Brevet FR2542451A1 — publié le 19840914

DISPOSITIF DE PHOTODETECTION ET DE LOCALISATION D'EVENEMENTS PHO TONIQUES ET APPAREIL DE TOMOGRAPHIE A POSITRONS COMPRENANT UNE CA MERA DE GAMMAGRAPHIE EQUIPEE DE TELS DISPOSITIFS La presente invention concerne un dispositif de photodétection et de localisation d'événements photoniques, et notamment de scintillations, ainsi qu'à titre d'application un appareil de tomographie à positrons comprenant une caméra de gammagraphie équi- pée de tout un ensemble de tels dispositifs. Pour des raisons imperatives de praticabilite des examens cliniques d'organes marques, il est indispensable que les appareils de tomographie utilisés permettent l'acquisition simultanée de plusieurs coupes tomographiques. Les détecteurs à scintillations dont sont équipés ces appareils doivent etre alors non seulernent juxtaposés autour de la région à examiner le long d'une couronne au pas imposé par les dimensions de ces détecteurs, mais-aussi asso ciés en plusieurs couronnes adjacentes de détecteurs. Alors que la technologie classique de réalisation prévoit d'associer des détecteurs individuels et des tubes photomultiplicateurs individuels, les constructeurs de cameras à positrons souhaitent donc le déve- loppement de tubes photomultiplicateurs spéciaux comportant plu- sieurs structures inultiplicatrices dans la meme enveloppe. Cette solution présente cependant plusieurs inconvénients, entre autres une complication de la réalisation des tubes photomultiplicateurs, une augmentation du prix des détecteurs et une limitation à un petit nombre de structures amplificatrices integrees (par exemple quatre par tube). La figure 1 represente un exemple de tube à quatre structures photomultiplicatrices PM1 à PM4 pour une utilisation soit le long d'une couronne C1, soit selon quatre couronnes C2 à C5. Il est alors avantageux de prévoir la réalisation de tubes photomultiplicateurs spéciaux comprenant une seule structure photomultiplicatrice et une fenêtre dsentrée munie de fils métalliques judicieusement disposes auxquels est associé un circuit électronique assurant le codage de position des signaux électriques fournis par la structure photomultiplicatrice à la suite d'événe riants photoniques.Dans le cas de la tomographie à positrons, ces évènements photoniques proviennent d'une mosaïque de scintillateurs couples au tube photomultiplicateur et qui émettent de la lumière à chaque interaction de photons gamma incidents, et le codage de position est obtenu au moyen d'impulsions de tension brèves appli quées sur les fils metalliques disposes à proximité de la photocathode et destinées à modifier localement et temporairement le potentiel de celle-ci et, par suite, l'amplitude instantanée du signal de sortie du tube photomultiplicateur. Le brevet des Etats-Unis dVAmérique n" 3846630 déposé par A. Suhami et al. le 4 février 1972 et délivre le 5 novembre 1974 décrie une méthode d'identification de zones élémentaires d'une photocathode faisant appel au même principe. En effet, pour la mise en oeuvre de cette méthode, le tube photomultiplicateur décrit et représenté sur la figure i de ce document comprend entre le cristal scintillateur 3 et la structure photomultiplicatrice 1 un réseau, ici bidimensionnel, de fils conducteurs 6 juxtaposés, excites au moyen d'impulsions de tension brèves qui leur sont applique'es On peut, de la sorte, moduler le signal fourni par la structure photomultiplicatrice, par une modification locale et temporaire du potentiel de sa photocathode. Le but de 1 'invention est de permettre la mise en oeuvre de la même methode de détection de radiations par identification de zones elé,mencairesg mais à l'aide d'un dispositif de détection plus simple que celui prévu dans le cas du brevet précédemment cité, cette simplicité se traduisant par une réduction importante du nombre de fils et donc des circuits de codage. L'invention concerne à cet effet un dispositif de photodétection et de localisation dPévénemenls photoniques et notamment de scintillations, comprenant au moins un tube photomultiplicateur à structure photomultiplicatrice unique et, devant la photocathode de ce tube, un réseau de fils métalliques conducteurs juxtaposes excités au moyen d'impulsions de tension pour realiser la detection et la localisation de la position des evénements photoniques, caractérisé en ce que, pour assurer la localisation de 22n positions possibles de ces événements, ledit réseau comprend seulement 2n fils métalliques et (2n-1) lignes à retard relies respectivement à (2n-1) de ces fils. Les particularités et avantages de l'invention apparaî- tront maintenant de façon plus précise dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels, dans le cas de la tomographie à positrons - la figure 1 montre un exemple de tube photomultiplicateur à quatre structures photomultiplicatrices - la figure 2 montre, dans une vue en perspective, un exemple de dispositif de photodétection et de localisation conforme à l'invention - les figures 3a, 4, 5 et 6 montrent différents exemples de dispositions des fils métalliques qui, conformément à l'invention, permettent la localisation des scintillateurs sollicités, et la figure 3b montre, dans le cas de la figure 3, pour les scintillateurs 1 à 4 respectivement, la modification locale, au moyen des impulsions brèves d'excitation des fils, de la courbe représentant le signal de sortie de la structure photomultiplicatrice du dispositif selon l'invention - la figure 7 montre une ligne à retard utilisable dans le dispositif conforme à l'invention. Le dispositif de photodétection et de localisation selon l'invention, représenté en perspective sur la figure 2, comprend ici, en vue de la détection et de la localisation des photons gamma dans un tomographe à positrons, quatre scintillateurs 1 à 4 asso ciés à un tube photomultiplicateur 5 à structure photomultiplicatrice unique 6. Entre les scintillateurs et le tube 5 sont prévus deux fils métalliques conducteurs 10, 11 destinés à modifier le potentiel de photocathode du tube au moyen d'impulsions de tension brèves qui sont appliquées à ces fils. La figure 3a montre, à leai- de d'une vue de dessus, la disposition exacte de ces deux fils et leurs mode d'excitation et la figure 3b montre la modification lo- cale du signal de sortie de la structure 6 selon celui des scintillateurs qui a été excité. Aux quatre scintillateurs correspondent donc par exemple les quatre situations distinctes suivantes - scintillateur 1 : pas de fil - scintillàteur 2 : fil 10 excite par une Impulsion retardée d'un temps T à l'aide de la ligne à retard 2Q - scintillateur 3 : fil 11 excité par une impulsion non retardée ; - scintillateur 4 : fil 1 1 excité par une impulsion non retardée + fil 10 excité par l'impulsion retardée à l'aide de la ligne 20. La figure 4 montre, de même, une disposition possible de trois fils 110, 111, 112 et leur mode d'excitation lorsque le nombre de scintillateurs est égal à 8 - scintillateur 1 : pas de fil - scintillateur 2 : fil 111 excité par une impulsion retardée d'une valeur T dans la ligne 121 - scintillateur 3 : fil 110 excité par une impulsion non retardée ; - scintillateur 4 : fil 110 excité par une impulsion non retardé + fil 111 excité par une impulsion retardée de ; - scintillateur 5 : fil 112 excité par une impulsion retardée de 2 T dans la ligne 122, etc.... La figure 5 montre une disposition possible de 4 fils 210, 211, 212, 213 et leur mode d'excitation lorsque le nombre de scintillateurs est égal à 16 ; le nombre des lignes à retard utilisées est alors égal à 3. Dans tous ces exemples de realisation, on constate que, pour assurer le repérage de la position d'un scintillateur parmi 22n il suffit de 2n fils métalliques, associés à (2n-1) lignes à retard, ce qui représente une économie de moyens et une simplification technologique par rapport à la réalisation décrite dans le brevet cité précédemment, dans laquelle il faut 2.2n = 2n+1 fils métalliques pour le repérage d'une position parmi 22n, soit un nombre de fils bien plus élevé que dans le cas de l'invention (par exemple, pour n = 6, 128 contre 12). Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels des variantes peuvent entre proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. La figure 6, par exemple, montre une autre disposition possible d'un réseau à quatre fils et trois lignes à retard et qui présente en outre l'avantage important d'être dispose en une seule nappe, alors que le reseau représenté sur la figure 5 est réalise en deux nappes de fils superposées, avec la nécessité de bien isoler les points de croisement de ces deux nappes.Par ailleurs, il est évident que les lignes à retard peuvent être réalisées d'une manière quelconque, csest-à-dire être indépendantes, ou au contraire obtenues à partir d'une ligne à retard à prises inter médiaires ou d' un circuit de retard analogique de type CCD (voir la figure 7). On notera aussi qu'une autre variante de réalisation du dispositif selon l'invention consiste à disposer le réseau de fils non plus à la façon des figures 3a, 4, 5 et 6, mais selon une disposition diagonale telle que celle représentée sur la figure 8, cette disposition pouvant bien entendu être combinée avec celle qui consiste à ne prevoir, comme dans le cas de la figure 5, qu'une seule nappe de fils, grâce à une mise en place judicieuse de ces fils. Enfin, l'application principale envisagée dans la description ci dessus n'est pas exclusive d'autres applications immédiates du dispositif de détection et de localisation selon l'invention dans des systèmes où les structures photomultiplicatrices s'avèrent très utiles, et notamment dans des systèmes de guidage de satellites ou autres véhicules spatiaux, dans des systèmes de poursuite d'étoiles, en astronomie des rayons gamma, dans des cameras de télévision, etc... REVENDICATIONS 1. Dispositif de photodétection et de localisation d'événements photoniques et notamment de scintillations, comprenant au moins un tube photomultiplicateur à structure photomultiplicatrice unique et, devant la photocathode de ce tube, un réseau de fils métalliques conducteurs juxtaposés excités au moyen d 'impulsions de tension pour réaliser la détection et la localisation de la position des événements photoniques, caractérisé en ce que, pour assurer la localisation de 22n positions possibles de ces événements, ledit réseau comprend seulement 2n fils métalliques et (2n-1) lignes à retard reliees respectivement à (2n-1) de ces fils. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que ledit réseau est disposé en une seule nappe. 3. Utilisation de ce dispositif dans un appareil de tomographie à positrons comprenant une caméra de gammagraphie équipée d'un ensemble de dispositifs conformes à l'une des revendications 1 et 2.