Brevet FR2370287A1 — publié le 19780602

La présente invention concerne des procédés et appareils destinés à déterminer la distribution spatiale d'une matière radioactive. Dans un tel procédé décrit dans le brevet britannique nO 1 425 574, les positions des interactions de l'effet Compton et les pertes d'énergie associées à ces dernières qui se produisent par suite de l'émission de photons gamma par la matière radioactive sont déterminées et en fonction de ces positions et de ces pertes d'énergie, on obtient une information quant à la distribution spatiale de la matière radioactive. Les figures 1 et 2 des dessins annexés représentent des diagrammes illustrant le principe d'un tel procédé. Sur la figure 1, un détecteur 1 est placé à proximité d'une source ponctuelle radioactive 2. Lorsqu'un photon gamma est émis par la source 2 en direction du détecteur 1, il se produit une interaction de lteffet Compton en un point 3 situé à l'intérieur du détecteur. La position du point 3 et l'énergie perdue lors de l'interaction sont enregistrées. Le photon gamma de plus faible énergie produit par l'interaction peut subir ensuite une seconde interaction de l'effet Compton en un point 4 et la position de ce point 4 est également enregistrée. Si l'énergie initiale du photon gamma avant l'interaction au point 3 est connue, d'après les enregistrements des positions des points 3 et 4 et de la perte d'énergie subie lors de l'interaction au point 3, il est alors possible de projeter un cône 5 présentant un demi-angle cg égal à l'angle de diffusion de l'effet Compton sur le plan objet à partir du point 3, la ligne reliant les points 3 et 4 constituant l'axe du cône. L'ellipse 6 ainsi formée dans le plan objet représente une fonction de probabilité de la présence de la source 2 en un point de sa circonférence. D'autres photons gamma émis par la source 2 en direction du détecteur 1 permettent d'établir d'autres ellipses de probabilité dans le plan objet à obtenir, ce qui donne une représentation analogue à celle de la figure 2. Une analyse de densité de cette représentation donne une indication précise de la position de la source 2. Tout ce processus est mis en oeuvre électroniquement à une grande vitesse par rapport au nombreuses sources ponctuelles de la matière radioactive, et une image donnant la distribution spatiale de la matière est produite sur un dispositif d'affichage. Comme indiqué plus haut, afin de déterminer la position de la source ponctuelle 2, l'énergie initiale du photon gamma, avant l'interaction au point 3, doit être connue. De plus, il peut être souhaitable de connaitre l'énergie initiale des photons gamma arrivant au détecteur de façon à ne pouvoir tenir compte que des photons présentant une énergie particulière. Par exemple, pour éviter des erreurs dues à des photons qui sont soumis à des interactions avant d'arriver au détecteur, il suffit de tenir compte des photons qui arrivent avec l'énergie maximale possible. L'énergie initiale d'un photon peut être déterminée en enregistrant encore l'énergie perdue lors de 11 interaction au point 4 et la position d'une troisième interaction de l'ef- fet Compton en un point 5. L'angle de collision ou d'impact &alpha;2 au point 4 peut être ensuite calculé par l'équation vectorielle R . S = | R |- | SS | cos dans laquelle R est un vecteur représentant l'énergie et la di rection de déplacement du photon entre les points 3 et 4 ; et S est un vecteur représentant l'énergie et la direction de déplacement du photon entre les points 4 et 5. Ainsi, il est possible d'obtenir une valeur pour l'angle &alpha;2 2 en utilisant chacune d'un certain nombre de valeurs possibles de l'énergie initiale du photon et les valeurs enregistrées des positions des points 3, 4 et 5 ainsi que l'énergie perdue aux points 3 et 4. I1 est également possible d'obtenir une valeur pour 1'angle vC2 d'après l'équation de Compton dans laquelle , > et ' sont les longueurs d'ondes du photon avant et après l'interaction h est la constante de Planck mO est la masse au repos d'un électron ; et c est la vitesse de la lumière. La valeur possible de l'énergie initiale qui donne, dans les limites imposées par les erreurs statistiques éventuelles, la même valeur pour l'angle c Compton, est la valeur correcte de l'énergie initiale. 1ç1alheureusement, ce mode opératoire impliquant onze mesures par rapport à chaque photon gamma nécessite des calculs qui sont difficiles à effectuer et qui conduisent à de grandes erreurs statistiques lors de la détermination de l'énergie initiale des photons. La présente invention a pour objet de surmonter cette difficulté. Selon l'invention, un procédé de détermination de la distribution spatiale d'une matière radioactive consiste à déterminer les positions et les pertes d'énergie associées aux interactions de l'effet Compton et les interactions photoélectriques qui se produisent par suite de l'émission de photons gamma par la matière radioactive et à dériver,en fonction des positions et des pertes d'énergie associées aux interactions de l'effet Compton desdits photons gamma et des positions et des pertes d'énergie associées aux interactions photoélectriques ultérieures des mêmes photons, une information concernant la distribution spatiale de la matière radioactive. L'invention concerne également un appareil destiné à déterminer la distribution spatiale d'une matière radioactive, qui comporte un détecteur qui, lors de l'utilisation de l'appareil, est positionné à proximité de l'emplacement de la matière radioactive et qui présente une première partie destinée à produire des signaux de sortie indiquant les positions et les pertes d'énergie associées aux interactions de l'effet Compton qui s'y produisent par suite de l'émission de photons gamma par la matière radioactive, et une seconde partie destinée à délivrer des signaux de sortie indiquantles positions et les pertes d'énergie associées aux interactions photoélectriques qui s'y produisent par suite de l'émission de photons gamma par la matière radioactive ; et un dispositif de trai- tement sensible aux signaux de sortie pour dériver, en fonction des positions et des pertes d'énergie associées aux interactions de l'effet Compton par suite de l'émission de photons gamma par ladite matière se produisant dans la première partie et aux interactions phqtoélectriques ultérieures des -mêmes photons gamma dans la seconde partie, une information quant à la distribution spatiale de la matière radioactive. L'invention concerne en outre un dispositif de traitement comprenant un dispositif destiné à identifier parmi les signaux représentant les positions et les pertes d'énergie des interactions de l'effet Compton et photoélectriques des photons gamma émis par une source radioactive, les signaux qui sont en rapport avec les photons gamma n'ayant subi qu'une première interaction de l'effet Compton et une seconde et dernière interaction photoélectrique , et un dispositif destiné à déterminer parmi les signaux identifiés les positions des sources de plusieurs photons gamma. L'invention sera décrite plus en d-étail en regard des dessins annexés, en particulier les figures 3 à 6, à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 3 est un diagramme illustrant le procédé selon l'invention les figures 4 et 5 sont des schémas illustrant un détecteur faisant partie de l'appareil ; et la figure 6 est un schéma de montage de l'appareil de traitement de données faisant partie de l'appareil. L'appareil est sous de nombreux rapports analogue à celui décrit dans le brevet britannique nO 1 425 574 précité qui est donné à titre de référence dans le présent mémoire. En examinant la figure 3, le détecteur 7 est placé à proximité d'une source ponctuelle radioactive 8. Le détecteur cnmporte deux parties 9 et 10, la partie 9, qui est plus près de la source 8, étant réalisée de façon que les interactions de l'effet Compton des photons gamma émis par la source soient susceptibles de s'y produire, et la partie lO qui est plus éloignée de la source 8, est réalisée de façon que les interactions photoélectriques des photons soient susceptibles de s'y produire. Lorsqu'il se produit une interaction de l'effet Compton au point li de la partie 9 du détecteur, la position de l'interaction et la perte d'énergie qu'elle entraîne sont enregistrées. Le photon gamma de plus faible énergie diffusé par l'interaction peut parvenir alors dans la partie 10 du dé tecteur où il se produit une interaction photoélectrique en un point 12. La position de cette interaction et la perte d'énergie qu'elle entrasne-sont également enregistrées, dans ce cas la perte d'énergie étant naturellement l'énergie tota-le du photon de plus faible énergie produit au point 11. Comme dans le procédé antérieur décrit plus haut, il est possible d'obtenir d'après les positions de plusieurs paires de points il et 12 et d'après les pertes d'énergie qui s'y produisent pour chacune des nombreuses sources ponctuelles différentes d'une matière radioactive, une image indiquant la distribution spatiale de ladite matière radioactive. L'énergie initiale de chaque photon gamma considéré peut être facilement obtenue en additionnant les pertes d'énergie entraînées par les deux interactions. Le calcul de l'information nécessaire n'implique donc que huit mesures par rapport à chaque photon gamma. Etant donné que l'énergie initiale du photon est déterminée en additionnant deux mesures de perte d'énergie, l'erreur statistique est beaucoup plus faible que lorsqu'on utilise onze mesures à partir de trois interactions de l'effet Compton pour déterminer L'énergie initiale d'un photon, comme dans le procédé antérieur décrit plus haut. Outre le détecteur 7, l'appareil comporte un dispositif de traitement de données 23 auquel le détecteur 7 délivre des signaux d'entrée numériques représentant les positions et les énergies des interactions se produisant dans les parties 9 et 10 du détecteur. Le dispositif de traitement de données 23 délivre lui-même des signaux destinés à commander un dispositif d'affichage (non représenté) pour produire une image indiquant la distribution spatiale de la matière radioactive. En examinant la figure 4, en plus des parties 9 et 10, le détecteur 7 comprend avantageusement un dispositif 13 longeant les parties 9 et 10 pour détecter les positions des interactions dans les parties 9 et 10 et les pertes d'énergie qu'elles entraînent, et un bouclier en plomb 14 qui entoure cet ensemble et forme une enceinte avec un élément 15 en matière isolante. A l'intérieur de cétte enceinte se trouve un amplificateur électrique 16 par l'intermédiaire duquel les si gnaux de sortie des dispositifs de détection 13 sont déli- vrés à un convertisseur analogique/numérique 17 qui délivre les signaux numériques d'entrée nécessaires au dispositif de traitement de données 23. La première partie 9 du détecteur peut avoir essentiellement l'une quelconque des formes décrites dans le brevet britannique nO 1 425 574 précité. La partie 9 du détecteur peut se composer ainsi convenablement d'une pile de minces plaquettes 19 de silicium du type n à haute résistivité. En examinant maintenant aussi la figure 5 qui représente une seule plaquette 19, chaque plaquette 19 comporte un réseau de bandes parallèles d'aluminium 20 formées sur l'une de ses faces principales, et un réseau analogue de bandes 21 en or sur son autre face principale, les bandes d'aluminium 20 étant perpendiculaires aux bandes d'or 21. Chaque bande 20 ou 21 comporte un conducteur respectif 22, deux conducteurs seulement étant représentés sur la figure 5 pour plus de clarté. La partie 9 du détecteur comprend ainsi un réseau multicouche de diodes du type PN à porteurs chauds, les conducteurs de chaque diode étant constitués par une unique paire de conducteurs 22, un conducteur étant fixé à une bande d'aluminium 20 d'une plaquette particulière 19 et l'autre à une bande d'or 21 de cette même plaquette 19.En variante, les deux réseaux peuvent se composer de bandes de silicium polycristallin dopées convenablement produites par des techniques classiques de traitement de semi-conducteurs, ou de bandes de silicium ayant subi une croissance orientée, dopées convenablement. Lors de l'utilisation du détecteur 7, des potentiels convenables de polarisation sont appliqués aux conducteurs 22 de façon que, lorsqu'il se produit une interaction dans une plaquette quelconque de silicium du détecteur, la position de cette interaction puisse être déterminée en déterminant la paire des conducteurs 22 entre lesquels le courant résultant circule. De plus, l'intensité du courant indique la perte d'énergie entralnée par l'interaction. Le dispositif 13 destiné à détecter la paire de conducteurs entre lesquels le courant circule, comporte commodément une matrice de passage, comme décrit dans le brevet bri tannique précité, mais d'autres dispositions connues de détection de la position de phénomènes se produisant dans un réseau matriciel peuvent naturellement être utilisées. La partie 10 du détecteur 7 peut avantageusement avoir essentiellement la même forme que la partie 9 de ce dernier, mais les plaquettes se composant d'un matériau sei- conducteur, par exemple du germanium, dans lequel la proba bilié de production d'interaction photoélectrique est plus grande que dans le silicium. Il est bien entendu qu'un appareil selon l'invention peut utiliser des détecteurs de formes différentes de celles décrites ci-dessus à titre d'exemple. Par exemple, un détecteur d'interaction de l'effet Compton peut être utilisé avec un appareil de prise de vues classique du type "Anger" pour détecter des interactions pho toélectriques. En examinant la figure 6, le dispositif de traitement de données 23 comprend un dispositif d'identification 24, un ordinateur 25 et un dispositif d'interclassement 26. Le dispositif d'identification 24 reçoit les signaux numériques de sortie du convertisseur analogique/numérique 17 et identifie les signaux correspondant aux interactions associées à un photon gamma qui a subi une seule première interaction de l'effet Compton dans la partie 9 et une seconde et dernière interaction photoélectrique dans la partie 10. Ceci est effectué en vérifiant s'il se produit une interaction photoélectrique en un temps prédéterminé après une interaction de l'effet Compton et, dans ce cas, en additionnant les pertes d'énergie entraînées par les deux interactions. Si cette somme est sensiblement égale à l'énergie maximale possible des photons gamma arrivant au détecteur, les deux interactions sont considérées comme étant des première et seconde interactions associées au même photon gamma, et les signaux correspondants sont identifiés. Les signaux identifiés par le dispositif 24 sont transmis à l'ordinateur 25. L'ordinateur 25 calcule pour chaque photon, pour lequel des signaux sont identifiés, une ellipse dans le plan objet du détecteur 7. Ce calcul est effectué en utilisant l'énergie initiale et la perte d'énergie entraînée par la première interaction de l'effet Compton pour calculer l'.'n- gle de diffusion de l'effet Compton. L'ellipse est alors calculée en utilisant cet angle de diffusion et la direction entre la position de la seule première interaction de l'ef- fet Compton et la position de la seconde et dernière interaction photoélectrique . Les ellipses ainsi calculées sont transmises au dispositif d'interclassement 26. Le dispositif 26 combine les ellipses qui lui sont transmises par l'ordinateur 25 pour former une aire indiquant la distribution spatiale de la matière radioactive. Le dispositif 26 délivre un signal de sortie qui est appliqué à un dispositif d'affichage (non représenté) pour former une image de la distribution spatiale de la matière radioactive. Il va de soi que le procédé et l'appar-eii décrit peuvent subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS .. 1. Procédé de détermination de la distribution spatiale d'une matière radioactive en déterminant les positions des interactions et les pertes d'énergie entraînées par ces dernières qui se produisent par suite de l'émission de photons gamma par la matière radioactive, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer les positions des interactions de l'effet Compton et des interactions photoéîec- triques ainsi que les pertes d'énergie qu'entraînent ces interactions qui se produisent par suite de l'émission de photons gamma par la matière radioactive, et à dériver, en fonction des positions et des pertes d'énergie associées aux interactions de l'effet Compton desdits photons gamma et des positions et des pertes d'énergie associées aux interactions photoélectriques ultérieures des mêmes photons, une information quant à la distribution spatiale de la matière radioactive. 2. Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que l'étape consistant à dériver une information consiste à obtenir une fonction de probabilité pour chaque photon gamma subissant une seule première interaction de l'effet Compton- et une seconde et dernière interaction photoélectrique et à effectuer une analyse de densité des fonctions de probabilité pour obtenir une indication de la distribution spatiale de la matière radioactive. 3. Appareil de détermination de la distribution spatiale d'une matière radioactive comprenant un détecteur qui, lors de l'utilisation de l'appareil, est placé à proximité de l'emplacement de la matière radioactive et délivre des signaux de sortie indiquant les positions et les pertes d'énergie associées aux interactions qui s'y produisent par suite de l'émission de photons gamma par la matière radioactive, appareil caractérisé en ce que le détecteur (7) comprend une première partie (9) destinée à délivrer des signaux de sortie indiquant les positions et les pertes d'énergie associées aux interactions de l'effet Compton et une seconde partie (10) destinée à délivrer des signaux de sortie indiquant les positions et les pertes d'énergie associées aux interactions photoélectriques ; un dispositif de traitement (23) sensible auxdits signaux de sortie pour dériver, en fonction des positions et des pertes d'énergie associées aux interactions de l'êf- fet Compton de photons gamma émis par ladite matière se produisant dans la première partie et des interactions photoélectriques ultérieures des mêmes photons gamma se produisant dans la seconde partie, une information quant à la distribution spatiale de la matière radioactive. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la probabilité d'interaction photoélectrique se produisant dans la seconde partie (10) du détecteur (7) est plus grande que dans la première partie (9) du détecteur (7). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde partie (10) du détecteur comprend un réseau multicouche de diodes du type PN à porteurs chauds en germanium. 6. Dispositif de traitement comprenant un dispositif destiné à identifier parmi des signaux représentant des positions d'interactions et des pertes d'énergie entrainées par ces dernières résultant de l'émission de photons par une source radioactive et un dispositif destiné à déterminer à partir des signaux identifiés les positions des sources de plusieurs photons gamma, dispositif caractérisé en ce que ledit dispositif d'identification (24) identifie les signaux concernant les photons gamma ayant subi une seule première interaction de l'effet Compton et une seconde et dernière interactien pnotoélectrique 7. Dispositif d-e traitement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif d'identification (24) comprend un dispositif destiné à vérifier s'il se produit une interaction photoélectrique en un temps prédéterminé après une interaction de l'effet Compton ; un dispositif destiné à additionner les pertes d'énergie entraînées par les deux interactions si le dispositif de vérification donne une indication positive ; et un dispositif destiné à comparer la somme délivrée par le dispositif d'addition pour déterminer si elle est sensiblement égale à une valeur prédéterminée.