Brevet FR2503381A1 — publié le 19821008

La présente invention concerne un détecteur de rayonnement destiné à un appareil de tomographie calculé. Les appareils de tomographie calculée sont déjà connus, pour visualiser une image d'une section transversale d'un objet, par exemple un corps humain, en utilisant un rayonnement tel que des rayons X. L'appareil tel que représenté sur la figure 1 ou 2, est constitué par une source 1 de rayons X qui rayonne un faisceau FX de rayons X en forme d'éventail et un détecteur 2 de rayons X comportant un ensemble de cellules sensibles aux rayons X et qui est disposé à l'opposé de la source 1 de rayons X. Un objet P est disposé entre les dispositifs 1 et 2. La Figure 2 il- lustre un cas dans lequel l'angle d'ouverture 8 2 entre les rayons X limites est inférieur à l'angle 91 de la Figure 1. La source 1 et le détecteur 2 tournent autour de l'objet P le long du même lieu périphérique, dans le même sens et à la même vitesse angulaire, recueillant ainsi des données de projection de rayons de la sec- tion transversale de l'objet, dans chaque position an- gulaire de ce dernier. Les données recueillies sont converties en un signal électrique qui, à son tour, est analysé par un calculateur pour calculer les indices d'absorption des rayons X dans toutes les positions de la section transversale de l'objet. Une image de la section trans- versale de l'objet est reconstituée, grâce à des va- leurs de teintes correspondantes à l'absorption de la section visualisée. L'appareil ainsi réalisé peut pro- duire un tomogramme clair pour des organismes mous ou durs. Le détecteur 2 de rayons X comporte un cer- tain nombre de cellules sensibles comprenant chacune deux plaques électrodes de polarisation et une plaque électrode de signaux, qui sont disposées alternativement et qui sont remplies d'un gaz pouvant être ionisé, par exemple du xénon, soule haute pression. Les rayons X transmis à travers l'objet P sont projetés dans toutes les cellules constituant une chambre d'ionisation, dans laquelle l'énergie des rayons X est détectée comme un courant d'ionisation. Le courant d'ionisation de chaque trajet de rayons X (un trajet reliant la source 1 et la cellule de détection) est intégré par rapport au temps. La valeur intégrée du courant est déchargée dans un cir- cuit de décharge d'une constante de temps donnée. Le temps de décharge à ce moment est utilisé comme donnée de tomographie aux rayons X dans chaque trajet de rayons X. De cette manière, quand la saisie de données dans une position du lieu périphérique est terminée, les disposi- tifs avancent jusqu'à la position suivante pour effec- tuer une saisie similaire des données. Les Figures 3 à 6 illustrent un exemple d'un détecteur de rayonnement du type à canaux multiples. Un corps 3 du détecteur comporte une cavité 4 pour rece- voir un certain nombre d'électrodes et une fenêtre 5 perméable aux rayons X dans laquelle la paroi latérale de la face d'incidence est partiellement amincie par rapport aux reste de la paroi, correspondant à un angle d'ouverture G du faisceau de rayons X en éventail, per- mettant ainsi à l'énergie de rayons X d'atteindre les cellules internes de détection, en quantité suffisante. La cavité 4 qui contient les cellules de détection est couverte avec un couvercle 6 et remplie d'un gaz d'ioni- sation, par exemple du Xénon à haute pression. De plus, dans la cavité 4, des plaques électrodes 10 de signaux pour la détection des signaux et des plaques électrodes Il de polarisation qui reçoivent une tension élevée sont disposées alternativement comme le montre la figure 5. Ces plaques 10 et 11 sont fermement fixées par les ex- trémités supérieures et inférieures dans des rainures correspondantes de pièces support 12, assurant les mêmes intervalles ou pas donnés. Une plaque électrode 10 de signaux et deux plaques électrodes 1l de polarisation disposées sur les deux cotés de la première forment une cellule sensible. Un certain nombre de cellules sensibles sont enfermées dans la cavité 4 du corps 3 comme le montre la Fig. 6. Les plaques électrodes 11 de polari- sation sont connectées à un même conducteur 14 pour l'application d'une haute tension. La plaque électrode 10 de signaux est connectée à chaque conducteur 13 pour conduire vers l'extérieur les signaux des cellules. Dans l'appareil de tomographie calculé, la source de rayonnement et le détecteur de rayonnement doivent être placés dans des positions données avec une haute précision pour obtenir uneimage excellente de la section transversale de l'objet. Plus particulièrement, les cellules sensibles du détecteur de rayonnement doi- vent être disposées de manière à couvrir suffisamment l'angle d'ouverture e du rayonnement en éventail de la source. De plus, les cellules sensibles doivent être disposées parallèlement avec des lignes radiales passant par la source de rayonnement afin de détecter efficace- ment ce dernier. En général, les cellules sensibles sont conçues et préfabriquées de manière que leur ouverture soit dirigée vers la source de rayonnement. Il est donc acceptable de régler simplement le foyer de la source de rayonnement pour qu'il coincide avec le point d'in- tersection de chaque cellule dans sa direction d'ouver- ture. Lorsqu'il existe une erreur de positionnement de la source de rayonnement, la direction d'ouverture de la cellule sensible s'écarte de la direction du rayonne- ment entrant. Il en résulte que l'appareil détecte de façon incorrecte l'énergie du rayonnement incident ce qui donne pour résultat une image virtuelle dans l'image formée. Pour cette raison, il est nécessaire d'assurer un alignement précis du système optique comprenant la source de rayonnement et le détecteur. Néanmoins, il n'existe aucun procédé pour mesurer exactement la valeur de l'écart de positionnement de la source de rayonnement par rapport à sa position correcte. Le positionnement de la source de rayonnement dépend uniquement de 1' habilité de l'opérateur' et de son expérience. Le travail de positionnement est dtonc long et difficile. Un objet de l'invention est donc de mesurer quantitativement la valeur d'un écart d'alignement dans un système optique d'un appareil de tomographie calculée. Un autre objet de l'invention est de proposer un détecteur de rayonnement avec un dispositif de mesure qualitative de la valeur d'un écart de position de la source de rayonnement. L'invention concerne donc un détecteur de rayon- nement du type à canaux multiples comportant aux deux extrémités des dispositifs de détection de position de source de rayonnement, comprenant au moins une cellule de détection d'écart constituée par trois à cinq plaques électrodes disposées alternativement, comprenant des plaques électrodes de polarisation et des plaques élec- trodes de signaux. La plaque électrode centrale parmi ces dernières est la plaque électrode de polarisation dont les deux surfaces portent des couches de revêtement. Dans chacune des autres plaques, l'une ou l'autre des deux surfaces porte une couche de revêtement ou les deux n'en portent pas. A la mise en place de ces plaques électrodes, la surface portant la couche de revêtement et la surface ne portant aucune couche de revêtement sont disposées alternativement. La couche de revêtement est faite d'un métal dont le pouvoir d'émission d'électrons secondaires pour le rayonnement incident est inférieur à celui de la matière de la plaque électrode. Dans ce détecteur de rayonnement, les angles d'incidence du rayonnement incident sur deux cellules de détection d'écart peuvent être obtenus en utilisant la différence entre les pouvoirs d'émission d'électrons secondaires des faces des plaques électrodes de la cel- lule de détection d'écart. Ainsi, la valeur de l'écart de position de la source de rayonnement peut être faci- lement obtenue en utilisant les angles d'incidence. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la des- cription qui va suivie de plusieurs exemples de réalisa- tion et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: Les Figures 1 et 2 illustrent un exemple d'un appareil de tomographie calculée, la Figure 3 est une vue en perspective d'un détecteur de rayonnement normal, la Figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la Fig. 3, supprimant les électrodes intérieures, la Figure 5 est une vue en perspective par- tielle illustrant un groupe d'électrodes d'un détecteur de rayonnement normal, la Figure 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI d.e la Fig. 3. la Figure 7 est une représentation graphique de la relation entre l'énergie du rayonnement et le pou- voir d'émission d'électrons secondaires des matières des plaques électrodes et de la couche, la Figure 8 est une vue de face illustrant le groupe d'électrodes constituant la cellule sensible selon l'invention, la Figure 9 illustre schématiquement la relation entre les plaques électrodes de la cellule de détection d'écart selon l'invention et le rayonnement incident, la Figure 10 illustre graphiquement la relation entre l'angle d'incidence du rayonnement et le courant du signal, la Figure 11 est une courbe illustrant l'angle d'incidence et le rapport des courants de signaux obtenus de deux plaques électrodes de signaux, la Figure 12 est une représentation schématique 3') d'une unité de détecteur- de rayonnement avec des cellules de détection d'écart aux deux extrémités selon l'invention, la Figure 13 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'un détecteur de rayonnement selon l'invention, et la Figure 14 est une coupe suivant la ligne XIV-XIV de la Fig. 13. Lorsqu'un rayonnement, par exemple des rayons X, rencontre un métal, ce de:rnier émet des électrons secon- daires. Les pouvoirs d'émission d'électrons secondaires de certains métaux sont illustrés sur la Fig. 7. Normale- ment, le rayonnement utilisé dans un appareil de tomo- graphie calculée atteint un détecteur, conservant une énergie de l'ordre de 70à'80 keV. Par conséquent, dans cette plage d'énergie, le pouvoir d'émission est d'au- tant plus grand que le numéro atomique de la matière est grand, comme le montre la Fig. 7. Selon l'invention, la valeur de l'écart d'alignement dans un système optique est mesuré en utilisant une différence de pouvoir d'émis- sion d'électrons secondaires entre ces matières, et en réglant convenablement l'écart. Les plaques électrodes utilisées pour la cel- lule de détection d'écart sont faites d'une matière avec un pouvoir d'émission d'électrons secondaires important par exemple en molybdène, en tungstène ou en tantale, permettant de réduire au minimum la transmodulation. Une couche de revêtement formée sur une surface donnée de la plaque d'électrode est faite avec un métal d'un pouvoir d'émission d'électrons secondaires inférieur à celui de la matière de la plaque d'électrode, par exemple en alu- minium, en nickel ou en cuivre. La couche de revêtement peut être formée sur la surface par une opération de dé- pôt ou de placage, ou en collant une feuille métallique sur la surface de la plaque électrode au moyen d'un adhé- sif approprié. L'épaisseur préférable de la couche de re- vêtement se situe entre 10 et 50 microns. Une disposition pratique d'un dispositif de détection de position pour détecter la position de la source de rayonnement est illustrée sur la Fig. 8. Comme le montre cette figure, des plaques électrodes de polarisation B2aet B2b por- tent des couches de revêtement C sur les deux surfaces et les autres plaques électrodes de polarisation Bla et Blab, et Blb ne portent aucune couche sur leurs deux surfaces. Ces plaques de polarisation sont connectées à un même fil conducteur 15 pour l'application de haute tension. Les plaques électrodes de signaux Sla, S2a, Slb et S2b ne portent des couches de revêtement C que sur une seule surface. Des plaques électrodes sont dis- posées de manière que les couches de revêtement ne soient pas en face les unes des autres, c'est-à-dire -5 que la couche de revêtement Cd'une plaque électrode se trouve en face de la surface nue E ne portant aucune couche de revêtement de la plaque électrode voisine. Les cinq.plaques électrodes Bla, Sla, B2a, S2a et Blab forment ensemble une cellule de détection d'écart. Les cinq autres plaques électrodes Blab, Slb, B2b, S2b et Blb forment une autre cellule de détection d'écart. Les plaques électrodes Sla et Slb disposées aux posi- tions correspondantes des deux cellules de détection d'écart sont connectées ensemble à un même fil conduc- teur 16 pour la sortie du signal. Les plaques électrodes de signaux S2a et S2b sont connectées ensemble et au fil conducteur 17 dans le même but. Dans le mode préfé- ré de réalisation, la plaque électrode est faite en molybdène et son revêtement est en cuivre. Les plaques électrodes sont fixées aux plaques support 18 à des in- tervalles fixes. Les deux cellules de détection d'écart utilisées dans ce mode de réalisation peuvent bien en- tendu être remplacées par une seule. Un dispositif pour obtenir une valeur d'écart de position de la source de rayonnement dans une seule cellule de détection d'écart comprenant cinq plaques électrodes sera maintenant décrit en regard de la Fig.9. La réalisation de la cellule sensible est la même que celle de la Fig. 8. La Figure 9 illustre le cas o la source de rayons X s'écarte de sa position prédéterminée ce dont il résulte que les rayons X XR arrivent oblique- ment dans la cellule de détection sous un angel d'inci- dence c4 (défini entre chaque plaque électrode et le rayon X incident). A la réception des rayons X, chaque plaque électrode en elle-même ou sa couche de revêtement émet des électrodes secondaires en fonction de son pou- voir d'émission. Le courant I' ( o), produit par les électrodes secondaire>, avec le courant d'.ionisation JO ( '), résultant de l'ionisation Su gaz de remplis- sage, est détecté par la plaque électrode. Plus parti- culièrement, le courant de sortie I1 mesuré à la plaque électrode de signaux Sla contient le courant d'ionisa- tion Iol ( L) résultant de l'ionisation du gaz remplis- sant l'espace entre les plaques électrodes de polarisation Bla et Bib et le courant Il1 ( ci) des électrons secon- daires produits lorsque les rayons X rencontrent la pla- que électrode de polarisation Bla et la plaque électrode de signaux Sia. Le courant de sortie I2 mesuré par la plaque électrode de signaux S2a contient le courant d'io- nisation IO2 ( c>) dû à l'ionisation du gaz remplis- sant l'espace entre les plaques électrodes de polarisa- tion B2a et Blab et le courant Il2 ( OL) produit par les électrons secondaires lorsque les rayons X rencon- trent la couche de revêtement C de chacune de la plaque d'électrode de polarisation B2a et de la plaque d'élec- trode de signaux S2a. Les courants I ( I,) et I 2 ( OL) dépen- dent chacun du volume effectif entre les plaques électro- des. Les volumes effectifs sont essentiellement égaux entre eux. Etant donné que le volume du gaz, ionisé en proportion à l'augmentation de l'angle d'incidence des rayons X, diminue, les courants IO2 ( ( C() diminuent également et par conséquent, les va- leurs de leurs diminutions sont égales entre elles. L'équation ci-après est donc respectée: JO C I 2 (U CL Les courants I'l ( d et Il2 ( d) sont liés par la relation î'1 (C outre, le nombre des électrons secondaires est propor- tionnel à la quantité de rayons X rencontrant la surface exposée de la plaque électrode ou de la couche de revête- ment. Par conséquent, les courants I', (cJ) et I', t o) augmentent avet. l'angle d'incidence ( 00) ce qui s'exprime mnathématiquement par: I'. (o t) cC D} I î2 () Lorsque ( C)= 0, aucun électron secondaire n'est émis et par conséquent i'l1 (O) = 12 (O) = O. Par conséquent, IC I2 = JO1 (o) = I 2 (o). La relation entre les courants I1 et I2 et l'angle d'incidence des rayons X est illustrée par la Figre 10. Le rapport R = I1/I2des courants de sortie I et I2 obtenu à partir de la courbe de l.a Fig. 10 est tracé en fonction de l'angle d'incidence dt sur la Figure 11, formant une courbe de référence entre ces va- leurs. Par conséquent, si la courbe deréférence d'un dispositif spécifique de détection de position est éta- blie comme le montre la Figure 11, l'angle d'incidence c4 des rayons X peut être obtenu en mesurant le rap- port R des courants de sortie quand le dispositif de dé- tection est assemblé dans le détecteur de rayons X nou- vellement fabriqué ou avant son utilisation. Plus par- ticulièrement, des groupes d'électrodes constituant les dispositifs de détection de position M1et M2 sont mon- tés aux extrémités du détecteur de rayons X 20 comme le montre la Fig. 12. Le groupe des électrodes entre les dispositifs M1et M2 a pour fonction de recueillir les données de rayons X absorbés par l'objet. Il est possible d'obtenir une valeur d'écart (comme une valeur de coordonnées) par rapport à une position correcte de la source de rayons X 21en utilisant un angle d'incidence cAL obtenu par le dispositif de détection de position M sur le côté gauche et l'angle d'incidence C- par 1 ? le dispositif de détection de position M12 sur le côté droit. Par conséquent, la position décalée de la source de rayonnement 21 est facilement réglée sur une valeur correcte, sur la base de la valeur d'écart. Dans le mode de réalisation ci-dessus la cellule de détection est constituée par les cinq plaques élec- trodes représentées sur la Fig. 9. Comme cela ressort de la description ci-dessus, la valeur d'écart ou l'angle d'incidence des rayons x peut être obtenu si le courant 2503381- provoqué par les électrons secondaires émis par la plaque électrode elle-même et par la couche de revête- ment peut être mesuré par des électrodes de signaux séparées. Par conséquent, la cellule de détection peut être formée par des plaques électrodes au nombre de trois au minimum, c'est-à-dire la plaque électrode de polarisation B2a avec les couches de revêtement sur les deux surfaces et deux plaques électrodes de signaux Sla et S2a disposées sur les deux cotés de cette der- nière et ne portant une couche de revêtement que sur une seule de leurs surfaces. Dans ce cas, I'intensité du courant de sortie de la cellule de détection est la moitié de celle de la cellule de la Fig. 9. En varian- te, la cellule de détection peut être formée en utili- sant une plaque électrode de polarisation, par exemple Bla, disposée à l'extérieur de l'une des électrodes de signaux, par exemple Sla, en plus des trois plaques électrodes B2a, Sla et S2a. Dans cette modification, le courant de sortie de la plaque électrode de signaux S2a est la moitié de celui de la plaque électrode de signaux Sla. Par conséquent, le courant de sortie de cette dernière doit être corrigé pour être doublé. Ce mode de réalisation permet que le dispositif de détection de position soit séparé du détecteur si cela est nécessaire. Comme cela a été décrit ci-dessus, l'écart de la source de rayonnement d'un appareil de tomographie calculée peut être obtenu qualitativement en utilisant le détecteur de rayonnement selon l'invention. Cette caractéristique assure un positionnement correcte de la source de rayonnement et permet d'obtenir une image excellente de la section transversale de l'objet. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux modes de réalisation décrits et illustrés à titre d'exemples nullement limi- tatifs pour sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Détecteur de rayonnement du type à canaux multiples, caractérisé en ce qu'il comporte à ses deux extrémités des dispositifs de détection de position de source de rayonnement, comprenant chacun au moins une cellule de détection d'écart de positionne- ment, comprenant trois à cinq plaques électrodes de polarisation et de signaux(Bla, B2a, Sla, S2a)disposées alternativement, parmi lesquelles la plaque électrode centrale(Ba)est une plaque électrode de polarisation portant des couches de revêtement (C) sur les deux sur- faces tandis que les autres plaques électrodes compor- tent chacune une couche de revêtement (C) sur une sur- face ou sur aucune des deux surfaces, ladite couche de revêtement étant faited'une matière dont le pouvoir d'émission d'électrons secondaires pour le rayonnement incident est inférieur à celui de la matière desdites plaques électrodes, et lesdites plaques électrodes étant disposées de manière que la couche de revêtement se trouve en face de la surface exposée de la plaque électrode voisine. 2 - Détecteur selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ladite cellule de détection d'écart comporte trois plaques électrodes dont la plaque élec- trode de polarisation centrale(B2a)porte des couches de revêtement sur ses deux faces, et deux plaques élec- trodes de signaux (Sla, S2a)voisines, portent chacune une couche de revêtement sur une seule surface opposée à ladite plaque électrode centrale, 3 - Détecteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite cellule de détection d'écart comporte quatre plaques électrodes dont une plaque électrode de polarisation(B2a)disposée au centre porte des couche de revêtement sur ses deux surfaces, deux plaques électrodes de signaux(Sla, S2a) disposées sur les deux côtés de ladite plaque électrode de pola- risation, portant chItcune une couche de revêtement sur 250338 1 une surface opposée à ladite plaque électrode de pola- risation et une autre plaque électrode de polarisation (Blab) ne portant aucune couche de revêtement disposée à l'extérieur de l'une ou l'autre desdites plaques électrodes de signaux. 4 - Détecteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite cellule de détection d'écart comporte cinq plaques électrodes dont une plaque élec- trodede polarisation (Ba) disposée au centre porte deux couches de revêtement sur ses deux surfaces, deux pla- ques électrodes de signaux (Sla, S2a) disposées sur les deux côtés de ladite plaque électrode de polarisa- tion et portant chacune une couche de revêtement sur sa surface opposée à ladite plaque électrode de polari- sation et deux autres plaques électrodes de polarisa- tion (Bla, B2ab) disposées à l'extérieur desdites pla- ques électrodes de signaux, ne comportant aucune couche de revêtement. - Détecteur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites cel- lules de détection d'écart au nombre de deux ou davan- tage sont couplées en chaîne, les cellules de détection d'écart voisinesse partageant une plaque électrode de polarisation sans aucune couche de revêtement. 6 - Détecteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la matière (E) de ladite plaque élec- trode estdu molybdène, du tungstène ou du tantale. 7 - Détecteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la matière (C) de la couche de revête- ment est de l'aluminium, du nickel ou du cuivre. 8 - Détecteur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite couche (C) se situe entre 10 et 50 microns. 9 - Détecteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit dispositif de détection de posi- tion de source de rayonnement (Ml, M2) est assemblé dans un corps (20) du détecteur de rayonnement. - Détecteur selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ledit dispositif de détection de position de source de rayonnement (M'1, M'2) est mon- té sur le côté d'incidence de rayonnement d'un corps (23) du détecteur de rayonnement.