Brevet FR2536178A1 — publié le 19840518

i-536178 La présente invention a pour objet un dispo- sitif d'acquisition d'images de rayonnement en temps réel Elle s'applique notamment à la détection d'ima- ges de rayonnement pour le contrôle non destructif-ou pour l'imagerie médicale (radiologie ou tomographie). Les dispositifs d'acquisition d'images de rayonnement en temps réel comprennent de façon connue une source d'irradiation S, un écran radioluminescent placé en regard de la source d'irradiation S, des l Q moyens optiques focalisant le rayonnement lumineux is- su de l'écran radioluminescent sur un photodétecteur, des moyens de mémorisation et de traitement situés en aval du détecteur. La source d'irradiation S émet des rayons tels que des rayons X ou des rayons y Ces rayonne- ments qui traversent l'objet à irradier sont absorbés par l'écran radioluminescent Cet écran radiolumines- cent comprend un composé chimique qui absorbe les rayonnements issus de la source d'irradiation S et un dopant qui réémet l'énergie absorbée par l'écran ra- dioluminescent sous forme de rayonnement lumineux cap- té par le photodétecteur Cet écran peut être consti- tué d'un monocristal, par exemple de Na I dopé ou Cs I dopé, ou d'une poudre de cristaux, par exemple de Gd 2 02 S dopé, maintenus par un liant approprié Cet écran radioluminescent est choisi de manière à ce qu'il émette un rayonnement lumineux adapté à la sen- sibilité du détecteur Il est connu d'utiliser comme photodétecteur une caméra vidéo dont la sensibilité de type S-20 se situe dans le domaine visible proche de l'ultraviolet. En imagerie médicale, l'objet à irradier est soit un être humain, soit un organe de cet être hu- main Il est évident que le rayonnement issu de la source d'irradiation S ne doit pas être trop intense pour ne pas nuire à la santé de l'objet à irradier. Compte tenu du rendement A d'absorption des rayonne- ments issus de la source d'irradiation S par l'écran radioluminescent, du rendement P de conversion de ces rayonnements absorbés en rayonnements lumineux par l'écran radioluminescent et de l'angle solide de cap- ture de l'émission lumineuse par le photodétecteur, le signal recueilli en fin de chaîne de mesure est trop faible pour être exploité. Le rendement A qui mesure le rapport de l'énergie de rayonnement issu de la source d'irradia- tion S absorbé par l'écran radioluminescent à l'éner- gie de rayonnement de la source d'irradiation S inci- dent à l'écran radioluminescent, est d'autant plus im- portant que le composant absorbant de l'écran radiolu- minescent est de poids atomique plus élevé Pour un composé tel que Cs I, le rendement A est de l'ordre de 25 %, alors que pour un composé tel que Gd 202 S, il est de l'ordre de 50 %, à épaisseurs égales. Le rendement 9, dit rendement de radiolu- minescence, mesure le rapport de l'énergie émise sous forme de rayonnements lumineux par l'écran radiolumi- nescent dans toutes les directions de l'espace à l'énergie absorbée sous forme de rayonnements issus de la source d'irradiation S Ce rendement est de l'ordre de 14 % pour les meilleurs écrans connus. Le rendement le plus intéressant pour appré- cier le rendement de conversion de l'écran radiolumi- nescent est le rendement t qui mesure le rapport de l'énergie émise sous forme de rayonnements lumineux par la face de l'écran radioluminescent situé en re- gard du détecteur à l'énergie absorbée sous forme de rayonnements issus de la source d'irradiation S Ce rendement t est environ deux fois plus petit que le rendement de radioluminescence ?, il est donc au plus de l'ordre de 7 %. Le rendement global de l'écran radiolumi- nescent Axt est donc au mieux de 50 % x 7 % = 3,5 %. Ce rendement n'est pas suffisant pour obtenir un si- gnal exploitable en fin de chaîne de mesure - Pour améliorer le niveau de ce signal, il est connu de réaliser une accumulation d'images dans une mémoire électronique située à la sortie du détec- teur Une autre solution connue consiste à interposer entre l'écran radioluminescent et le photodétecteur un amplificateur de brillance. La qualité de l'image de rayonnement obtenue en fin de chaîne de mesure se ressent de la longueur de cette chaîne de mesure En effet, chaque élément de la chaîne de mesure, comme tout système physique, in- troduit une distorsion de l'image de rayonnement et affecte sa résolution et sa dynamique. L'invention a précisément pour objet un dis- positif d'acquisition d'images du rayonnement amélio- rant les dispositifs connus en diminuant le nombre d'éléments de la cbaîne de mesure Cette amélioration est apportée par l'utilisation d'un ensemble photodé- tecteur-mémorisateur intégré et d'un écran radiolumi- nescent de sensibilité adaptée au photodétecteur-mé- morisateur et offrant un rendement de radioluminescen- ce élevé. De façon plus précise, le dispositif objet de l'invention du genre de ceux qui comportent de façon connue: un écran radioluminescent disposé en regard d'une source d'irradiation, l'objet à irradier étant placé entre cette source d'irradiation et l'écran radiolu- minescent, un photodétecteur-mémorisateur recevant les signaux lumineux issus de l'écran radioluminescent, des moyens optiques focalisant le rayonnement lumi- neux issu de l'écran radioluminescent sur le photo- détecteur-mémorisateur, des moyens de traitement, est caractérisé en ce que le photodétecteur-mémorisa- teur est constitué d'une matrice de photodétecteurs à intégration de charges de type DTC à laquelle sont associés un ou plusieurs registres à décalage. Les détecteurs de type DTC (dispositifs à transferts de charges) sont des détecteurs dans les- quels les informations sont des charges électriques piégées, au sein du semiconducteur, dans des puits de potentiel créés par la polarisation d'électrodes. Selon une caractéristique particulière du dispositif objet de l'invention, l'écran radiolumi- nescent est constitué d'une couche d'un composé chimi- que comprenant au moins un élément de la famille-des terres rares, ce composé étant en outre dopé de façon convenable, c'est-à-dire que le dopant est choisi par- mi ceux qui -émettent un rayonnement lumineux adapté à la sensibilité du photodétecteur mémorisateur. Selon une caractéristique secondaire, l'écran radioluminescent comprend une couche de Gd 2025 dopé à l'europium. L'invention sera mi eux comprise à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique du dispositif d'acquisition d'images de rayonnement selon l'invention, la figure 2 représente la courbe de réponse d'un photodétecteur au silicium, 2 2536178 la figure 3 représente l'allure de la courbe d'émis- sion lumineuse d'un écran radioluminescent Gd 2025 dopé à l'europium. Sur la figure 1, on a représenté schémati- quement un dispositif d'acquisition d'images de rayon- nement selon l'invention Ce dispositif comprend une source d'irradiation S placée dans une enceinte 1, ar- rêtant les radiations issues de la source S, dans la- quelle est ménagée une fenêtre 3 Cette fenêtre 3 est telle que les rayonnements issus de la source d'irra- diation S après avoir traversé l'objet à irradier 4, rencontrent l'écran radioluminescent 2. Cet écran radioluminescent 2 est constitué de cristaux d'un composant chimique dopé Ce composant chimique peut être par exemple du Gd 202 S et le dopant peut être par exemple de l'europium La proportion de dopant est comprise entre 0,001 et 0,05 mole par mole de Gd 202 S La taille des cristaux de Gd 202 S dopé à l'europium est comprise entre 5 et 20 inm La taille des cristaux requis pour obtenir un rendement de ra- dioluminescence P optimum dépend de l'énergie de rayonnement issu de la source d'irradiation S Ce ren- dement de radioluminescence P atteint 20 % pour un rayonnement d'énergie de 60 ke V, ce qui est supérieur au rendement des écrans radioluminescents connus. De plus, le temps de réponse de cet écran radioluminescent 2, c'est-àdire la durée qui s'écoule entre l'absorption-d'énergie issue de la source d'ir- radiation S et la réémission de cette énergie sous forme de rayonnement lumineux, est de l'ordre de 1/2000 e seconde Cet écran radioluminescent 2 permet donc de travailler en temps réel. Le rayonnement lumineux issu de la face de l'écran radioluminescent 2 situé en regard du photodé- tecteur-mémorisateur 8 est focalisé sur ce photodétec- teur-mémorisateur 8 par un moyen 6 comprenant une len- tille optique ou un ensemble de fibres optiques ou tout autre moyen connu de collection des photons Le photodétecteur-mémorisateur 8 est constitué d'une ma- trice de photodétecteurs à intégration de charges de type DTC C'est donc le photodétecteur-mémorisateur 8 qui mémorise l'image de rayonnement lumineux Ce type de photodétecteur-mémorisateur 8 à intégration de charges offre la possibilité de faire des radiogra- phies avec des durées de pose variable Cette souples- se d'utilisation n'était pas possible avec les caméras vidéo équipant les dispositifs d'acquisition d'images radiologiques connus Ce photodétecteurmémorisateur 8 est par exemple constitué de 1024 rangs de 1024 pho- todétecteurs au silicium au pas d'un millième de pou- ce La surface de photodétection est donc un carré d'environ 2,6 cm de c 8 té Les phododétecteurs étant correctement polarisés, des électrons photogénérés s'accumulent dans chaque photodétecteur en quantité proportionnelle à l'intégrale du flux lumineux reçu. Ces charges électriques piégées sont ensuite transfé- rées dans un ou plusieurs registres à décalage Le signal électrique analogique délivré par le photodé- tecteur-mémorisateur 8 est alors reçu par des moyens de traitement 10 Ces moyens de traitement 10 compren- nent de façon connue un convertisseur analogique-numé- rique O 10 a, des moyens de traitement numérique l O O b et des moyens de visualisation O 10 c. La figure 2 représente la courbe de réponse spectrale, ou de sensibilité, de photodétecteurs au silicium Ce graphique porte en abscisse la longueur d'onde du rayonnement lumineux reçu par le photodétec- teur et en ordonnée la réponse spectrale relative, comprise entre O et 1 La sensibilité d'un photodétec- teur au silicium est maximale pour un rayonnement lu- mineux de 750 nm environ Cette sensibilité reste im- portante entre 600 nm et 850 nm, c'est-à-dire dans le rouge et le proche infrarouge Il faut donc utiliser un écran radioluminescent émettant dans cette gamme de longueur d'onde. La figure 3 représente l'allure de la courbe d'émission de rayonnements par un écran radiolumines- cent Gd 202 S dopé à l'europium Ce graphique porte en abscisse la longueur d'onde du rayonnement émis par l'écran radioluminescent et en ordonnée l'émission spectrale relative comprise entre O et 1 Cet écran radioluminescent a une proportion de dopant de 0,01 à 0,001 et une taille de cristaux de 10 4 m Il est à remarquer que l'émission se fait pour la plus grande partie dans la gamme d'ondes 600 à 650 nanomètres La gamme d'ondes de l'émission de rayonnements lumineux de l'écran radioluminescent est donc adaptée à la sen- sibilité des photodétecteurs au silicium. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'acquisition d'images de rayonnement en temps réel comprenant de façon connue: un écran radioluminescent ( 2) disposé en regard d'une source d'irradiation (S), l'objet à irradier ( 4) étant placé entre cette source d'irradiation (S) et l'écran radioluminescent ( 2), un photodétecteur mémorisateur ( 8) recevant les si- gnaux lumineux issus de l'écran radioluminescent ( 2), des moyens optiques ( 6) focalisant le rayonnement lumineux issu de l'écran radioluminescent ( 2) sur le photodétecteur mémorisateur ( 8), des moyens de traitement ( 10), caractérisé en ce que le photodétecteur-mémorisateur ( 8) est constitué d'une matrice de photodétecteurs à intégration de charges de type DTC à laquelle sont associés un ou plusieurs registres à décalage. 2 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que l'écran radioluminescent ( 2) est constitué d'une couche d'un composé chimique compre- nant au moins un élément de la famille des terres ra- res, ce composé étant en outre dopé de façon convena- ble. 3 Dispositif selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que l'écran radioluminescent ( 2) com- prend une couche de Gd 202 S dopé à l'europium.