FR2967495A1 - Dispositif d'imagerie de fluorescence x - Google Patents

Abstract

Il s'agit d'un dispositif d'imagerie par fluorescence X comportant au moins une source d'excitation (1) apte à émettre un faisceau interrogateur (2) vers un objet (3) de manière à ce que l'objet émette un rayonnement (4) conséquence de l'interaction entre le faisceau interrogateur (2) et l'objet (3), ce rayonnement (4) émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation incluant un rayonnement X de fluorescence, un dispositif générateur d'images (5) muni d'un détecteur (5.1) destiné à détecter le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, un collimateur (8) en amont du détecteur (5.1) pour limiter son champ d'observation. Le détecteur (5.1) est un détecteur à pixels dont les pixels sont destinés à réaliser une fonction de sélection en énergie du rayonnement détecté et à fournir un signal d'image relatif au rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée.

Description

DISPOSITIF D'IMAGERIE DE FLUORESCENCE X

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine technique de la fluorescence X, et plus précisément de la détection du rayonnement de fluorescence X, sous l'effet de l'irradiation d'un matériau par un rayonnement incident, tel un rayonnement X ou gamma. Lorsqu'un rayonnement ionisant, par exemple un rayon gamma ou un rayon X, interagit dans la matière, il y a une certaine probabilité pour que des électrons soient arrachés du cortège électronique auquel ils appartiennent, par effet photoélectrique. En se réorganisant, le cortège électronique peut émettre un rayon X, dont l'énergie correspond à la différence entre l'énergie de la couche de départ et l'énergie de la couche d'arrivée de l'électron. Ce phénomène s'appelle la fluorescence X. Il est bien connu, et couramment utilisé dans des méthodes analytiques. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Telle qu'elle est couramment pratiquée, la fluorescence X consiste à irradier un matériau avec un faisceau interrogateur, ce faisceau étant formé de rayons électromagnétiques, X ou gamma, produits par exemple respectivement par un générateur de rayons X, ou une source radioactive. Ce faisceau interrogateur excite le matériau et ce dernier émet un rayonnement de photons ionisants ayant : 2 - une composante dite de fluorescence correspondant à des photons X de fluorescence émis par la zone du matériau irradié par le faisceau interrogateur - une composante de diffusion inélastique, ou diffusion Compton, correspondant à la diffusion inélastique du rayonnement du faisceau interrogateur dans le matériau. On utilise un détecteur de rayons X monolithique qui va détecter un rayonnement émis par le matériau sous l'effet de l'irradiation par le faisceau interrogateur. Ce rayonnement est un rayonnement ionisant dont l'énergie est de l'ordre ou supérieure à quelques keV. A partir de ce détecteur de rayons X monolithique, on va acquérir l'énergie du rayonnement détecté par le détecteur. Le détecteur de rayons X monolithique peut être un détecteur de type germanium. En plaçant le détecteur de rayons X monolithique face au matériau qui est excité par le faisceau interrogateur, le détecteur monolithique ayant une fonction spectrométrique, on obtient une distribution en énergie du rayonnement émis par la matière sous l'effet de l'irradiation issue de la source, cette distribution en énergie étant communément appelé spectre en énergie. En général, l'énergie des photons ionisants X ou gamma du faisceau interrogateur est choisie de façon à être supérieure ou égale à l'énergie de liaison des électrons des couches K, ou, dans certains cas, des couches L sur lesquelles se trouvent les électrons constituant le matériau à analyser. Lorsqu'un photon X 3 (ou gamma) incident a une énergie égale à l'énergie de liaison d'un électron, il a une certaine probabilité d'éjecter cet électron par effet photoélectrique. L'atome qui comprenait cet électron se retrouve alors dans un état excité. La désexcitation se fait par une transition électronique, avec émission d'un photon X ou d'un électron Auger. Plus l'atome est lourd, plus l'émission d'un photon X est privilégiée au détriment de l'émission d'un électron Auger.

Dans la présente demande de brevet par détecteur monolithique, on entend un dispositif capable d'effectuer une transformation du rayonnement qu'il détecte en vue d'en extraire un signal qui est généralement le spectre en énergie des photons ionisants du rayonnement détecté. Ce détecteur monolithique ne peut pas fournir d'information sur la localisation géométrique de photons ionisants reçus ayant une énergie donnée par rapport à d'autres photons ionisants ayant une autre énergie, reçus simultanément.

Sur le spectre en énergie du rayonnement détecté par le détecteur, peuvent être mises en évidence des raies correspondant aux rayons X de fluorescence, dont l'énergie (ou les énergies) permet(tent) d'identifier l'élément (ou les éléments) constituant le matériau. La détermination de l'énergie de fluorescence permet d'avoir une information sur la composition élémentaire de l'échantillon. Une telle technique est couramment mise en oeuvre pour l'analyse élémentaire d'échantillons liquides ou solides.

Ces mesures peuvent être réalisées en utilisant un faisceau interrogateur très fin, 4 traversant par exemple un collimateur. On parle alors de microfluorescence. Dans ce cas, le détecteur monolithique peut recevoir pratiquement tout le rayonnement émis par la matière correspondant à une position de la source d'excitation émettant le faisceau interrogateur. On peut réaliser une cartographie élémentaire d'un matériau hétérogène en déplaçant la source d'excitation émettant le faisceau interrogateur par rapport au détecteur monolithique en prévoyant d'associer au détecteur monolithique des moyens de traitement d'une pluralité de mesures effectuées par le détecteur monolithique. Une seule mesure ne peut conduire à cette cartographie. Un détecteur monolithique de rayons X ne donne pas d'information spatiale quant à la zone contenant l'élément chimique détecté, il ne donne une information que sur la présence de l'élément chimique donné. Toujours selon l'art antérieur, en variante, le faisceau interrogateur peut être un faisceau électronique, selon le principe d'une sonde de Castaing, ou microsonde. L'énergie cinétique des électrons du faisceau interrogateur peut entraîner l'éjection d'un électron de l'atome. De façon similaire à ce qui résulte de l'effet photoélectrique, l'atome se retrouve excité. Si l'électron éjecté fait partie des couches K (ou L dans certains cas), l'atome excité retourne dans son état initial en émettant un rayon X caractéristique des transitions électroniques. De façon identique à la fluorescence X, son énergie dépend donc de l'élément.

En variante, le faisceau interrogateur peut être constitué d'un faisceau d'ions au lieu d'un faisceau d'électrons. En général, cette technique s'adresse à des éléments possédant un rendement de 5 fluorescence élevé, typiquement ayant un numéro atomique Z > 20. On voit donc que dans l'état de l'art existant, la fluorescence X d'un échantillon est produite par l'irradiation avec un faisceau interrogateur de particules énergétiques incidentes (photons X ou gamma, électrons, ions). Le faisceau interrogateur est généralement très fin et collimaté, il irradie une zone élémentaire de l'échantillon. Par zone élémentaire, on veut dire la zone irradiée par le faisceau interrogateur immobile à un instant donné. Le rayonnement émis par l'échantillon sous l'effet de l'irradiation avec le faisceau interrogateur est détecté par le détecteur monolithique afin d'en extraire un signal qui est généralement le spectre en énergie des photons X du rayonnement détecté. On peut alors détecter la présence au niveau de la zone élémentaire de l'échantillon irradiée par le faisceau interrogateur d'un élément chimique considéré par la présence de raies de fluorescence le caractérisant, mais la localisation de l'élément chimique dans la zone irradiée n'est pas connue. De plus, moyennant certains étalonnages, l'intensité de ces raies peut-être liée à la concentration de cet élément chimique dans le volume (ou la surface) de la zone élémentaire par le faisceau interrogateur. 6 Lorsqu'on souhaite caractériser la surface d'un échantillon et plus seulement une zone élémentaire de ce dernier, il est nécessaire de déplacer le faisceau interrogateur, généralement finement collimaté, et d'effectuer des mesures du rayonnement détecté pour chaque position du faisceau. On parle de mesures discrètes, réalisées par balayage de la source sur le matériau analysé. A partir de ces mesures discrètes, on peut reconstituer une cartographie en deux dimensions des éléments présents à la surface de l'échantillon caractérisé en effectuant un traitement de signal approprié avec toutes les mesures collectées. L'obtention de cette cartographie prend donc un temps non négligeable. Ce type de système est très performant mais il impose un déplacement de la source d'excitation à proximité de la surface à caractériser si l'on souhaite obtenir un résultat précis. Lorsque la source d'excitation est placée à distance, on n'obtient qu'une composition élémentaire moyenne de la surface irradiée ou du volume s'il est peu absorbant. La résolution spatiale dépend de la taille du faisceau interrogateur incident sur le matériau analysé. On comprend alors que si l'on souhaite obtenir une bonne résolution spatiale, il faut utiliser une source finement collimatée. La durée d'analyse est élevée. Avec une localisation de la source d'excitation émettant le faisceau interrogateur à distance, même avec un balayage de la surface à caractériser avec le faisceau interrogateur, on ne peut obtenir une information spatiale précise, c'est-à-dire une localisation précise de tel ou tel élément chimique 7 dans toute la zone irradiée lors du balayage du faisceau interrogateur. La demande de brevet US 2007/0108387 décrit un dispositif d'analyse comportant une lentille obturée, dans sa partie centrale, par un écran dense, placée entre un échantillon excité par un faisceau interrogateur et un dispositif générateur d'images par exemple comportant un dispositif à transfert de charges CCD. Dans ce contexte, un dispositif générateur d'images donne en plus d'une information sur la présence d'une zone contenant un élément chimique donné, des informations géométriques à savoir la forme, la taille et la localisation de la zone contenant l'élément chimique détecté par rapport à son environnement dans le matériau analysé, cet environnement étant également irradié par le faisceau interrogateur et inclus dans le champ d'observation du dispositif générateur d'images. Dans ce contexte le générateur d'images comporte un détecteur à pixels et plus un détecteur monolithique, c'est-à-dire formé d'une pluralité de détecteurs élémentaires indépendants, chaque détecteur élémentaire ou pixel représentant un point de l'image acquise. Ces détecteurs élémentaires sont agencés en matrice ou en barrette et coopèrent avec un circuit de lecture. Chaque pixel reçoit une fraction du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation et donc du rayonnement X de fluorescence. La lentille obturée est positionnée de telle sorte que le rayonnement, d'une longueur d'onde donnée, émis par l'échantillon sous l'effet d'une 8 irradiation par un faisceau interrogateur, est focalisé sur le dispositif générateur d'images de type CCD. L'obturateur placé dans la partie centrale de la lentille bloque le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, non focalisé par la lentille. Selon cette invention, seul le rayonnement d'une longueur d'onde prédéterminée traduisant la présence d'une zone en un élément chimique donné constitue le signal utile reçu par le dispositif générateur d'images. L'image acquise par le dispositif générateur d'images renseigne donc sur la présence de l'élément chimique donné dans la zone, sur la géométrie (taille et forme) et sur la localisation de la zone. Si la lentille obturée est amovible, un changement de la lentille obturée par une autre ayant une autre distance focale permet au dispositif générateur d'images de recevoir un rayonnement d'une autre longueur d'onde et d'acquérir une image renseignant sur la présence d'un autre élément chimique dans la zone. La superposition de plusieurs images délivrées par le dispositif générateur d'images et acquises avec des lentilles obturées différentes permet de localiser sur une même image les différents éléments chimiques détectés. Un tel dispositif nécessite de connaître à l'avance les éléments chimiques à détecter et de disposer de lentilles ayant des distances focales adaptées aux longueurs d'ondes à détecter. Un autre inconvénient est qu'il faut prévoir un dispositif permettant mécaniquement de déplacer les lentilles et éventuellement l'échantillon et/ou le dispositif générateur d'images. L'ajustement de la position de la 9 lentille par rapport à d'une part l'échantillon et d'autre part le dispositif générateur d'images est délicat. De plus, la déviation d'un faisceau de rayons X par une lentille n'est efficace que sur les faibles énergies de quelques centaines d'électron-volts (eV), voire quelques kilo électron-volts (keV). Au-delà de quelques keV, les photons X ne sont pas déviés par une telle lentille et le dispositif précédemment décrit devient inopérant.

La lentille possède donc une fonction de sélection en énergie du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation qui la traverse puisque la longueur d'onde et l'énergie sont des grandeurs dépendantes l'une de l'autre et caractéristiques de l'élément chimique qui produit cette fluorescence X. Ce n'est pas le détecteur à pixels qui réalise la sélection en énergie des différents éléments chimiques présents. Le brevet US 4 987 582 décrit un dispositif comportant une source de rayonnement X ou gamma produisant un faisceau interrogateur destiné à irradier un échantillon, par exemple un bagage lors de contrôle dans les aéroports, et un dispositif de détection d'un rayonnement émis par ledit échantillon sous l'effet de l'irradiation par le faisceau interrogateur. Le moyen de détection peut être paramétré pour une longueur d'onde donnée et donc pour un élément chimique donné, en fonction de l'angle de Bragg caractéristique de ladite longueur d'onde. Pour cela, il comporte un ou plusieurs blocs de matériau cristallin sans dislocation à travers desquels le rayonnement émis par ledit 10 échantillon sous l'effet de l'irradiation passe sans pratiquement d'atténuation si le rayonnement émis par l'échantillon sous l'effet de l'irradiation arrivent sur un bloc de matériau cristallin donné avec l'angle de Bragg. En sortie du bloc de matériau cristallin, on place un dispositif générateur d'images avec un détecteur à pixels. Il est aussi prévu que le générateur d'images coopère avec un dispositif de traitement d'images et un dispositif d'affichage.

L'inconvénient de la structure décrite dans ce brevet est qu'il faut également connaître au préalable les éléments chimiques à détecter pour que le ou les blocs de cristaux soient orientés convenablement par rapport au rayonnement émis par l'échantillon sous l'effet de l'irradiation. Une sélection en énergie est effectuée en amont du dispositif générateur d'images. Pour avoir une image de l'échantillon en entier, par exemple de type bagage lors de contrôle dans les aéroports, il faut faire défiler l'échantillon devant le couple source d'excitation/dispositif de détection et il faut faire un traitement des différentes acquisitions faites par le dispositif générateur d'images. Le dispositif décrit dans ce document ne peut fonctionner qu'avec un rayonnement émis par l'échantillon sous l'effet de l'irradiation de faible énergie de l'ordre de quelques keV. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a justement comme but de proposer un dispositif d'imagerie par fluorescence X qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci- 11 dessus à savoir qui ne nécessite pas de déplacement de la source d'excitation par rapport au détecteur, qui ne nécessite pas de connaissance au préalable des éléments chimiques contenus dans l'objet à imager.

Pour y parvenir, la présente invention utilise un détecteur à pixels pour détecter un rayonnement émis par un objet irradié par un faisceau interrogateur émis par une source d'excitation, ce détecteur à pixels intégrant une fonction de sélection en énergie du rayonnement détecté, et fournissant un signal d'image relatif au rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. Le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation et détecté par le détecteur à pixels ne subit aucun tri en longueurs d'ondes entre son émission et son acquisition par le détecteur à pixels. Le fait d'utiliser un détecteur à pixels permet d'éviter le mouvement relatif entre lui-même et la source d'excitation. Plus précisément, la présente invention est relative à un dispositif d'imagerie de fluorescence X comportant au moins une source d'excitation apte à émettre un faisceau interrogateur vers un objet à imager de manière à ce que l'objet émette un rayonnement conséquence de l'interaction entre le faisceau interrogateur et l'objet, ce rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation incluant un rayonnement X de fluorescence, un dispositif générateur d'images muni d'un détecteur destiné à détecter le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, un collimateur en amont du détecteur pour limiter son champ d'observation. Selon 12 l'invention, le détecteur est un détecteur à pixels dont les pixels sont destinés à réaliser une fonction de sélection en énergie du rayonnement détecté et à fournir un signal d'image relatif au rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. La fonction de sélection en énergie peut être un seuillage en énergie, un fenêtrage en énergie ou encore plus avantageusement même une spectrométrie en énergie.

Le collimateur peut être un collimateur à masque codé, ce qui permet d'améliorer la sensibilité et conduit à un meilleur rapport sur bruit, ou un collimateur à canaux parallèles notamment si l'objet est proche du détecteur à pixels, ou un collimateur à sténopé, ce dernier ayant une profondeur de champ infinie. La source d'excitation peut être un tube à rayons X, une source radioactive, un canon à électrons ou un canon à ions.

Le dispositif générateur d'images peut comporter en outre dispositif d'affichage du signal d'image, ce signal d'image étant éventuellement traité par un dispositif de traitement d'images. Le détecteur à pixels peut comporter un scintillateur en amont d'un dispositif à transfert de charges, par exemple de type CCD ou d'un dispositif à transistors CMOS, le scintillateur devant convertir le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation qui l'atteint en un signal lumineux délivré au dispositif à transfert de charges ou au dispositif à transistors CMOS. 13 Le détecteur à pixels peut comporter, en outre, un tube intensificateur d'images disposé entre le scintillateur et le dispositif à transfert de charges ou le dispositif à transistors CMOS et éventuellement un faisceau de fibres optiques reliant le tube intensificateur d'images au dispositif à transfert de charges ou au dispositif à transistors CMOS. Dans un autre mode de réalisation, le détecteur à pixels peut comporter des détecteurs élémentaires à semi-conducteurs indépendants destinés à détecter le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation et reliés à un circuit intégré de lecture.

Encore dans un autre mode de réalisation, le détecteur à pixels peut comporter un matériau semi- conducteur monolithique destiné à détecter le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, et relié à un circuit électronique de lecture, généralement matriciel, définissant les pixels. On peut prévoir en outre un blindage entre la source d'excitation et le dispositif générateur d'images.

La source d'excitation peut être équipée d'un collimateur qui définit un axe du faisceau interrogateur. Le collimateur, disposé en amont du détecteur à pixels définit un axe de collimation du détecteur à pixels. Ce collimateur délimite l'angle solide de détection du détecteur. 14 L'axe du faisceau interrogateur et l'axe de collimation étant préférentiellement par un angle de l'ordre de 150° pour réduire la composante de diffusion Compton dans le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. Le dispositif peut comporter en outre une caméra auxiliaire associée au dispositif générateur d'images, apte à prendre une image visible d'une zone de l'objet observée par le détecteur à pixels.

Un prisme de séparation du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation d'un rayonnement visible provenant de l'objet peut être utilisé, ce prisme étant placé sur le chemin emprunté par le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation vers le détecteur à pixels. La présente invention concerne également un procédé d'imagerie de fluorescence X, consistant : à irradier un objet à imager par un faisceau interrogateur émis par une source d'excitation, à faire détecter un rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation par un détecteur à pixels d'un dispositif générateur d'images, après traversée d'un collimateur, ce détecteur à pixels possédant une fonction de sélection en énergie du rayonnement détecté , et à faire fournir, par chacun de plusieurs pixels du détecteur à pixels, un signal d'image relatif au rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée.

La détection du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation se fait de 15 préférence sensiblement simultanément à l'irradiation de l'objet avec le faisceau interrogateur. La sélection en énergie peut être un seuillage en énergie, un fenêtrage en énergie ou une spectrométrie en énergie. Le procédé peut comporter en outre l'identification d'un élément chimique à partir du rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. Lorsque la sélection en énergie est une spectrométrie, les pixels fournissent un signal d'image spectral, le procédé comporte également une étape de détection de pic dans chaque signal d'image spectral. Pour identifier un élément chimique de l'objet le procédé peut comporter lorsque la sélection en énergie est une spectrométrie, une comparaison de l'énergie de chaque pic avec l'énergie de fluorescence X d'éléments chimiques connus. Le procédé peut comprendre de plus l'affichage de l'intensité du rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement un dispositif d'imagerie par fluorescence X objet de l'invention ; les figures 2A, 2B montrent différentes variantes pour le collimateur ; 16 la figure 3 illustre, dans un dispositif d'imagerie selon l'invention un dispositif générateur d'images associé à une caméra auxiliaire avec un prisme de séparation du rayonnement de fluorescence X ; la figure 4 illustre un dispositif générateur d'images du dispositif d'imagerie selon l'invention avec un détecteur à pixels d'images apte à acquérir aussi bien des images de fluorescence X que des images visibles les figures 5A, 5B, 5C, 5D, 5E montrent différentes variantes du détecteur à pixels ; les figures 6A, 6B, 6C illustrent respectivement la fonction de seuillage en énergie, de fenêtrage en énergie et de spectrométrie en énergie.

Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère à la figure 1 qui montre un exemple de dispositif d'imagerie de fluorescence X objet de l'invention. Il comporte une source d'excitation 1 apte à émettre un faisceau interrogateur 2 en direction d'un objet 3 à imager et à caractériser.

La source d'excitation 1 est équipée d'un collimateur (non référencé) qui définit un axe 2.1 du faisceau 17 interrogateur 2, le faisceau interrogateur se propage selon cet axe 2.1. On a employé le terme « objet » dans un sens général, à savoir tout ce qui, animé ou inanimé, affecte les sens, principalement la vue.

Le faisceau interrogateur 2 est capable d'interagir avec la matière de l'objet 3 de manière à l'exciter afin qu'il émette un rayonnement ionisant 4, dit rayonnement émis par l'objet sous l'effet d'une irradiation par le faisceau interrogateur 2. Ce rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet d'une irradiation possède une composante de fluorescence et une composante de diffusion inélastique comme on l'a déjà mentionné précédemment. Ce rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation peut n'être émis que par une région z de l'objet 3, seule cette région z ayant été irradiée par le faisceau interrogateur 2. Le faisceau interrogateur 2 peut être un faisceau de rayons X ou gamma, un faisceau d'électrons ou un faisceau d'ions. Il peut être poly énergétique, c'est- à-dire véhiculer plusieurs longueurs d'ondes et pas une seule, et ce sera notamment le cas lorsque la source d'excitation 1 est un générateur de rayons X. La source d'excitation 1 peut être un générateur de rayons X comme on vient de l'affirmer, mais d'autres variantes existent. Elle peut être par notamment une source radioactive par exemple au S Co, un canon à électrons ou un canon à ions. Le rayonnement 4 émis par l'objet 3 sous l'effet de l'irradiation, est dirigé vers un dispositif générateur d'images 5 apte à détecter des rayons X. Le dispositif générateur d'images 5 comporte un détecteur 18 à pixels 5.1, qui dans cet exemple, comporte une partie sensible 5.10 au rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. Cette partie sensible 5.10 peut être formée d'une pluralité de détecteurs élémentaires 5.13 indépendants sensibles au rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, ces détecteurs élémentaires 5.13 forment les pixels. Ils coopèrent avec un circuit électronique de lecture 5.11. Le dispositif générateur d'images 5 peut comporter de plus, un circuit de traitement d'images 5.2 relié en sortie du détecteur à pixels 5.1, c'est-à-dire relié au circuit électronique de lecture 5.11 et un dispositif d'affichage 5.3 relié au circuit de traitement d'images 5.2.

Le détecteur à pixels 5.1 peut prendre plusieurs configurations, comme on le verra par la suite. Le dispositif générateur d'images 5 est destiné à fournir pour chacun de ses pixels, un signal d'image correspondant à un rayonnement qu'il détecte dans une bande d'énergie donnée. Le rayonnement détecté provient du rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation atteignant le détecteur à pixels 5.1. Le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation est exempt d'un filtrage en longueur d'onde entre son émission par l'objet 3 et sa détection par le détecteur à pixels 5.1 du dispositif générateur d'images 5. Le dispositif générateur d'images 5 permet d'obtenir, pour une pluralité de pixels 5.13, un signal dit d'image correspondant à l'intensité du rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. Autrement dit 19 le détecteur à pixels 5.1 permet d'obtenir une image du rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée, d'où l'emploi de l'expression générateur d'images. Par image, on entend une matrice de pixels, chaque pixel 5.13 délivrant une information spatialement résolue, relative au rayonnement détecté provenant d'une zone élémentaire de l'objet observé. Selon l'invention, le détecteur à pixels 5.1 intègre donc une fonction de sélection en énergie.

On combine alors une information spatialement résolue, mais également spectralement résolue, c'est-à-dire résolue en énergie. Ce n'est plus un dispositif mécanique additionnel qui effectue cette fonction comme dans l'art antérieur. Ainsi, on n'a plus besoin de connaître à l'avance les différents éléments chimiques à détecter. Cette fonction de sélection en énergie s'applique à chacun des pixels mais seuls certains pixels peuvent l'utiliser à un moment donné. Cette fonction de sélection en énergie signifie que le détecteur à pixels est apte à délivrer un signal d'image relatif à l'énergie du rayonnement qu'il détecte dans au moins une bande d'énergie donnée. Ainsi on peut acquérir simultanément le rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation par le faisceau interrogateur grâce à une pluralité de pixels 5.13 du détecteur à pixels 5.1. Avantageusement le détecteur à pixels 5.1 comporte plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de pixels 5.13. Chacun de ces pixels 5.13 est associé à une surface élémentaire de l'objet 3 irradié, de façon à délivrer une information 20 spatialement résolue. Ainsi on peut obtenir simultanément l'intensité du rayonnement émis par l'objet 3 sous l'effet de l'irradiation dans une plage d'énergie donnée. La résolution spatiale du dispositif générateur d'images 5 est déterminée par la surface élémentaire de l'objet 3 vue par un seul pixel 5.13. Il n'est pas nécessaire ni de déplacer la source d'excitation 1, ni le détecteur à pixels 5.1, ni l'objet 3 pour obtenir une information spatialement résolue du rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. On peut s'arranger pour les pixels 5.13 du détecteur à pixels 5.1 délivrent simultanément un signal d'image relatif à l'intensité du rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation dans une même bande d'énergie. On peut parler d'image du rayonnement 4 émis par l'objet associée à ladite bande d'énergie. Ainsi, si l'objet 3 comporte un élément, dont l'énergie de fluorescence X est située dans cette bande d'énergie, les pixels 5.13 du détecteur à pixels 5.1 correspondant à la position de cet élément dans l'objet 3 détectent un signal plus intense que les autres pixels. Lorsque l'on met en oeuvre le générateur d'images 5, on peut réaliser au niveau de son détecteur à pixels 5.1 un balayage en énergie, en faisant varier la bande d'énergie associée à l'image de rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. On obtient alors autant d'images que de bandes d'énergie. Le détecteur à pixels 5.1 possède un axe de visée 6 qui est sensiblement perpendiculaire à un plan, dit plan d'entrée, par lequel le rayonnement 4 émis par 21 l'objet sous l'effet de l'irradiation atteint la partie sensible 5.10 du détecteur à pixels 5.1. Le détecteur à pixels 5.1 et la source d'excitation 1 ainsi qu'éventuellement l'objet 3 peuvent être statiques les uns par rapport aux autres, ce qui simplifie le montage des différents constituants du dispositif d'imagerie les uns par rapport aux autres. On place un collimateur 8 en amont du détecteur à pixels 5.1 et donc de la partie sensible 5.10 dudit détecteur à pixels. La notion d'amont et d'aval se base sur le sens de propagation du rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. Le rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation atteignant la partie sensible 5.10 du détecteur à pixels 5.1 a donc traversé le collimateur 8. Le collimateur 8 définit un axe de collimation du détecteur à pixels qui est sensiblement confondu avec l'axe de visée 6 du détecteur à pixels.

Le collimateur 8 délimite le champ d'observation du détecteur à pixels 5.1, ce champ d'observation s'étend autour de l'axe de visée 6. Le collimateur 8 délimite un angle solide du détecteur à pixels 5.1, cet angle solide s'étendant autour de l'axe de collimation 6. Cet angle solide est nommé 8 sur la figure 2B. Le collimateur 8 peut être un collimateur à canaux parallèles comme illustré sur la figure 1. Dans ce cas, on le dispose de préférence à proximité de l'objet 3 et du détecteur à pixels 5.1. La distance entre le détecteur à pixels 5.1 et le collimateur 8 doit être selon cette configuration, inférieure à 22 environ 1 ou 2 centimètres, la distance entre le collimateur 8 et l'objet 3 étant également limitée à quelques centimètres, si l'on souhaite obtenir une information spatialement résolue, ce qui peut apparaître comme une contrainte. En variante, on pourrait utiliser un collimateur 8 à masque codé comme illustré sur la figure 2A, ce qui permet d'améliorer la sensibilité et conduit à un meilleur rapport sur bruit au détriment d'un algorithme de déconvolution plus complexe. Encore une autre variante serait d'utiliser un collimateur 8 à sténopé comme illustré sur la figure 2B. Cela offre l'avantage d'une profondeur de champ très importante, une simplicité de conception ainsi qu'un angle solide 8 permettant l'observation d'objets de surface importante. D'une façon générale, un collimateur à sténopé se présente sous la forme d'un trou de faible diamètre, généralement compris entre quelques centaines de micromètres et quelques millimètres, dans un matériau dense. De tels collimateurs sont usuellement utilisés dans des gamma caméras destinées à l'observation de sources irradiantes, comme par exemple celui décrit dans la demande de brevet EP 0 425 333.

Le dispositif générateur d'images 5 va fournir une image 7 de la région irradiée z se trouvant dans le champ d'observation du détecteur à pixels 5.1. Cette image permet d'obtenir des informations sur les éléments chimiques présents dans l'intersection entre l'angle solide du détecteur à pixels et la partie irradiée de l'objet. Précisons qu'il s'agit des 23 éléments chimiques se trouvant en surface mais aussi en profondeur dans l'objet 3. La profondeur dépend de l'énergie du faisceau interrogateur 2. L'image permet de mettre en évidence l'agencement de zones fluorescentes, dans une énergie donnée, de la région irradiée z de l'objet 3 incluses dans le champ d'observation du détecteur à pixels 5.1. On a intérêt à prévoir un blindage 9 placé à proximité du collimateur 8 d'épaisseur suffisante de manière à limiter l'influence du faisceau interrogateur 2 sur le détecteur à pixels 5.1 ou à limiter d'éventuels effets de diffusion. Il peut être réalisé par exemple à base de plomb et/ou de tungstène ou d'autres matériaux arrêtant les rayons X.

On peut prévoir d'associer le dispositif générateur d'images 5 avec une caméra auxiliaire 10 sensible à la lumière visible apte à acquérir une image visible de l'objet 3 à imager ou tout du moins une image visible de la zone observée par le détecteur à pixels 5.1. On a représenté avec la référence 10.1 sur la figure 3, un rayonnement visible qui atteint la caméra auxiliaire 10. Cette caméra auxiliaire 10 peut être une caméra couleur ou noir et blanc. Elle peut être solidarisée au dispositif générateur d'images 5. Elle aura de préférence un axe optique 11 qui est sensiblement parallèle à l'axe de visée ou de collimation 6 du détecteur à pixels 5.1. On peut prévoir dans circuit de traitement d'images 5.2 une correction de parallaxe informatique, après une étape de calibration, entre le détecteur à pixels 5.1 et la 24 caméra auxiliaire 10. En variante, il est possible de prévoir un prisme de séparation 12 pour effectuer cette correction de parallaxe comme on l'a représenté sur la figure 3. Le prisme de séparation 12 est placé sur le chemin du rayonnement 4 émis par l'objet 3 sous l'effet de l'irradiation, en amont du détecteur à pixels 5.1 et de la caméra auxiliaire 10. Il est transparent vis-à-vis du rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, qui alors n'est pas dévié et peut atteindre le dispositif générateur d'images 5. Par contre il dévie le rayonnement visible 10.1 qui va être détecté par la caméra auxiliaire 10. En variante comme illustré sur la figure 4, on peut envisager que ce soit directement le détecteur à pixels 5.1 du dispositif générateur d'images 5 qui soit apte à acquérir des images visibles, notamment en noir et blanc de l'objet. Dans ce cas, la partie sensible 5.10 est aussi sensible à la lumière visible. On prévoit un obturateur mécanique 13 escamotable, placé en position non escamotée en amont de la partie sensible 5.10 pour empêcher la lumière visible réfléchie par l'objet d'atteindre la partie sensible 5.10. Cet obturateur mécanique 13 laisse passer le rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. Cet obturateur mécanique 13 se trouve de préférence en aval du collimateur 8. Lorsqu'il est en position escamotée, l'image acquise par le détecteur à pixels 5.1 est une image visible et lorsqu'il est en position non escamotée, l'image acquise par le détecteur à pixels 5.1 est une image du rayonnement détecté par le détecteur à pixels. 25 La partie sensible 5.10 du détecteur à pixels 5.1 peut être réalisée par un dispositif à transfert de charges, par exemple à CCD, ou à transistors CMOS 14 éventuellement recouvert d'un scintillateur 15, par exemple en iodure de césium, comme illustré sur la figure 5A. Dans ce cas, un circuit de lecture est intégré à chaque pixel du dispositif à pixels. Ce circuit de lecture délivre des signaux d'image au dispositif d'affichage. Le circuit de lecture n'est pas référencé et les pixels ne sont pas différenciés. Le dispositif à CCD ou à transistors CMOS est de préférence matriciel. Dans ce contexte un dispositif matriciel comporte plusieurs sites sensibles, les pixels, agencés en matrice ou en barrette. Le scintillateur 15 convertit le rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation en un signal lumineux et le dispositif matriciel à CCD ou à transistors CMOS formé d'une pluralité de sites sensibles, dans ce cas des photosites, généralement des photodiodes, convertit le signal lumineux en des signaux électriques d'image destinés à être affiché par le dispositif d'affichage 5.3 après traitement éventuel dans le dispositif de traitement 5.2, si le dispositif d'affichage et le dispositif de traitement sont prévus. Ce sont ces signaux électriques d'image qui portent la sélection en énergie, le rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation lorsqu'il atteint le détecteur à 26 pixels 5.1 n'a pas subi de sélection en énergie, ce qui n'était pas le cas dans l'art antérieur. Un tel détecteur à pixels 5.1 est particulièrement simple, mais souffre toutefois d'un inconvénient à cause du dispositif matriciel à CCD ou à transistors CMOS. Il ne permet pas de prévoir une fonction de spectrométrie, c'est-à-dire qu'il ne permet pas de connaître, pour un photosite donné, le nombre de photons ionisants reçus à une énergie donnée. L'image obtenue renseigne spatialement sur le nombre de photons ionisants reçus, c'est-à-dire sur l'intensité du rayonnement détecté à partir du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation et c'est le circuit de lecture intégré qui va effectuer la fonction de sélection en énergie qui peut alors être de type seuillage ou fenêtrage comme on va l'expliquer plus loin. Afin de réduire la composante de diffusion du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, il est possible d'ajuster l'angle entre l'axe 2.1 du faisceau interrogateur 2 et l'axe de collimation 6 du le détecteur à pixels 5.1. Cet angle peut valoir par exemple environ 150°. En variante illustrée à la figure 5B, le détecteur à pixels 5.1 pourra comporter une cascade avec, dans cet ordre, depuis le collimateur 8, un scintillateur 15, un tube intensificateur d'images 16 et un dispositif de type CCD ou à transistors CMOS 14. Le tube intensificateur d'images 16 a pour rôle d'amplifier le signal lumineux délivré par le scintillateur 15. Un faisceau de fibres optiques 17 27 (taper en anglais) peut relier le tube intensificateur d'images 16 au dispositif matriciel de type CCD ou à transistors CMOS 14. Cette configuration permet d'obtenir un signal d'image relatif à l'intensité du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation dans une bande d'énergie bornée dont on peut établir à la fois les énergies maximum et minimum. De manière préférée, le détecteur à pixels 5.1 est réalisé dans un matériau semi-conducteur permettant la détection de photons ionisants dont l'énergie dépasse quelques keV, voire quelques dizaines de keV. En dépit d'une résolution en énergie inférieure à celle d'un détecteur germanium, on préfèrera l'utilisation d'un matériau détecteur utilisable à température ambiante. Ce matériau semi-conducteur est par exemple du tellurure de cadmium CdTe, du tellurure de cadmium dopé au zinc CdZnTe, de l'iodure de mercure HgI2. Ces matériaux sont connus pour leurs propriétés spectrométriques à température ambiante. Un tel détecteur à pixels est illustré sur la figure 5C. Le détecteur à pixels 5.1 comprend des détecteurs élémentaires 18 indépendants agencés de préférence en matrice, en matériau semi-conducteur sensibles au rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. L'épaisseur du détecteur est de typiquement de quelques centaines de micromètres à quelques millimètres, voire quelques centimètres. De préférence, les faces avant des détecteurs élémentaires 18, c'est-à-dire les faces exposées au rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, sont coplanaires. Les détecteurs élémentaires 18 définissent 28 un plan de détection. Les détecteurs élémentaires 18 sont reliés à un circuit intégré 19 de lecture, ce dernier étant connecté au circuit de traitement 5.2. Ce circuit intégré 19 de lecture traite le signal issu de l'interaction d'un photon ionisant avec le détecteur élémentaire concerné et pouvant en mesurer l'énergie. Le circuit intégré de lecture délivre les signaux d'image. Les détecteurs élémentaires 18 forment les pixels. Concrètement, le détecteur à pixels 5.1 comporte un ou plusieurs blocs, chaque bloc comportant une matrice de plusieurs détecteurs élémentaires 18, par exemple 4x4 jusqu'à 16x16 et un ou plusieurs circuits intégrés 19 formant une électronique de proximité. Lorsqu'il y a plusieurs blocs, ils sont accolés. Sur la figure 5C, on n'a représenté qu'une colonne de quatre détecteurs élémentaires 18 mais bien sûr le détecteur à pixels peut comporter plusieurs colonnes et chaque colonne peut avoir beaucoup plus de détecteurs élémentaires. Le circuit intégré 19 de lecture peut être réalisé avec des ASIC. Le dispositif générateur d'images pourrait ainsi inclure une gamma caméra telle que celle développée pour le programme INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) de l'Agence Spatiale Européenne. En variante illustrée sur la figure 5D, le détecteur à pixels 5.1 du dispositif générateur d'images pourrait être réalisé par du matériau semi-conducteur monolithique 20 coopérant avec un circuit de lecture 21. C'est le circuit de lecture 21 qui définit les pixels et qui délivre également les signaux 29 d'image. Le circuit de lecture est relié au dispositif de traitement non représenté. Un tel détecteur à pixels pourra être par exemple une puce MEDIPIX. D'une façon générale comme illustré sur la figure 5E, il est avantageux de disposer d'un détecteur à pixels 5.1 réalisé en matériau semi-conducteur 20. Dans l'exemple le matériau semi-conducteur 20 est de forme parallélépipédique. Une première électrode 50 polarisée à un premier potentiel est accolée à une première face du matériau semi-conducteur 20. Une deuxième électrode 51 polarisée à un deuxième potentiel est accolée à une deuxième face du matériau semi-conducteur 20, la deuxième face étant opposée à la première face. Le deuxième potentiel est supérieur au premier potentiel ; ainsi, la première électrode 50 est une cathode, tandis que la deuxième électrode est une anode. La deuxième électrode 51 est composée d'une pluralité d'électrodes élémentaires, ou anodes élémentaires, 511_51n, disposées sur la deuxième face du matériau détecteur 20 selon une matrice. Chaque électrode élémentaire 511_51n est reliée à un circuit de lecture 22, apte à collecter et à traiter des impulsions électriques produites sous l'effet des interactions du rayonnement détecté par le détecteur 5.1 à partir du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. Ainsi, chaque électrode élémentaire, en coopération avec le circuit de lecture, définit un pixel. La première électrode 50 et la deuxième électrode 51 sont polarisées par des moyens de polarisation 53, représentés ici dans le même bloc que le circuit de lecture 21. Le matériau semi-conducteur 30 20 peut être par exemple du tellurure de cadmium CdTe, du tellurure de cadmium dopé au zinc CdZnTe, de l'iodure de mercure HgI2 On va maintenant revenir sur le fonctionnement d'un tel dispositif d'imagerie. La présente invention concerne également un procédé d'imagerie de fluorescence X. De manière générale, le procédé consiste à irradier un objet à imager par un faisceau interrogateur émis par une source d'excitation de manière à ce que l'objet émette un rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation par le faisceau interrogateur, à détecter le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation après traversée d'un collimateur, par un détecteur à pixels, à faire réaliser une sélection en énergie dans le rayonnement détecté par plusieurs pixels du détecteur à pixels, à délivrer un signal d'image correspondant au rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. Le signal d'image produit par chacun des pixels peut être traité par des moyens de traitement et affiché par des moyens d'affichage. Ces signaux d'image traduisent l'intensité du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation dans la bande d'énergie donnée. La détection du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, incluant le rayonnement X de fluorescence, se fait sensiblement simultanément à l'irradiation de l'objet avec le faisceau interrogateur. Dans un premier mode de fonctionnement, on utilise un dispositif de génération d'images dont le détecteur à pixels est doté d'une fonction de seuillage 31 en énergie, c'est-à-dire de moyens de seuillage 60. Les moyens de seuillage 60 peuvent être inclus dans le circuit de lecture ou dans des moyens de traitement disposés en aval du circuit de lecture. Sur la figure 1, on a schématisé les moyens de seuillage 60 dans le circuit de lecture 5.11. On se réfère à la figure 6A. Chaque pixel du détecteur est apte à délivrer un signal d'image relatif à la quantité de photons ionisants détectés dont l'énergie est supérieure ou inférieure à un seuil 6 en énergie. On peut effectuer ce seuillage avec tous les pixels du détecteur à pixels ou seulement sur quelques uns. On peut ainsi rejeter des interactions entre le faisceau interrogateur et l'objet dont l'énergie est inférieure ou supérieure au seuil G.

Autrement dit, le seuillage contribue à définir une bande d'énergie. Cela signifie que pour un seuil donné, par exemple valant 50 keV, les signaux d'image délivrés par le dispositif générateur d'images feront apparaître la localisation d'une ou plusieurs zones correspondant à des éléments chimiques de l'objet irradiés par le faisceau interrogateur émettant un rayonnement dont l'énergie vaut au moins ou au plus le seuil donné. En réalisant plusieurs détections avec des seuils en énergie différents, le dispositif de traitement peut délivrer une image résultante faisant apparaître une ou plusieurs zones correspondant à une bande d'énergie donnée. A titre d'exemple non limitatif, on suppose que l'on utilise successivement deux seuils S1 et S2 différents, S1 correspond à l'énergie E1 et S2 correspond à l'énergie E2. On suppose que l'énergie E1 est supérieure à l'énergie E2. On acquiert deux images 32 P1, P2 de l'objet, le seuil S1 ayant été appliqué lors de l'acquisition de l'image P1 et le seuil S2 ayant été appliqué lors de l'acquisition de l'image P2. Le faisceau interrogateur conserve une même énergie lors de l'acquisition des deux images. Le dispositif de traitement, en soustrayant les deux images P1-P2, va délivrer une image résultante P permettant de localiser, une ou plusieurs zones de fluorescence correspondant à des éléments chimiques de l'objet irradiés par le faisceau interrogateur émettant un rayonnement dont l'énergie est comprise entre E1 et E2. Cette localisation n'est possible bien sûr que si de telles zones existent. Dans un second mode de fonctionnement plus intéressant, on utilise un dispositif générateur d'images dont le détecteur à pixels 5.1 est doté d'une fonction de fenêtrage en énergie c'est-à-dire de moyens de fenêtrage 61. Les moyens de fenêtrage 61 peuvent être inclus dans le circuit de lecture ou dans les moyens de traitement disposés en aval du circuit de lecture. Sur la figure 1, on a schématisé les moyens de fenêtrage 61 dans le circuit de lecture 5.11. Les pixels du détecteur à pixels, concernés par ce fenêtrage en énergie, produisent des signaux d'image relatifs à la quantité de photons X détectés dans au moins une bande énergétique DE donnée. On se réfère à la figure 6B. On peut ainsi obtenir des images correspondant à différentes bandes spectrales d'énergie. On peut effectuer ce fenêtrage avec tous les pixels du détecteur à pixels ou seulement sur quelques uns. On peut ainsi rejeter des interactions entre le 33 faisceau interrogateur et l'objet dont l'énergie de fluorescence résultante est extérieure à la bande. Les bornes de la bande peuvent être ajustables ou fixes. Le dispositif générateur d'images délivre alors directement des signaux d'image mettant en évidence une ou plusieurs zones correspondant à des éléments chimiques de l'objet irradiés par le faisceau interrogateur émettant un rayonnement incluant un rayonnement X de fluorescence contenant une concentration d'éléments chimiques dont l'énergie de fluorescence est comprise dans la bande d'énergie. On peut ainsi vouloir mettre en évidence un élément chimique ou un groupe d'éléments chimiques dont l'énergie de fluorescence se trouve dans la bande d'énergie. La bande d'énergie est alors fixe. On peut aussi vouloir réaliser une cartographie la plus exhaustive possible de l'objet en réalisant plusieurs d'images avec des bandes d'énergie chacune de ces bandes d'énergie étant acquisitions différentes, corrélée à différentes superposition résultante. un ou plusieurs éléments chimiques. images peuvent être traitées Ces par pour ne fournir qu'une seule image Ces 25 les cinq modesdeux fonctions peuvent se faire avec de réalisation du détecteur à pixels décrits aux figures 5A à 5E. Dans un troisième mode de fonctionnement encore plus avantageux illustré sur la figure 6C le détecteur à pixels à semi-conducteur est doté d'une 30 fonction de spectrométrie, c'est-à-dire de moyens de spectrométrie 63. Les moyens de spectrométrie 63 34 peuvent être inclus dans le circuit de lecture de chaque pixel ou dans les moyens de traitement du circuit de lecture de chaque pixel. Sur la figure 5D, on a schématisé les moyens de spectrométrie 63 dans le circuit de lecture 21 de chaque pixel. Chaque pixel du détecteur à pixels concerné par la spectrométrie délivre un spectre en énergie du rayonnement détecté à partir du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. Aussi la sélection en énergie correspond à une discrétisation en énergie du rayonnement détecté en une multitude de bandes élémentaires d'énergie, dont la largeur est typiquement de quelques dixièmes de keV à quelques keV. On se réfère à la figure 6C. En fait, on mesure un « nombre de coups », c'est-à-dire un nombre d'impulsions générées par le pixel, le rapport entre le nombre de photons pénétrant dans le pixel et le nombre de coups généré dépend du rendement du détecteur. On peut effectuer cette spectrométrie avec tous les pixels du détecteur à pixels ou seulement sur quelques uns. L'analyse qualitative, c'est à dire la connaissance des éléments chimiques présents dans l'objet consiste à détecter, dans les différents spectres obtenus, les pics de fluorescence dont l'énergie E donne une indication sur la nature du matériau. L'analyse quantitative, c'est à dire déterminer la concentration d'un ou plusieurs éléments chimiques nécessite de connaître la hauteur et/ou la surface d'un pic du spectre.

Un tel détecteur permet d'obtenir une information spectrale spatialement résolue. Autrement dit, il permet d'obtenir le spectre en énergie du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation par la source, et cela dans chacun des pixels. On obtient ainsi une information spectrale du rayonnement émis par les différentes zones élémentaires de l'objet comprises dans l'intersection de l'angle solide de détection et subissant l'irradiation de la source. L'objet peut être irradié durant une certaine période d'irradiation T, variant entre quelques secondes et quelques minutes, voire dizaines de minutes, et on acquiert alors, sur plusieurs pixels, le spectre en énergie du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation.

Lorsque l'irradiation s'achève, l'acquisition du spectre s'achève aussi. On peut alors procéder au dépouillement des mesures. Ce dépouillement peut consister à représenter visuellement un histogramme en trois dimensions deux dimensions correspondent aux coordonnées des pixels dans la matrice de détection, et la troisième dimension correspond à l'énergie. On peut également représenter l'information en projetant l'histogramme précédemment décrit selon au moins une dimension. Par exemple, on peut représenter, sur chaque pixel, l'intensité du signal d'image dans une bande d'énergie donnée DE. On obtient alors une image de l'émission de l'objet en fonction de la bande d'énergie DE. Il est alors possible de faire varier cette bande d'énergie et d'obtenir autant d'images que de bandes d'énergie DE. Lorsqu'une zone élémentaire de 36 l'objet, correspondant à un pixel du détecteur, comprend un élément dont l'énergie de fluorescence X correspond à cette bande d'énergie, l'intensité du signal d'image détecté à cette énergie présente un maximum local, correspondant au pic de fluorescence X. On peut alors conclure à la présence de l'élément chimique dans ladite zone élémentaire. Les moyens de traitement des signaux des pixels peuvent également comprendre des algorithmes d'extraction de pics, couramment mis en oeuvre dans la spectrométrie gamma. Ces algorithmes permettent d'obtenir, dans chacun des pixels, les énergies correspondant aux pics détectés. Il est alors aisé de conclure à la présence d'éléments chimiques particuliers dans la zone élémentaire correspondant à chaque pixel, en comparant les énergies des pics ainsi détectés aux énergies de fluorescence X desdits éléments chimiques, ces dernières étant connues. On comprendra que ce mode de réalisation permet d'obtenir, à l'aide d'une seule acquisition, le spectre en énergie du rayonnement émis par l'objet, et cela pour plusieurs pixels. Ce mode de réalisation est donc particulièrement avantageux car il donne accès, avec une même acquisition, à l'intensité du rayonnement émis par l'objet dans différentes bandes d'énergies. Du fait de l'évolution du rendement de fluorescence X avec le numéro atomique de l'atome concerné, le dispositif d'imagerie selon l'invention aura une sensibilité accrue pour des atomes lourds vis- à-vis de celle obtenue avec des atomes légers. Par 37 lourd, on entend plus lourd que le fer, voire que le plomb. Des détecteurs pouvant être mis en oeuvre dans l'invention sont décrits dans la publication suivante : « New trends in gamma ray imaging with CdZnTe/CdTe at CEA Leti », L. Verger et al / Nuclear Instruments and Methods in Physics Research section A, vol. 571, Issues 1-2, February 2007, pages 33-43. Les différentes variantes décrites doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres. Bien que plusieurs modes de réalisation de la présente invention aient été représentés et décrits de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (20)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'imagerie de fluorescence X comportant au moins une source d'excitation (1) apte à émettre un faisceau interrogateur (2) vers un objet à imager de manière à ce que l'objet émette un rayonnement (4) conséquence de l'interaction entre le faisceau interrogateur (2) et l'objet (3), ce rayonnement (4) émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation incluant un rayonnement X de fluorescence, un dispositif générateur d'images (5) muni d'un détecteur (5.1) destiné à détecter le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, un collimateur (8) en amont du détecteur (5.1) pour limiter son champ d'observation, caractérisé en ce que le détecteur (5.1) est un détecteur à pixels dont les pixels sont destinés à réaliser une fonction de sélection en énergie du rayonnement détecté et à fournir un signal d'image relatif au rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée.
2. 2. Dispositif d'imagerie selon la revendication 1, dans lequel la fonction de sélection en énergie est un seuillage en énergie, un fenêtrage en énergie ou une spectrométrie en énergie.
3. 3. Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le collimateur (8) est un collimateur à sténopé, un collimateur à canaux parallèles ou un collimateur à masque codé. 39
4. 4. Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source d'excitation (1) est un tube à rayons X, une source radioactive, un canon à électrons ou un canon à ions.
5. 5. Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif générateur d'images (5) comporte en outre dispositif d'affichage (5.3) du signal d'image, ce signal d'image étant éventuellement traité par un dispositif de traitement d'images (5.2).
6. 6. Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le détecteur à pixels (5.1) comporte un scintillateur (15) en amont d'un dispositif à transfert de charges ou d'un dispositif à transistors CMOS (14), le scintillateur (15) devant convertir le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation qui l'atteint en un signal lumineux délivré au dispositif à transfert de charges ou au dispositif à transistors CMOS (14).
7. 7. Dispositif d'imagerie selon la revendication 6, dans lequel le détecteur à pixels (5.1) comporte, en outre, un tube intensificateur d'images (16) disposé entre le scintillateur (15) et le dispositif à transfert de charges (14) ou le dispositif à transistors CMOS et éventuellement un faisceau de fibres optiques (17) reliant le tube intensificateur 40 d'images (16) au dispositif à transfert de charges (14) ou au dispositif à transistors CMOS.
8. 8. Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le détecteur à pixels (5.1) comporte des détecteurs élémentaires à semi-conducteurs indépendants (18) destinés à détecter le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation et reliés à un circuit intégré (19) de lecture.
9. 9. Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le détecteur à pixels (5.1) comporte un matériau semi-conducteur monolithique (20) destiné à détecter le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, et relié à un circuit électronique de lecture (21) définissant les pixels.
10. 10. Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un blindage (9) entre la source d'excitation (1) et le dispositif générateur d'images (5).
11. 11. Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source d'excitation (1) est collimatée et le collimateur définit un axe (2.1) du faisceau interrogateur (2), le collimateur (8) disposé en amont du détecteur à pixels définit un axe de collimation (6) du détecteur à pixels (5.1), l'axe (2.1) du faisceau interrogateur (2) et 41 l'axe de collimation (6) sont séparés par un angle de l'ordre de 150°.
12. 12. Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une caméra auxiliaire (10) associée au dispositif générateur d'images (5), apte à prendre une image visible d'une zone (z) de l'objet observée par le détecteur à pixels (5.1).
13. 13. Dispositif d'imagerie selon la revendication 12, comportant, en outre, un prisme de séparation (12) du rayonnement (4) émis par l'objet (3) sous l'effet de l'irradiation d'un rayonnement visible provenant de l'objet, ce prisme étant placé sur le chemin emprunté par le rayonnement (4) émis par l'objet (3) sous l'effet de l'irradiation vers le détecteur à pixels (5.1).
14. 14. Procédé d'imagerie de fluorescence X, consistant : à irradier un objet (3) à imager par un faisceau interrogateur (2) émis par une source d'excitation (1), à faire détecter un rayonnement (4) émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation par un détecteur à pixels (5.1) d'un dispositif générateur d'images (5) après traversée d'un collimateur (8), ce détecteur à pixels possédant une fonction de sélection en énergie du rayonnement détecté , et 42 à faire fournir par chacun de plusieurs pixels du détecteur à pixels (5.1) un signal d'image relatif au rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée.
15. 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel la détection du rayonnement (4) émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation se fait sensiblement simultanément à l'irradiation de l'objet (3) avec le faisceau interrogateur (2).
16. 16. Procédé selon l'une des revendications 14 ou 15, dans lequel la sélection en énergie est un seuillage en énergie, un fenêtrage en énergie ou une spectrométrie en énergie.
17. 17 Procédé selon l'une des revendications 14 à 16, comportant en plus l'identification d'un élément chimique à partir du rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée.
18. 18. Procédé selon l'une des revendications 14 à 16, dans lequel lorsque la sélection en énergie est une spectrométrie, les pixels fournissant un signal d'image spectral, il comporte également une étape de détection de pic dans chaque signal d'image spectral.
19. 19. Procédé selon la revendication 18, comportant également une comparaison de l'énergie de chaque pic avec l'énergie de fluorescence X d'éléments chimiques connus.43
20. 20. Procédé selon l'une des revendications 14 à 16, comportant en plus l'affichage de l'intensité du rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée.