22 d'opérateur 46 et un périphérique de sortie 48, tel qu'il a été décrit en relation avec le système d'imagerie 30 de la figure 3. La figure 5 représente une vue en coupe transversale du détecteur de rayonnement 56 utilisé dans le système d'imagerie TEP 30 de la figure 3. Dans le 5 mode de réalisation représenté, le détecteur de rayonnement 56 utilise une pluralité d'éléments détecteurs 62. Ceux-ci sont disposés autour de la cible, dans une configuration cylindrique à section transversale circulaire. Cette section circulaire permet aux deux photons qui ont quitté la cible d'atteindre deux éléments détecteurs opposés quelconques, situés sur l'anneau de scintillateur 64. L'anneau de scintillateur 10 64 comporte une ou plusieurs couches de l'élément scintillateur 58. L'anneau 64 est disposé sur une couche de détecteurs de photons 60. L'élément scintillateur 58 comporte des pixels qui sont chacun couplés à un pixel du détecteur de photons (non représenté). En d'autres termes, une ou plusieurs couches d'un arrangement formé par les pixels de l'élément scintillateur 58 peuvent être disposées sur une autre couche qui 15 est formée d'un arrangement des pixels du détecteur de photons 60. Dans le mode de réalisation illustré, une cible comportant un isotope radioactif, qui est localisé dans une zone biologiquement active 66, est placée dans le détecteur de rayonnement 56. Comme décrit plus haut, l'isotope radioactif émet un positon après sa désintégration. Cette désintégration est de type béta. Le positon se 20 déplace à une vitesse élevée et est ralenti suite à des collisions avec des atomes voisins. Une fois le positon ralenti, la réaction d'annihilation a lieu entre le positon et un électron de couche périphérique extérieure de l'un des atomes voisins. Cette réaction d'annihilation produit deux photons de 511 keV ou rayons gamma qui se déplacent dans des directions presque exactement opposées, comme indiqué par les 25 flèches 68 et 70, en raison de la conservation de l'énergie et du moment. Les deux points détecteurs ainsi que le point d'origine 72 du photon dans la zone biologiquement active 66 forment une ligne droite. Le point d'origine 72 dans la zone biologiquement active 66 se situe sur une ligne droite reliant les deux éléments détecteurs 74 et 76. Les deux photons qui se déplacent dans les directions indiquées 30 parles flèches 68 et 70 atteignent respectivement les éléments détecteurs 74 et 76, de sorte que les points 72, 74 et 76 se situent sur la même ligne droite. La détection simultanée de photons sur deux points de l'anneau de scintillateur 64 indique l'existence de l'isotope radioactif à un emplacement identifiable. Cet emplacement est associé à une zone biologiquement active dans une cible humaine.

2903992 23 En outre, pour le système d'imagerie TEP 34 (cf. fig. 2), l'énergie des photons détectée par le détecteur de rayonnement 40 détermine que les deux photons suivent leur trajectoire d'origine, comme indiqué par les flèches 68 et 70. Néanmoins, il peut y avoir une certaine dispersion, par exemple la dispersion Compton ou la 5 dispersion élastique. Une correction de dispersion peut être utilisée dans le système détecteur de rayonnement pour prendre en compte la dispersion élastique. Un discriminateur d'énergie peut être utilisé dans le système détecteur de rayonnement pour prendre en compte la dispersion Compton. Les photons dispersés présentent des valeurs énergétiques inférieures à 511 keV. Le niveau du signal émis par le système 10 détecteur de rayonnement donne le niveau énergétique des photons. Par conséquent, l'élément scintillateur revient à l'état normal ou fondamental, avant de recevoir un photon. Si la composition de scintillateur est à l'état excité lorsqu'elle reçoit le photon suivant, une valeur énergétique de 511 keV peut être enregistrée de façon incorrecte, malgré le fait que l'énergie quantique du photon a été dispersée et présente une valeur 15 plus faible. Les photons traversent la matière cible, telle que des tissus lorsqu'il s'agit d'humains ou d'animaux, pendant leur déplacement de l'origine 72 aux emplacements 78 et 80, où les photons émergent de la cible 38. En conséquence, une partie de l'énergie des photons peut être perdue en raison d'interactions dans la matière de la cible.

20 Il est fait référence à des substances, des constituants ou des ingrédients qui existent à l'instant juste avant qu'ils ne soient mis en contact pour la première fois, formés sur place ou mélangés entre eux ou avec une ou plusieurs autres substances, constituants ou ingrédients, conformément au présent exposé. Une substance, un constituant ou un ingrédient identifiés en tant que produit réactionnel, mélange 25 résultant ou analogue peut acquérir une identité, une propriété ou un caractère par le biais d'une réaction ou d'une transformation chimique pendant les opérations de mise en contact, de formation sur place ou de mélange, si elles sont mises en oeuvre conformément au présent exposé, avec du bon sens et les capacités ordinaires de l'homme du métier (par exemple un chimiste). La transformation de réactants 30 chimiques ou de produits de départ pour obtenir des produits chimiques ou des matières finales est un processus en constante évolution, indépendamment de la vitesse à laquelle il se déroule. Par conséquent, lorsqu'un tel processus de transformation est en cours, il peut y avoir un mélange de matières initiales et finales, ainsi que des espèces intermédiaires qui, selon leur durée de vie cinétique, peuvent 2903992 24 être faciles ou difficiles à détecter avec les techniques analytiques courantes, connues de l'homme de l'art. Les réactants et constituants désignés par un nom ou une formule chimique dans la description ou les revendications, que ce soit au singulier ou au pluriel, 5 peuvent être identifiés tels qu'ils existent avant leur entrée en contact avec une autre substance désignée par un nom ou un type chimique (par exemple un autre réactant ou un solvant). Des changements chimiques préliminaires et/ou de transition, des transformations ou des réactions, s'ils existent et s'ils se produisent dans le mélange résultant, la solution ou le milieu réactionnel, peuvent être identifiés en tant 10 qu'espèces intermédiaires, mélanges maîtres et analogues, et peuvent avoir une utilité distincte de celle du produit réactionnel ou de la matière finale. D'autres changements, transformations ou réactions subséquents peuvent être le résultat de la réunion des réactants et/ou constituants décrits, dans les conditions conformes au présent exposé. Lors de ces autres changements, transformations ou réactions 15 subséquents, les réactants, ingrédients ou constituants à réunir peuvent identifier ou indiquer le produit réactionnel ou la matière finale. Les exemples qui précèdent sont simplement donnés à titre d'illustration de quelques-unes des caractéristiques de l'invention. Les revendications annexées visent à revendiquer l'invention d'une manière aussi large que possible, et les exemples 20 présentés ici illustrent des modes de réalisation choisis parmi la multitude de modes de mise en oeuvre possibles. Par conséquent, il est dans l'intention du déposant que les revendications annexées ne soient pas limitées par le choix des exemples utilisés pour illustrer des caractéristiques de l'invention. Lorsque cela a été nécessaire, des plages ont été indiquées et englobent toutes les sous-plages. Bien entendu, des 25 variations de ces plages apparaîtront clairement à l'homme de l'art et, lorsqu'elles ne sont pas déjà dans le domaine public, ces variations seront dans la mesure du possible conçues de manière à être couvertes par les revendications annexées. Il est également prévisible que les avancées de la science et de la technologie rendront possibles des équivalences et des substitutions qui ne sont pas prises en considération à l'heure 30 actuelle, en raison du manque de précision du langage, et ces variantes seront également conçues dans la mesure du possible pour être couvertes par les revendications annexées.

2903992 25 Liste des Eléments 10 5 12-16 18 20-28 30 32 10 34 36 38 40 42 15 44 46 48 50 TEP 52 Substance radioactive 20 54 Photons émis 56 Détecteur de rayonnement 58 Scintillateur 60 Détecteur de photons 62 Pluralité d'éléments détecteurs 25 64 Anneau de scintillateur 66 Zone biologiquement active 68 Flèche 70 Flèche 72 Point d'origine 30 74 Elément détecteur 76 Elément détecteur 78 Emplacement 80 Emplacement Organigramme Pas exécutés pour réaliser la composition de scintillateur Organigramme Pas exécutés pour réaliser la composition de scintillateur Système d'imagerie Scintillateur Détecteur de photons Détecteur de rayonnement Cible Circuit d'acquisition de détecteur Source de rayonnement Circuit de traitement d'image Poste de travail d'opérateurs Périphérique de sortie

Claims

REVENDICATIONS

1. Composition de scintillateur, comprenant : - une matrice comportant au moins un ion lanthanide et au moins un ion halogène, et - un dopant, comportant : - un ion activateur cérium trivalent, disposé dans la matrice, et - un ion activateur bismuth trivalent disposé dans la matrice.

2. Composition de scintillateur selon la revendication 1, dans laquelle l'ion lanthanide comporte du lutétium.

3. Composition de scintillateur selon la revendication 2, dans laquelle l'ion lanthanide comporte en outre du scandium, de l'yttrium, du gadolinium, du lanthane, du praséodyme, du terbium, de l'europium, de l'erbium, de l'ytterbium ou des combinaisons de deux ou plusieurs de ces éléments.

4. Composition de scintillateur selon la revendication 1, dans laquelle l'ion halogène est de l'iode.

5. Composition de scintillateur selon la revendication 4, dans laquelle l'ion halogène comporte en outre le fluor, le chlore, le brome ou des combinaisons de deux ou plusieurs de ces éléments.

6. Composition de scintillateur selon la revendication 1, dans laquelle la composition de scintillateur est monocristalline.

7. Composition de scintillateur selon la revendication 1, dans laquelle la longueur d'atténuation de la composition de scintillateur est d'environ 1,7 centimètres pour un photon de 511 keV.

8. Composition de scintillateur selon la revendication 1, dans laquelle une émission lumineuse de la composition de scintillateur est comprise dans une plage allant d'environ 50 000 photons par milliélectron-volt à environ 100 000 photons par milliélectron-volt.

9. Composition de scintillateur selon la revendication 1, dans laquelle l'ion lanthanide est essentiellement constitué de lutétium.

10. Composition de scintillateur selon la revendication 1, dans laquelle la résolution énergétique de la composition de scintillateur est inférieure à environ 5 pour cent.