WO1992013492A1 - Capteur de radiations ionisantes utilisable dans un systeme d'imagerie radiographique - Google Patents

Capteur de radiations ionisantes utilisable dans un systeme d'imagerie radiographique Download PDF

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Francis Mouyen
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    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
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    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2006—Measuring radiation intensity with scintillation detectors using a combination of a scintillator and photodetector which measures the means radiation intensity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T5/00—Recording of movements or tracks of particles; Processing or analysis of such tracks
    • G01T5/08—Scintillation chambers

Definitions

  • the present invention relates to ionizing radiation sensors, such as X or ⁇ rays, used in industrial or medical radiographic imaging systems.
  • a sensor of this kind used for a few years in intraoral dental radiology in a device making it possible to view in real time on a screen the radiographic information supplied and marketed under the name
  • Radiovisiography® is described in particular in European Patent No. 0.129.451 and in US Patent No. 4.593.400 in the name of the applicant.
  • such a sensor comprises a matrix charge transfer device (CCD) associated with a scintillator element and a filter means for opposing the passage of X-rays not transformed into rays of wavelength visible by the scintillator element .
  • CCD matrix charge transfer device
  • this filter means is a screen formed by optical fibers lined with particles of metal oxides intended to absorb the energy of X-rays not transformed by the scintillator.
  • the sensor of the invention which implements a means ensuring not only a filtering function but also guiding the radiation, this latter function contributing to a large extent, as will be understood on reading the description below, to the formation of large images quality- More precisely, the sensor of the invention is remarkable in that said filter means is formed by the association of a non-optical element constituted by a bundle of tubular guides, wholly or partly metallic, and of the 'scintillator element, the latter being housed in said non-optical element.
  • the senor of the invention does not include a fiber optic system, unlike the sensors of the prior art, which in particular makes it possible to reduce the overall dimensions of the device in significant proportions, this having a great interest in certain applications where the useful space for the examination is limited for example, the interior of the oral cavity.
  • the radiation guidance function can be considered secondary. It is not produced by a system of optical fibers, as we have just pointed out, nor by the scintillator itself, as for example in EP-A-0.423.030, but by metal tubes.
  • FIG. 1 there is shown at 1 the sensor which is formed by a housing 10 liquid and gas tight, which contains a matrix charge transfer device 20 (CCD) coupled to a microelectronics 30 for controlling and amplifying the output signal of the charge transfer device, arranged after the latter, said microelectronics can also be arranged laterally, the above signal being transmitted to a processing and display unit (not shown) by means of a cable 11.
  • CCD matrix charge transfer device
  • microelectronics 30 for controlling and amplifying the output signal of the charge transfer device, arranged after the latter, said microelectronics can also be arranged laterally, the above signal being transmitted to a processing and display unit (not shown) by means of a cable 11.
  • the receiving face of the charge transfer device is protected by a bundle 40 of tubular guides having common walls and in which is housed a scintillator element.
  • This scintillator element is formed of a conventional scintillation material 51 charged with particles 52 capable of absorbing the radiation coming from the X-ray source and the secondary or scattered radiation originating from the radiographed object.
  • these absorbent particles 52 consist of metal oxides or nitrates whose density of the metal element is greater than 10, for example tungsten oxides, lead oxides, tantalum oxides or barium nitrates .
  • tubular guides have the following structural and dimensional characteristics: they are made, in whole or in part, in a metallic material comprising metallic elements of very high density, preferably greater than 10, which can be chosen from the following metals: lead, tungsten, platinum, gold, osmium, irridium, tantalum or in a mixture of these metals.
  • Their opening on the other hand is included in a ratio of 2/1 to 5/1 linearly with respect to the elementary points of light of the matrix device with charge transfer.
  • the height is approximately 1 mm but may, depending on the applications and depending on the needs for attenuation of energy radiation, be between 0.5 and 4 mm.
  • the overall thickness of the sensor is thus between 5 to 6 mm, whereas it was 14 mm with the sensor of the prior art which incorporated a screen of optical fibers having a thickness of about 11 mm.
  • the index 100 represents a so-called "primary" ray which has passed through, without being absorbed, the object to be radiographed and which enters the tubular guide in a direction substantially parallel to the vertical axis of the latter.
  • This ray 100 penetrates deeply into the scintillation material lining the interior of the guide because, because of its high energy, it will be absorbed statistically only in the deep layers of the scintillation material by emitting light rays 110 and 111.
  • a large part of the light rays 110 will contribute, by striking the receiving face of the charge transfer device, to the formation of the image while the rays 111 will be completely absorbed, for some before reaching said face.
  • the index 200 a secondary or scattered ray which comes from the radiographed object itself.
  • This ray 200 which has a low energy, is statistically stopped in the upper layers of the scintillation material loaded with absorbent particles and only a very small part of the light rays 210 resulting from this absorption can be transferred through the overall thickness of the scintillation material towards the receiving face of the charge transfer device, the other rays (rays 211) not being detected.
  • the index 300 shows a primary ray of energy equivalent to that of ray 100 but which penetrates laterally into the tubular guide following an imperfect col ⁇ mation. This ray will thus strike during its path the walls of the guide which are coated, as has been specified above, with a high density metallic material.
  • the secondary rays 309 which are generated by this absorption, at the walls of the guide, will be transformed into rays of visible wavelength, some of which (rays 310) will reach the receiving face of the charge transfer device while others (rays 311) will be absorbed within the scintillation material.
  • the radius 300 has an incidence making an angle greater than 5 ° relative to the axis of the tubular guides, the latter will be crossed giving a imprecision in the image since several guides may be concerned, the quality of the image being in a way inversely proportional to the number of guides crossed by the same incident ray.
  • this set reduces the scattering of parasitic rays which come from the radiographed object itself, that it prevents lateral penetration of the primary rays by forming an obstacle to their propagation and that, in doing so, it limits the diffusion of the secondary rays coming from the contacts of the primary rays with said obstacle.

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Abstract

L'invention intéresse les capteurs de radiations ionisantes, tels que les rayons X ou η, employés dans les systèmes d'imagerie radiographique industriels ou médicaux. Ce capteur (1) comprend un dispositif matriciel à transfert de charges (20) couplé à un élément scintillateur (51, 52) et un moyen de filtre pour s'opposer au passage des radiations non transformées par ledit élément scintillateur. Il est remarquable en ce que ledit moyen de filtre est formé par l'association d'un élément non optique constitué par un faisceau de guides tubulaires (40), en totalité ou en partie métalliques, et dudit élément scintillateur, ledit élément scintillateur étant logé dans ledit élément non optique. Applications notamment dans le domaine de la radiologie dentaire intra-orale.

Description

CAPTEUR DE RADIATIONS IONISANTES UTILISABLE DANS UN SYSTEME D'IMAGERIE RADIOGRAPHIQUE
La présente invention intéresse les capteurs de radiations ionisantes, tels que les rayons X ou γ, employés dans les systèmes d'imagerie radiographique industriels ou médicaux.
Un capteur de ce genre, utilisé depuis quelques années en radiologie dentaire intra- orale dans un appareil permettant de visualiser en temps réel sur un écran les informations radiographiques fournies et commercialisé sous la dénomination
Radiovisiographie®, est notamment décrit dans le Brevet Européen No. 0.129.451 et dans le Brevet US No. 4.593.400 au nom du demandeur.
Schématiquement, un tel capteur comprend un dispositif matriciel à transfert de charges (CCD) associé à un élément scintillateur et un moyen de filtre pour s'opposer au passage des rayons X non transformés en rayons de longueur d'onde visible par l'élément scintillateur.
Dans le capteur en question, ce moyen de filtre est un écran formé par des fibres optiques garnies de particules d'oxydes métalliques destinées à absorber l'énergie des rayons X non transformés par le scintillateur.
Bien que les données obtenues avec un capteur de ce type soient particulièrement fiables et exploitables sans réserve par le praticien, il en demeure pas moins que l'épaisseur qui doit nécessairement être donnée à l'écran, afin que celui-ci joue pleinement son rôle de filtre, constitue une contrainte dimensionnelle ayant une certaine incidence sur l'encombrement du capteur.
Cette contrainte est surmontée avec le capteur de l'invention qui met en oeuvre un moyen assurant non seulement une fonction de filtrage mais également de guidage des rayonnements, cette dernière fonction contribuant dans une large mesure, comme on le comprendra à la lecture de la description ci-après, à la formation d'images de grande qualité- Plus précisément, le capteur de l'invention est remarquable en ce que ledit moyen de filtre est formé par l'association d'un élément non optique constitué par un faisceau de guides tubulaires, en totalité ou en partie métalliques, et de l'élément scintillateur, ce dernier étant logé dans ledit élément non optique.
Une première observation doit immédiatement être soulignée : le capteur de l'invention ne comprend pas de système de fibres optiques, contrairement aux capteurs de l'art antérieur, ce qui permet notamment de réduire dans des proportions importantes les dimensions globales du dispositif, ceci présentant un grand intérêt dans certaines applications où l'espace utile à l'examen est limité par exemple, l'intérieur de la cavité buccale.
Il convient de préciser en outre, que la fonction de guidage des rayonnements peut être considérée comme secondaire. Elle n'est pas réalisée par un sytème de fibres optiques, comme on vient de le souligner, ni par le scintillateur lui-même, comme par exemple dans le EP-A-0.423.030, mais par des tubes métalliques.
D'autres caractéristiques et avantages importants de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation d'un capteur de rayons X conforme à ladite invention, cette description étant accompagnée de dessins qui montrent respectivement : * à la Figure 1, selon une vue schématique en coupe, la position relative des différentes parties constitutives dudit capteur, et
* à la Figure 2, selon une vue schématique agrandie, un des guides tubulaires du moyen de filtre et une illustration du trajet théorique des différents rayons atteignant la zone délimitée par ce guide. En se reportant plus particulièrement à la Figure 1, on a représenté en 1 le capteur qui est formé par un boîtier 10 étanche aux liquides et aux gaz, lequel renferme un dispositif matriciel à transfert de charges 20 (CCD) couplé à une micro-électronique 30 de pilotage et d'amplification du signal de sortie du dispositif à transfert de charges, disposée postérieurement à celui-ci, ladite micro-électronique pouvant également être disposée latéralement, le susdit signal étant transmis vers une unité de traitement et de visualisation (non représentée) au moyen d'un câble 11.
Conformément aux enseignements de l'invention, la face réceptrice du dispositif à transfert de charges est protégée par un faisceau 40 de guides tubulaires présentant des parois communes et dans lesquels est logé un élément scintillateur. Cet élément scintillateur est formé d'un matériau à scintillation conventionnel 51 chargé en particules 52 aptes à absorber le rayonnement issu de la source de rayons X et le rayonnement secondaire ou diffusé ayant pour origine l'objet radiographié. De préférence, ces particules absorbantes 52 sont constituées par des oxydes ou des nitrates métalliques dont la densité de l'élément métallique est supérieure à 10, par exemple des oxydes de tungstène, des oxydes de plomb, des oxydes de tantale ou des nitrates de barium.
Ces guides tubulaires présentent les caractéristiques structurelles et dimensionnelles suivantes : us sont réalisés, en totalité ou partie, dans un matériau métallique comprenant des éléments métalliques de très haute densité, de préférence supérieure à 10, qui pourront être choisis parmi les métaux suivants : plomb, tungstène, platine, or, osmium, irridium, tantale ou encore dans un mélange de ces métaux.
Leur ouverture d'autre part est comprise dans un rapport de 2/1 à 5/1 linéairement par rapport aux points élémentaires de lumière du dispositif matriciel à transfert de charges. Autrement dit, on dispose, par point élémentaire de lumière du dispositif à transfert de charges, entre 4 et 25 sorties de guides ce qui permet d'obtenir une excellente résolution d'image.
Leur hauteur enfin est d'environ 1 mm mais peut, selon les applications et en fonction des nécessités d'atténuation des rayonnements énergétiques, être comprise entre 0,5 et 4 mm. Avec une hauteur de 1 mm, l'épaisseur globale du capteur se situe ainsi entre 5 à 6 mm, alors qu'elle était de 14 mm avec le capteur de l'art antérieur qui intégrait un écran de fibres optiques ayant une épaisseur d'environ 11 mm.
Pour une bonne compréhension du rôle tenu par ces guides tubulaires dans le capteur de l'invention, on se reportera à la Figure 2 qui ne montre, pour une meilleure clarté de l'exposé, qu'un seul desdits guides tubulaires, disposé en amont de la face réceptrice du dispositif à transfert de charges 20.
On a représenté par l'indice 100 un rayon dit "primaire" ayant traversé, sans être absorbé, l'objet à radiographier et qui entre dans le guide tubulaire selon une direction sensiblement parallèle à l'axe vertical de ce dernier. Ce rayon 100 pénétre profondément dans le matériau à scintillation garnissant l'intérieur du guide car, en raison de sa grande énergie, il ne sera absorbé statistiquement que dans les couches profondes du matériau à scintillation en émettant des rayons lumineux 110 et 111. Une grande partie des rayons lumineux 110 va contribuer, en frappant la face réceptrice du dispositif à transfert de charges, à la fo-rmation de l'image alors que les rayons 111 vont être totalement absorbés, pour certains avant d'atteindre ladite face.
On a représenté maintenant par l'indice 200 un rayon secondaire ou diffusé qui provient de l'objet radiographié lui-même. Ce rayon 200, qui possède une faible énergie, est statistiquement arrêté dans les couches hautes du matériau à scintillation chargé en particules absorbantes et seule une très faible partie des rayons lumineux 210 issus de cette absorption pourra être transférée au travers de l'épaisseur globale du matériau à scintillation vers la face réceptrice du dispositif à transfert de charges, les autres rayons (rayons 211) n'étant pas détectés.
On a représenté enfin par l'indice 300 un rayon primaire d'énergie équivalente à celle du rayon 100 mais qui pénétre latéralement dans le guide tubulaire à la suite d'une colϋmation imparfaite. Ce rayon va ainsi heurter au cours de son trajet les parois du guide qui sont revêtues, comme cela a été précisé plus avant, d'un matériau métallique de haute densité. Les rayons secondaires 309 qui sont générés par cette absorption, au niveau des parois du guide, vont être transformés en rayons de longueur d'onde visible dont certains (rayons 310) atteindront la face réceptrice du dispositif à transfert de charges alors que d'autres (rayons 311) seront absorbés au sein du matériau à scintillation.
Dans l'hypothèse où le rayon 300 a une incidence faisant un angle supérieur à 5° par rapport à l'axe des guides tubulaires, ces derniers seront traversés donnant une imprécision à l'image puisque plusieurs guides pourront être concernés, la qualité de l'image étant en quelque sorte inversement proportionnelle au nombre de guides traversés par un même rayon incident.
L'examen du schéma de la Figure 2 démontre ainsi le double rôle de filtrage et de guidage des guides tubulaires garnis de matériau à scintilation et de particules absorbantes du capteur de l'invention.
On peut constater en effet que, statistiquement, cet ensemble réduit la diffusion des rayons parasites qui proviennent de l'objet radiographié lui-même, qu'il évite une pénétration latérale des rayons primaires en formant obstacle à leur propagation et que, ce faisant, il limite la diffusion des rayons secondaires issus des contacts des rayons primaires avec ledit obstacle.
Un tel ensemble, de densité beaucoup plus importante que le système à fibres optiques du capteur décrit par les Brevets mentionnés au début du présent mémoire, offre à protection égale, et comme on l'a déjà souligné, une épaisseur beaucoup plus faible que le système antérieur.
Son utilisation permet en outre de réduire notablement le bruit radiologique dû au rayonnement diffusé et d'obtenir des images mieux contrastées.
Il permet également d'accroître le rendement du capteur car le fait de pouvoir inclure l'élément scintillateur dans l'élément de guidage et d'anti-diffusion, autorise la mise en place d'une plus grande épaisseur de substance fluorescente ce qui offre ainsi une plus grande faculté de transformation des rayons X.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Capteur (1) de radiations ionisantes utilisable dans un système d'imagerie radiographique, ledit capteur comprenant un dispositif matriciel à transfert de charges (20) couplé à un élément scintillateur et un moyen de filtre pour s'opposer au passage des radiations non transformées par ledit élément scintillateur, caractérisé en ce que ledit moyen de filtre est formé par l'association d'un élément non optique constitué par un faisceau de guides tubulaires (40), en totalité ou en partie métalliques, et dudit élément scintillateur, ledit élément scintillateur étant logé dans ledit élément non optique.
2. Capteur selon la Revendication 1, caractérisé en ce que lesdits guides tubulaires ont des parois communes.
3. Capteur selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément scintillateur est un matériau à scintillation (51) chargé en particules absorbantes (52).
4. Capteur selon la Revendication 1, caractérisé en ce que lesdits guides tubulaires sont réalisés dans un matériau métallique comprenant des éléments de densité supérieure à 10.
5. Capteur selon la Revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ouverture desdits guides tubulaires est comprise dans un rapport de 2/1 à 5/1 linéairement par rapport aux points élémentaires de lumière du dispositif matriciel à transfert de charges.
6. Capteur selon la Revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la hauteur desdits guides tubulaires est comprise entre 0,5 et 4 mm.
7. Capteur selon la Revendication 3, caractérisé en ce que les particules absorbantes sont constituées par des oxydes ou des nitrates métalliques dont la densité de l'élément métallique est supérieure à 10.
8. Capteur selon la Revendication 4 ou 7, caractérisé en ce que lesdits éléments métalliques sont choisis parmi les métaux suivants : plomb, tungstène, platine, or, osmium, irridium, tantale ou mélange de ceux-ci.
PCT/FR1992/000118 1991-02-11 1992-02-11 Capteur de radiations ionisantes utilisable dans un systeme d'imagerie radiographique WO1992013492A1 (fr)

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