Brevet FR2245959A1 — publié le 19750425

L'invention concerne des appareils comprenant des détecteurs de rayonnement qui servent à détecter les rayons pénétrants tels que les rayons X ou les rayons gamma. En particulier, l'invention concerne des appareils de ce genre dans lesquels les détecteurs comprennent des scintillateurs et elle concerne aussi ces scintillateurs en eux-mêmes. Un procédé connu de détection des rayons pénétrants comme les rayons X ou les-rayons-gamma consiste à diriger les rayons sur un scintillateur qui répond au rayonnement ambiant en émettant des rayons d'une longueur d'onde différentes habituellement des rayons visibles. La conversion de longueur d'onde permet d'effectuer ensuite le traitement plus commodément. Par exemple, le scintillateur peut être couplé optiquement à un tube photo-- multiplicateur quitngendre des signaux électriques en réponse à des rayons reçus du scintillateur. Une forme courante de scintillateur est formé d'un halogénure alcalin servant de matériau-hôte et dopé par du thallium, le thallium étant ajouté pour améliorer l'efficacité du cristal pour la conversion des longueurs d'onde en spectre visible. Il est reconnu que le thallium atteint ce but mais que sa présence augmente la tendance à la phosphorescence du cristal. La phosphorescence est un éclairage de fond d'une durée relativement longue provoqué par la luminescence initiale causée par les rayons incidents. L'accroissement de la phosphorescence lorsque la teneur en thallium augmente est in#diquée dans un article de R.Hofstadter intitulé "elle detection of gammarays -with thallium-activated sodium iodide crystals", dans Physical Review, volume 75, nb 5 (1949), pages 796#sq. Dans certaines applications des scintillateurs, la phosphorescence ntest pas un inconvénient sérieux mais lorsqu'on utilise un détecteur comportant un scintillateur dans un -appa- reil où la sortie du détecteur est échantillonnée pendant des laps de temps successifs peu espacés, aux fins de comparaison, la phosphorescence a pour effet oue les lectures pendant un intervalle d'échantillonnage sont parasitées par de l'énergie résiduelle provenant d'un intervalle d'échantillonnage précedent. Ces parasites tendent à être cumulatifs et en outre, ils varient avec le temps, de sorte qu'il est difficile de les compenser. On a fait diverses propositions visant à réduire cette difficulté. Selon le brevet britannique n0 1 C01 252, on introduit-dans le couplage de lumière entre un scintillateur et un photomultiplicateur un filtre optique qui est conçu pour laisser passer seulement les rayons de petite longueur d'onde émis par le scintillateur et pour arrêter les longueurs d'onde plus grandes qui comprennent la majeure partie du rayonnement dû à la phosphorescence. Toutefois, l'inconvénient de cette proposition est qu'il faut des tubes photomultiplicateurs munis de fenêtres capables de laisser passer les petites longueurs d'onde et qu'il est parfois nécessaire de fabriquer spécialement ces tubes avec un coût non négligeable.D'autres propositions visant à réduire lteffet de la phosphorescenc#e comprennent des procédés de réfrigération et de coincidence permettant de détecter la scintillation mais ces deux procédés sont compliqués et coûteux. Le but de l'invention est de réduire les inconvénients indiqués aux paragraphes précédents. L'invention est basée sur le fait que si l'efficacité et la phosphorescence d'un scintillateur a halogénure alcalin sont réduites lorsqu'on diminue la teneur en thallium, l'effica- cité varie à une vitesse différente de la phosphorescence et que dans une gamme particulière de teneur en thallium, on peut réduire très notablement la phosphorescence tout en conservant une efficacité appropriée du processus de conversion de lumière Donc selon un aspect de l'invention, on propose un scintillateur répondant à des rayons pénétrants et comprenant un halogénure alcalin constituant le matériau-hâte et dopé par du thallium, la teneur en thallium ne dépassant pas 200 parties par million mais dépassant 25 parties par million, sur le poids de l'halogénure alcalin.De préférence, l'halogénure alcalin est l'iodure de sodium mais on peut utiliser d'autres halogénures alcalins comme l'ioduré de c#sium. L'invention propose aussi un appareil servant à détecter les rayons pénétrants tels que les rayons X ou les rayons gamma et qui comprend un détecteur de rayonnement muni d'un scintillateur qui sert à convertir les rayons pénétrants en rayons visibles un dispositif photoélectrique qui sert à convertir les rayons visibles en signaux électriques et des moyens permettant de mesu- rer la sortie du détecteur pendant des intervalles de temps successifs, le scintillateur comprenant un halogénure alcalin qui constitue le matériau-hôte et qui est dope par du thallium entre 200 et 25 parties par million, sur le poids de l'halogénure alcalin. Il est connu que la teneur en thallium d'un scintillateur dont un halogénure alcalin est le matériau-hôte peut se situer dans une large gamme, comme l'indique par exemple le brevet britannique n 792 0-71, dans lequel on mentionne une gamme de 0,005 à 1% pour le thallium dans un scintillateur a iodure ae sodium. Toutefois, l'avantage spécial que l'on peut indiquer par le choix qui forme la base de la présente invention n'est pas indiqué. L'invention est spécialement applicable à un équipement de diagnostic radiographique dans lequel au moins un faisceau zollimaté de rayons X est dirigé d'une source de rayons, en travers d'une ouverture dans laquelle peut être placé te patient à examiner, vers un détecteur respectif situé de l'autre côté de l'ouverture, le détecteur comprenant un sc@@@@@lateur et un tube photomultiplicateur. La source et le détecteur explorent un plan par un mouvement de rotation et/ou de translation et la sortie du détecteur est échantillonnée pendant des intervalles de temps successif. D'après l'information tirée du détecteur, on reconstruit une image d'un plan de section du patient Toute- fois l'invention est applicable à d'autres formes d'appareils, par exemple à un appareil dans lequel on utilise e détecteur pour détecter le rayonnement de radionucléides introduits dans le corps d'un patient. Afin que l'invention puisse être pus pleinement comprise et facilement ise en pratique, an la décrira maintenant à titre d'exemple à propos des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 montre schématiquement le mécanisme d'exploration d#'un appareil serrant à examiner un corps au moyen ce rayons X et réalisant un exemple de l'invention et - la figure 2 est une représentation schématique d'une partie de la figure 1, On se référera maintenant aux dessins; ltappareil, qui est sous une forme convenant à l'examen de la tête d'un patient comprend un élément rotatif 1 qui peut tourner à l'intérieur d'une enveloppe-fixe 2 faisant partie du bati principal de l'appareil.L'élément rotatif 1 présente une ouverture centrale 3 dans laquelle on peut introduire la tête du patient à examiner. L'ouverture centrale est fermée de façon étanche par un couvercle à sac 4 en matière flexible qui est fixé à une bride d'étanchéité 5. Cette bride est maintenue de façon étanche mais avec possibiSté de rotation relativement à la face éloignée de l'élément 1. Le sac est représenté en coupe sur.la figure 1. On insère la tête du patient dans le sac du couvercle 4, à travers l'ouverture 3 et un appui-tête supplémentaire, non représenté, peut être prévu pour-supporter la tête dans le sac. Quand la tête est introduite dans le sac 4 à travers l'ouverture 3, elle pénètre dans un réservoir d'eau 6 qui tourne avec l'élé- ment 1 tandis que le couvercle 4 mste immobile avec sa bride 5. Une roue dentée 9, entra#née par un moteur 10; est prévue pour entrainer l'élément tournant 1 de manière à assurer un balayage orbital de ltélément 1 autour de son axe qui est aussi l'axe de l'ouverture 3. La roue dentée 9 coopère avec une denture formée à la périphérie intérieure de l'enveloppe 2. L'élément tournant porte une source il de rayons pénétrants, un tube générateur de rayons X dans cet exemple et en face de la source 11, de l'autre c8té de l'ouverture 3, est prévu un détecteur de rayons X 12, couplé optiquement avec un collimateur 13. La source de rayons Il est conçue comme une source ponctuelle efficace et est munie d'un collimateur 14, les collimateurs 13 et 14 confinant les rayons qui atteignent le détecteur 12 en un seul faisceau étroit 21 situé dans une section plane normale à l'axe de l'élément rotatif 1. Le plan est-situé à l'intérieur du réservoir 6. La source 11 est fixée à une courroie crantée 15 en tramé par un arbre d'entratnement cannelé 16 monté dans l'élément tournant 1, la courroie s'étendant entre l'arbre 16 et le deuxième arbre 17 également monté dans l'élément 1. L'arbre 16 est entraîné par un moteur réversible 18 dont les commandes sont verrouillées à celles du moteur 10. tant donné que la source 11 est massive, un contre poids non représenté est fixé l'arbre brin de la courroie de manière à aller et venir avec la source. Dans le fonctionnement de l'appareil, la source 11 et le collimateur 14 exécutent, sous l'action du moteur 18, des mouvements de balayage transversal en aller et retour dans le plan susdit normal à l'axe de l'élément rotatif 1.Le détecteur 12, avec son collimateur 13, sont couplés à la source il par une culasse 19 de sorte-qu'ils exécutent les mêmes mouvements de balayage transversal Des guides 20 sont prévus pour supporter la source et la culasse pendant le balayage transversal. Des signaux de sortie sont tirés du détecteur 12 pour des intervalles successifs de temps pendant chaque balayage transversal et ces signaux représentent la transmission ou l'absorption du faisceau 21 le long d'un jeu d'échantillonnage de parcours parallèles de faisceau, peu espacés, dans la section plane à l'examen. Comme le montre la figure 2, le détecteur 12 comprend un scintillateur 30 couplé optiquement au tube photomultiplicateur 31. Les rayons X atteignent la face 32 du scintillateur et le couplage optique est réalisé par contact direct entre le scintil- lateur et la fenêtre optique du hotomultiplicateur. La sortie électrique du photomultiplicateur est transmise à un intégrateur qui est lu et remis à zéro à des intervalles déterminés par des impulsions 35 venant d'une source d'impulsions 36 de sorte que l'intégrateur intègre la sortie du photomultiplicateur et donc les quanta de rayons X qui atteignent le scintillateur pendant des laps de temps pssuccessifs correspondant à l'intervalle entre les impulsions 35. L'intégrateur engendre des signaux de sortie successifs représentatifs de la transmission des rayons X de la source, 11 au scintillateur 32, suivant des Jeux de parccurs, connus adjacents, qui sont effectivement parallèles pendant chaque course transversale de la course Il et du détecteur 12, les différents jeux étant cependant orientés les uns par rapport aux autres. Ces signaux de sortie sont appliquésà un dispositif de reconstruction d'image 37 qui engendre une image de la transmission ou de l'absorption variable du plan de la tête du patient, parcouru par le balayage des rayons X. Dans cet exemple de l'invention, le scintillateur 30 est formé d'un bâti approprié supportant un cristal qui est essentiellement composé d'iodure de sodium dopé par le thallium et aussi revêtu d'une couche protectrice connue qui empêche la déliquescence. Le cristal est tiré d'un lingot fabriqué dans des conditions qui donnent une teneur moyenne en thallium d'environ 50 parties par million (en poids) relativement à l'iodure de sodium. La teneur en thallium de chacun des cristaux tirés du lingot se situe entre 25 et 200 parties par million et on trouve qu'une nouvelle sélection dans cette gamme est inutile. Grâce à l'invention, on obtient une diminution très notable du retard et donc de l'interférence d'un signal de sortie sur les suivants, sans que l'efficacité soit réduite dans une mesure correspondante. On peut. aussi utiliser le cristal en association avec le filtre décrit par le brevet britannique n0 1 Q11 252 déjà cité. Ce filtre empêche la transmission de lumière dans la gamme o de longueurs.d'onde de 4zoo à 7000 A, ce qui inclut pratiquement les longueurs d'onde émises par suite de phosphorescence et dont on sait qu'elles sont dues à la teneur en thallium du cristal On peut aussi utiliser le cristal avec un filtre conçu pour être opaque à la longueur d'onde de la raie d'environ 3000A de l'iodure de sodium. Ce qui précde n'est qu'un exemple de l'utilisation possible de l'invention. Il existe bien entendu beaucoup d'autres modes d'exécution qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1) Scintillateur répondant à des rayons pénétrants, comprenant un halogénure alcalin constituant le matériau-hôte et dopé par du thallium et caractérisé par le fait que la teneur en thallium ne dépasse pas 200 parties par million mais dépasse 25 parties par million, sur le poids de l'halogénure alcalin. 2) Scintillateur selon#la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau-hôte est l'iodure de sodium. 3) Appareil servant à détecter les rayons pénétrants tels que #les rayons-X ou les rayons gamma et qui comprend un détecteur de rayonnement muni d'un scintillateur qui sert à convertir les rayons pénétrants en rayons visibles, un dispositif photoélectrique qui sert à convertir les rayons visibles en signaux électriques et des moyens permettant de mesurer la sortie du détecteur pendant des intervalles de temps successifs, appareil caractérisé par le fait que le scintillateur est conforme à la revendication 1. 4) Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que des moyens-sont prévus pour déplacer le détecteur de manière à détecter des rayons incidents suivant différents parcours et que des moyens sont prévus pour échantillonner la sortie du détecteur en réponse à des rayons reçus suivant ces différents parcours pendant des intervalles de temps successifs.