Brevet FR2372440A1 — publié le 19780623

L'invention concerne la détection des rayons penétrants et plus spécialement, bien que non exclusivement, la détection des rayons X. Il est usuel en radiographie de détecter les rayons X sortant du corps d'un patient au moyen d'un film sensible aux rayons X. Dans une branche récente de la radiographie, la tomographie par ordinateur, on détecte les rayons X qui sortent suivant de nombreux parcours linéaires à travers une tranche disposée suivant une section du corps d'un patient et au lieu d'utiliser un film sensible aux rayons X, on utilise des cristaux scintillateurs pour détecter les rayons et les convertir en rayons visibles qui sont contraints d'atteindre soit un tube photomultiplicateur soit une photodiode. En tout cas, il en résulte un signal électrique indiquant la quantité de rayons incidents reçue par le cristal scintillateur.Les signaux électriques, dont chacun représente la quantité de rayons sortant du corps suivant un parcours linéaire respectif, sont traités pour permettre l'obtention d'une représenttation de la variation d'absorption des rayons sur la tranche mentionnée. A certains égards, il est incommode diutiliser la disposition de détection en deux étages ci-dessus, à savoir la conversion de l'énergie de rayons X en lumière, puis en signaux électriques, et l'invention a pour but de fournir un détecteur de rayons X qui convertisse directement l'énergie de rayons X en signaux électriques. Un autre but de l'invention est de fournir un détecteur de ce genre qui effectue une amplification tout en exécutant la conversion. Selon l'invention, on prévoit une disposition pour la détection des rayons pénétrants, comprenant une masse de matière semiconductrice piézoélectrique que les rayons peuvent atteindre, un transducteur permettant de propager des ondes ultrasoniques à travers cette matière de façon que des électrons, engendrés dans la matière en réponse à ces rayons, transfèrent de l'énergie à cette onde, et un transducteur supplémentaire destiné à recevoir l'onde acoustique après pro pagation à travers la matière et à engendrer un signal électrique de sortie indiquant, par son amplitude, la quantité de rayons incidents reçus par la matière pendant le passage de l'onde à travers celle-ci. Une variation dans l'atténuation d'ondes ultrasoniques traversant de gros monocristaux de sulfure de cadmium, à la suite de ltéclairage de ce cristal par une lumière blanche, a été observée par H.N. Nine et signalée dans Phys. Rev. (L), 1960, 6, 359. Ensuite, dans Phys. Rev. (L), 1961, 7, 237, A.R. Hutson, J.H. McFee et D.L. XThite ont montré que lorsqu'on applique au sulfure de cadmium des champs électriques continus pulsés, des ondes ultrasoniques se propageant à travers la matière peuvent être amplifiées si la matière est éclairée par une lumière blanche. L'un des modes d'exécution de l'invention élargit la technique ci-dessus en enseignant que l'on peut remplacer la lumière blanche par des rayons X et que le champ continu de dérive applique au sulfure de cadmium dans la direction générale de propagation des ondes ultrasoniques peut avoir pour effet que des électrons, engendrés dans le sulfure de cadmium en réponse aux rayons X qui l'atteignent, soient décélérés par le champ électrique associé à l'onde ultrasonique et ainsi amenés à transférer de l'énergie à l'onde. Cela signifie que si l'on choisit convenablement l'intensité du champ de dérive, relativement à la vitesse de l'onde acoustique, cette dernière peut être amplifiée dans une mesure qui dépend du nombre des électrons transférant leur énergie à cette onde, donc de la quantité de rayons X incidents reçus par le sulfure de cadmium. L'amplitude de l'onde acoustique est donc une indication sur l'intensité des rayons X incidents et on a trouvé que l'on peut réaliser un degré utile d'amplification, c'està-dire qu'une multiplication du rayonnement par x donne lieu à une multiplication de l'amplitude de l'onde acoustique par nx, n étant plus grand que l'unité. Afin que l'invention puisse être clairement comprise et facilement mise en oeuvre, on décrira maintenant quelques modes d'exécution, à titre d'exemple seulement, à propos des dessins annexés sur lesquels la figure 1 montre sous forme de schéma par blocs une disposition selon un exemple de l'invention et la figure 2 est une vue isométrique partielle d'une disposition selon un autre exemple de l'invention. La figure 1 montre un schéma d'une disposition selon un exemple de l'invention. Un cristal unique 1 de sulfure de cadmium est exposé à des rayons X qui l'atteignent dans la direction indiquée par les flèches 2. Des couches métalliques 3 et 4 sont déposées sur deux surfaces opposées du cristal 1 qui ne sont pas parcourues par les rayons X et un générateur de courant continu 5 est relié aux couches 3 et 4 de manière à établir un champ de dérive de l'ordre de quelques dizaines de V/mm, en travers du cristal 1. A chacune des couches 3, 4 est fixé un tampon respectif 6, 7 formé par exemple de silice fondue et servant à assurer l'isolation électrique entre les couches 3, 4 et les transducteurs respectifs d'entrée et de sortie, 8, 9. Le transducteur d'entrée 8 est relié à un circuit générateur de forme d'onde électrique 10 qui engendre une forme d'onde électrique de fréquence appropriée qui, lorsqu'elle est appliquée au transducteur 8, donne naissance à une onde acoustique destinée à se propager à travers le cristal 1. Des signaux électriques engendrés par le transducteur 9 en réponse à l'onde acoustique qui l'atteint sont appliqués à un amplificateur accordé 11 qui est accordé avec précision sur la fréquence de l'onde acoustique et qui est donc utile à l'élimination du bruit. Dans le cas où l'on utilise la disposition dans un appareil de tomographie par ordinateur, les signaux de sortie de l'amplificateur 11 sont couplés à un circuit intégrateur 12 qui est lu et remis à zero périodiquement en réponse à des signaux de commande de rythme engendrés de façon connue en réponse au progrès du balayage de l'appareil.L'intégrateur 12 alimente un convertisseur analogique-numérique 13 et ensuite un circuit enregistreur 14 et finalement, un circuit calculateur 15 qui peut prendre la forme décrite dans le brevet français bien entendu, la couche 30 est alors formée de matière transparente aux rayons X. Dans tous les modes d'exécution ci-dessus, il peut être nécessaire de prendre des mesures pour éviter que la matière 1 ne soit polarisée par le champ de dérive appliqué. On peut y parvenir en inversant périodiquement la polarité du champ de dérive. NO 69 29050 ou dans la demande de brevet français nO 74 14031. Quand la disposition est utilisée dans un appareil de tomographie par ordinateur, il est courant qu'un certain nombre de détecteurs, par exemple trente, soient disposés à proximité immédiate les uns des autres de manière à soustendre un angle de 100 à la source de rayons X. Afin d'éviter ou de réduire le risque d'interférence entre détecteurs adjacents, il peut être avantageux de faire fonctionner un détecteur sur deux à une fréquence et les détecteurs interposés à une autre fréquence, les deux fréquences étant choisies de façon telle qu'elles n'aient entre elles aucune relation dtharmonique ni autre relation régulière. Evidemment, les divers amplificateurs 11 doivent être convenablement accordés et il faut tenir compte de caractéristiques d'amplification différentes des deux jeux de détecteurs, vu leurs fréquences de fonctionnement différentes. On a découvert que le degré d'amplification obtenu dans le cristal 1 est lié au nombre de longueurs d'onde de l'onde acoustique qui se présentent dans le cristal. Aussi, on donne à l'onde acoustique une fréquence aussi élevée qu'il est pratiquement possible, par exemple supérieure à 10 MHz. En outre, il peut être avantageux d'accroStre le parcours de transmission de Inonde acoustique à travers le cristal. A cet effet, la construction représentée par la figure 2 peut être avantageuse. Sur la figure 2, le cristal i et les couches 3 et 4 sont prévues comme précédemment mais les tampons 6 et 7 sont remplacés par des éléments en forme de coin 60 et 70 qui sont tous deux disposés sur la couche 3. Les angles des éléments en forme de coin 60 et 70 sont circulés de façon telle que l'onde acoustique engendrée par le transducteur 8 se propage dans le cristal, soit réfléchie par la surface qui porte la couche 4 et soit recueillie par le transducteur de sortie 9. La surface du cristal 1 où se produit la réflexion peut, si on le désire, être traitée de manière à renforcer ses carac téristiques de réflexion d'onde acoustique. Selon une variante du mode d'exécution de la figure 2, les couches 3 et 4 pourraient être placées comme indiqué en 30 et 40, en tireté, REVENDICATIONS 1 - Disposition pour la détection de rayons pénétrants, caractérisée par le fait qu'elle comprend une masse de matière semi-conductrice piézoélectrique que les rayons peuvent atteindre, un transducteur permettant de propager des ondes ultrasoniques à travers cette matière de façon que des électrons, engendrés dans la matière en réponse à ces rayons, transfèrent de l'énergie à cette onde, et un transducteur supplémentaire destiné à recevoir l'onde acoustique après propagation à travers la matière et à engendrer un signal électrique de sortie indiquant, par son amplitude, la quantité de rayons incidents reçus par la matière pendant le passage de l'onde à travers celle-ci. 2 - Disposition selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend des moyens permettant d'établir dans la matière mentionnée un champ électrique de polarité pratiquement constante de façon que les électrons aient une composante de mouvement dans la direction de propagation des ondes ultrasoniques. 3 - Disposition selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que la matière mentionnée est formée d'un cristal unique de sulfure de cadmium. 4 - Disposition selon la revendication 3, caractérisée par le fait que lestransducteurs comprennent des moyens permettant la propagation des ondes ultrasoniques sur une dimension courte du cristal. 5 - Disposition selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que les rayons pénétrants sont des rayons X atteignant la matière dans une direction pratiquement orthogonale à la direction de propagation des ondes ultrasoniques. 6 - Disposition selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les transducteurs comprennent des moyens permettant la propagation oblique des ondes ultrasoniques dans le cristal, de façon qu'elles aient une composante de mouvement dans la direction d'incidence des rayons sur le cristal. 7 - Appareil de tomographie par ordinateur comprenant au moins une disposition selon l'une des revendications 1 à 6.