Brevet FR2538906A1 — publié le 19840706

2538906- La présente invention a trait à l'examen de l'image radiographique d'un objet obtenueaà l'aide de rayonnements ionisants en provenant d'une source, ledit objet présentant dans l'étendue de son volume des zones de tanq Mrence variable audit rayonnement ionisant. Dans les techniques connues de ce-genre, on utilise généralement pour détecter l'intensité des rayonnements ionisants ayant traversé -chaque élément de volume de l'objet à radiographier, une chambre d'ioni- sation dans laquelle lesdits rayonnements provoquent la naissance de charges électriques de inescontairesdont a- calisation et l'intensité sont caractéristiques des propriétés absorbantes de l'objet étudié et constituent ce que l'on peut appeler une image électrique latente de l'objet ainsi examiné. Cette image latente est donc formée d'un cer- tain nombre de charges électriques réparties dans le volume de détection d'une chambre d'ionisation généra- lement remplie d'un gaz ionisable et possède la pro- priété d'être rapidement effacée puisque les charges ainsi formées (électrons et ions) se déplacent immédia- tement, dès leur apparition, vers les électrodes col- lectrices de la chambre que constituent l'anode et la cathode de celle-ci Le problème de l'examen de l'image latente ainsi obtenue est donc délicat à résoudre, d'autant plus que dans les procédés connus actuellement on travaille généralement à l'aide de flashes de rayon- nements i 3 oeisans (rayons Xgammaouneutronsmoyennantunconver - t Loeurapporrié) de durée très brève, ce qui diminue d'autant l'ntensité des charges créées dans le volume de la chambre. Les charges ainsi créées par ionisation pro- duisent par influence sur chaque électrode des charges de signes opposés et de valeur égale qui, transformées en courant électrique détectable, donnent immédiate- ment une valeur globale de la somme des charges instan- tanées constituant l'image latente Ceci malheureuse- ment ne permet pas d'atteindre la cartographie souhai- table de l'image latente selon les deux coordonnées OX et OY re Dect Livement parallèle et perpendiculaire au champ électrique de la chambre. Pour pallier cette difficulté, on a imaginé de réaliser des chambres d'ionisation sous la forme de mosaïques de plusieurs chambres élémentaires juxtapo- sées, ce qui permet ainsi de repérer selon les deux coordonnées précédentes la répartition des charges spa- tiales induites par ionisation à partir du faisceau ionisant, mais l'existence des cloisons entre les dif- férentes chambres adjacentes constitue une limitation importante de la précision de la détection et, de plus, la résolution spatiale d'un tel appareil est évidemment limitée par les dimensions du volume élémentaire de chaque chambre de détection. On a également imaginé d'utiliser des procé- dés de collection des charges électriques formées sur des plaques isolantes sur lesquelles on obtient ainsi l'image latente à deux dimensions; on peut ensuite li- re cette image par des dispositifs électriques adéquats ou la révéler à la manière d'une plaque photographique par une lecture optique du type de celles que l'on uti- lise en xérographie. D'une façon générale, l'état de la technique précédemment rappelé conduit à des inconvénients ma- jeurs, qui rendent pratiquement impossible l'examen de l'image radiographique d'un objet irradié à l'aide d'une source de rayonnements ionisants en utilisant comme détecteur une chambre d'ionisation. En effet, les dispositifs de chambre d'ioni- sation dites en mosaïque ont une résolution spatiale limitée par la taille des cellules élémentaires juxta- 3 2538906 posées et sont d'une réalisation complexe donc coûteu- se; les dispositifs à collection de charges sur pla- ques isolantes nécessitent obligatoirement l'emploi de dispositifs spéciaux de mesure et de localisation de ces charges sur-la surface et dans l'état actuel de la technique ces procédés sont extrêmement lents. La présente invention a précisément pour objet un procédé d'examen de l'image radiographiquê d'un objet irradié à l'aide d'une source de rayonnement. ionisant qui utilise une chambre d'ionisation et permet à la fois de former une image latente de l'objet examiî- né de très bonne qualité et d'en faire l'examen élec trique précis par des moyens dont la mise en oeuvre est simple. Ce procédé d'examen de l'image radiographi- que d'un objet irradié à l'aide d'une source de rayon- nement ionisant du genre de ceux dans lesquels on dés- tecte dans une chambre d'ionisation l'image latente de. l'objet formé par les différentes charges électriques naissant dans le volume de la chambre sous l'influence de l'impact du flux -de rayonnement ayant traversé l'objet, se caractérise en ce que l'irradiation étant continue, on déplace l'objet à examiner par rapport à la chambre d'ionisation dans le sens et à la vitesse de migration des ions formés dans le champ électrique de celle-ci, de façon à ce que les différentes images la- tentes naissant à chaque instant se superposent en une seule et même image qui s'enrichit ainsi au fur et à mesure d'informations nouvelles en se déplaçant à la vitesse des ions vers l'électrode collectrice, les coordonnées x et y de chaque point de l'image étant déduites, pour la coordonnée x correspondant à la di- rection du déplacement de l'objet, de l'époque d'arri- vée de la charge correspondante sur l'électrode collec- trice, et, pour la coordonnée y perpendiculaire, de 4 2538906 l'emplacement de l'impact de la m 8 me charge sur l'élec- trode collectrice. On voit ainsi que grâce au déplacement de l'objet irradié à la vitesse des ions par rapport à la chambre, et à l'irradiation en continu de l'objet à examiner, on parvient à concentrer les différentes in- formations apparaissant au cours du temps sur la trans- parence de cet objet sur une seule et même image laten- te qui se déplace, par définition, en même temps que l'objet Le fait que l'image latente est unique et res- te la même au fur et à mesure du déplacement de l'ob- jet, permet d'obtenir cette image en rayons X ou gamma en temps réel et de pallier tous les inconvénients qui résultaient dans l'art antérieur du fait que la réponse d'une chambre d'ionisation n'est pas uniforme en fonc- tion du lieu d'apparition de chacune des chargese car il est bien connu que le pouvoir séparateur d'une cham- bre d'ionisation se dégrade au fur et à mesure qu'aug- mente l'éloignement du point d'apparition d'une charge par rapport à l'électrode collectrice Selon le procédé objet de l'invention au contraire, l'image latente étant unique et se déplaçant à la vitesse des ions for- més, on rétablit ainsi en quelque sorte l'uniformité de la réponse de la chambre puisque le temps de pose du système correspond au temps de déplacement de l'image latente ou de l'objet et queil est le méme pour tous les motifs de l'image. Par ailleurs, il est relativement facile de déplacer l'objet à examiner à la vitesse de migration des ions car dans une chambre d'ionisation courante, remplie par exemple de gaz xénon, cette vitesse de mi- gration des ions est couramment de l'ordre de 100 cm/s, ce qui correspond approximativement à la vitesse d'un homme au pas Cette vitesse V des ions est d'ailleurs fonction de trois paramètres que sont la mobilité ler 2538906 le champ électrique E régnant entre l'anode et la cathode et la pression P du gaz de remplissage selon la formule: V 9 e (E/P). On peut ainsi facilement, en jouant sur lechampélec iqo Emueomlaprend P, régler à une valeur' déterminée la vitesse des ions, et on peut m 8 me, con- formément à l'invention, réaliser en cas de besoin un asservissement de la vitesse de déplacement de l'objet à la vitesse des ions précédente. Enfin, il doit être bien entendu, ce qui est évident pour tout homme de l'Art, que le déplacement de l'objet par rapport à la chambre d'ionisation est à considérer comme un déplacement relatif, ce qui signi- fie que l'on reste dans le cadre du procédé objet de l'invention lorsque l'on déplace, à la vitesse de mi- gration des ions, la chambre par rapport à l'objet res- tant fixe. La présente invention a également pour objet une chambre d'ionisation pour la mise en oeuvre du pro- cédé précédent comprenant de façon connue une anode et une cathode planes se faisant face dans une atmosphère de gaz ionisable, caractérisée en ce qu'elle comprend, portée à un potentiel intermédiaire entre ceux de l'anode et de la cathode, une grille écran située dans la proximité immédiate de l'électrode collectrice -des ions et en ce que cette électrode collectrice est divi- sée selon la direction de la coordonnée y perpendicu- laire au champ, en plusieurs secteurs adjacents portés au même potentiel mais mécaniquement indépendants les uns des autres. Grâce à la structure de la chambre d'ionisa- tion précédente, on réalise simultanément deux objec- tifs différents qui sont expliqués ci-après. D'abord, en plaçant dans la chambre d'ionisa- tion une grille écran située le plus près possible de l'électrode collectrice des ions, on divise l'espace de la chambre en deux volumes inégaux, à savoir un volume de détection des informations portées par le flux de rayonnement ionisant qui correspond à l'espace compris entre la grille écran et l'électrode non collectrice et d'autre part un volume très petit de lecture de ces informations qui correspond à la partie-de la chambre située entre la grille écran et l'électrode collectrice des ions Le r 8 le de-la grille écran est de constituer un véritable écran électrostatique qui permet précisé- ment de séparer électrostatiquement les deux espaces précédents, c'est-àdire que l'espace de lecture n'est influencé que par les charges qui s'y trouvent à la suite de leur migration, à l'exclusion de la grande majorité d'entre elles qui sont formées dans l'espace- de lecture beaucoup plus important situé entre la gril- le écran et l'électrode non collectrice Selon l'inven- tion, la grille écran est située à proximité immédiate de l'électrode collectrice des ions, c'est-à-dire aussi proche que possible mécaniquement parlant de celle-ci. Une distance optimale réalisable est par exemple de l'ordre de quelques dixièmes de mm Cette mime grille écran est portée à un potentiel intermédiaire entre ce- lui de l'anode et celui de la cathode de la chambre; ce potentiel est choisi expérimentalement ou par le calcul en fonction de la forme de la grille, de façon à rendre compatible le r 8 le d'écran électrostatique joué par celle-ci et sa relative bonne transparence aux ions qu'elle ne doit évidemment pas collecter en trop grand nombre en les empêchant de migrer de l'espace de détec- tion vers l'espace de lecture. La deuxième caractéristique adoptée par la chambre d'ionisation objet de la présente invention, est d'avoir une électrode collectrice des ions, le plus souvent d'ailleurs la cathode, divisée selon la direc- tion Oy, perpendiculaire à la migration de ceux-ci, en plusieurs secteurs adjacents portés en parallèle au mê- me potentiel électrique mais natériellement indépen- dants les uns des autres, ce qui assure une détection de la localisation de chaque charge électrique selon la coordonnée d'espace OY parallèle au plan de l'électrode collectrice Selon la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention, l'image latente de l'objet irradié se déplacé à la même vitesse que l'obj;et et par conséquent: ceci permet, à partir de l'époque d'arrivée d'une char- ge donnée dans la bande de lecture étroite située entre la grille écran et ilélecetode collectrice, de détermi- ner la coordonnée d'espace de cette même charge selon la direction OX du champ électrique de la chambre, c'est-à-dire selon la direction de migration des ions. Enfin, selon l'invention, la chambre d'ioni- sation peut revêtir toute forme générale souhaitable en fonction de la source de rayonnement utilisée et de la répartition spatiale de celui-ci C'est ainsi qu'elle peut être par exemple de forme générale parallélépipé- dique lorsque la source-étant suffisamment éloignée, le flux de rayonnement parvenant alors avec un relatif pa- rallélisme sur l'objet à étudier ou qu'elle peut avoir une symétrie sphérique ou cylindrique centrée sur la source ponctuelle lorsque celleci est plus rapprochée, ce qui conduit alors à adopter pour le volume d'ionisa- tion une forme en berceau. De toute façon, l'invention sera mieux comp- rise en se référant à la description qui suit de plu- sieurs exemples de mise en oeuvre, exemples qui seront donnés à titre illustratif et non limitatif en se réfé- rant aux figures 1 à 3 ci-jointes sur lesquelles: la f igure 1 représente uneapplication du procédé d'examen de l'image radiographique selon l'in- A, vention appliquée à la radiographie du corps humains la figure 2 représente la structure d'une chambre d'ionisation objet de leinvention dans une con- figuration géométrique parallélépipédique g la figure 3 représente une chambre d'ioni- sation selon l'invention dans une configuration géomé- trique en berceau de type cylindrique. Sur la figure 1, on a décrit un exemple d'ap- plication du procédé d'examen de l'image radiographique d'un objet irradié à l'aide de rayonnements ionisants dans lequel l'objet est un patient'1 allongé sur un lit mobile 2 Il doit être bien entendu-que cet exemple est donné à titre illustratif de l'un des cas d'application intéressants du procédé objet de l'invention, mais que celle-ci s'applique de façon très générale à la radio- graphie d'un objet quelconque, dès lors qu'il présente vis-à-vis d'un flux de rayonnement ionisant X gamma ou neutrons, une transparence variable caractéristique de sa structure interne que l'on veut examiner. Sur la figure 1, une source 3 de rayonnement ionisant 4 irradie le patient 1 et est lue sous la table 2 par une chambre d'ionisation 5 fixée sur le sol à l'aide d'un socle 6 Conformément à l'invention, le lit 2 supportant le patient est mobile grâce a un sys- tème de roulettes 7 dans la direction des flèches P correspondant à celle du champ électrique de la chambre d'ionisation 5-à la vitesse de migration des ions for-' mes dans l'espace de détection de la chambre 5 sous l'effet du rayonnement 4 ayant traversé le corps du patient. Les moyens pratiques de mise en mouvement de la table 2 sur les roulettes 7 ne sont pas représentés de façon concrète sur la figure 1, mais il est bien évident que de tels moyens doivent être considérés com- me étant à la portée de l'homme de l'art et quev comme expliqué précédemment en particulier, un système d'as- servissement d'un type en soi connu peut également réaliser le synchronisme nécessaire entre la vitesse de déplacement de la table 2 et la vitesse de migration des ions dans la chambre d'ionisation 5. Sur la figure 2, on a représenté schématique- ment une chambre d'ionisation pour la mise en oeuvre du. procédé de l'invention dans une structure de forme p 4-, rallélépipédique Cette chambre d'ionisation comporte une anode 8 portée au potentiel +V et une cathode 9 au potentiel du sol constituée selon l'invention par la juxtaposition d'une série d'électrodes collectrices 9 a portées toutes au même potentiel mais indépendantes les unes des autres matériellement parlant Cette structure particulière de la cathode 9 conduit à réaliser dans la chambre d'ionisation 5 une juxtaposition immatérielle, c'est-àdire sans cloisons, d'un certain nombre de chambres élémentaires en nombre égal à celui des élec- trodes collectrices 9 a. Selon l'invention, la chambre 5 comporte éga- lement une grille écran 10 portée à un potentiel VI intermédiaire entre ceux de l'anode 8 et de la-cathode 9 et située à quelques dixièmes de millimètres de cette dernière Dans un mode de réalisation préférentiel de la chambre 5, l'espace interne de celle-ci est rempli de gaz xénon et les potentiels V et V' sont respective- ment de + 2500 V et de + 400 V, l'espace entre la grille écran 10 et les électrodes collectrices 9 a étant de 4/10 mm La grille écran 10 est réalisée par un treil- lis de fils métalliques disposés selon deux directions perpendiculaires. Selon l'invention, la grille écran 10 divise l'espace interne de la chambre 5 en deux zones diffé- rentes, à savoir: une première zone 11 comprise entre la grille écran 10 et l'anode 8 et une deuxième zone 12 2538906 comprise entre la grille écran 10 et les électrodes collectrices 9 a On voit bien que du point de vue élec- trostatique les deux espaces 11 et 12 sont totalement séparés, ce qui leur permet de jouer chacun un rôle différent En effet, l'espace 11 soumis au flux de rayonnement ionisant 4 schématisé par une flèche sur la figure 2 correspond à l'espace de détection, c'est-à- dire dans lequel de façon classique connue des rayonne- ments ionisants 4 créent, par ionisation du gaz xénon contenu dans la chambre 5, des paires d'ions positifs et d'électrons de charges égales et opposées qui mi- grent aussitot dans la direction OX du champ électrique vers la cathode 9 et l'anode 8; l'espace 12 qui, pour des raisons de commodité de lecture a été très exagéré- ment grossi sur la figure 2, puisqu'il ne fait que quelques dixièmes de millimètres en réalité, est celui dans lequel les charges ayant migré en provenance de l'espace il sont détectées par influence sur les diver- ses électrodes 9 a au fur et à mesure qu'elles traver- sent la grille écran 10 L'apparition d'un signal élec- trique sur l'une ce des électrodes sectorielles 9 a per- met de'déterminer la coordonnée OY perpendiculaire au champ électrique de la chambre 5 correspondant à la charge ainsi détectée. Sur la figure 3, on trouve une chambre d'io- nisation 5 conforme à l'invention mais d'une forme dif- férente, en berceau, ayant une symétrie cylindrique dont le centre est la source S quasi ponctuelle de rayonnement ionisant 4 Dans l'exemple de la figure 3, on retrouve les mêmes éléments de structure, à la forme près, que sur la figure 2, munis dés mêmes nombres de référence. Les chambres d'ionisation selon l'invention, précédemment décrites, possèdent des avantages parti- culiers non négligeables et notamment une grande sim- 1 l plicité de construction et un coût modeste pour une précision et un pouvoir de résolution très élevé. Dans l'utilisation principale qui est celle de la prise d'image de la projection d'un objet irradié par une source ponctuelle de rayonnement X ou gamma, l'invention offre un système possédant une grande dyna- mique de mesure et une très grande uniformité de répon-_ se On notera également que les chambres d'ionisation conformes à l'invention ont un faible taux de distor- sion géométrique résultant du quasi parallélisme des trajectoires des ions dans le milieu détecteur de la chambre. Parmi les applications intéressantes de la présente invention on peuit citer lrélectroradiograz- phie X ou gamma numérique en continu, eat notamment le contrôle d'objets disposés sur un tapis roulant (con- tr 8 le des bagages dans les aéroports par exemple,, ou encore la tomographie longitudinale. 12 2538906 REVENDICATIONS 1 Procédé d'examen de l'image radiographi- que plane d'un objet ( 1) irradié-à l'aide d'une source de rayonnements ionisants ( 3) du genre de ceux dans lesquels on détecte dans une chambre d'ionisation ( 5) l'image latente de l'objet ( 1) formée par les différen tes charges électriques naissant dans -le volume de la chambre sous l'influence de l'impact du flux de rayon- nement ayant traversé l'objet# caractérisé en ce que l'irradiation étant continue, on déplacé l'objet à exa- miner ( 1) par rapport à la chambre d'ionisation ( 5) dans le sens et à la vitesse de migration des ions formés dans le champ électrique de celleci, de façon à ce que les différentes images latentes naissant à cha- que instant se superposent en une seule et mëme image qui s'enrichit ainsi au fur et à mesure d'informations nouvelles en se déplaçant à la vitesse des ions vers l'électrode collectrice, les coordonnées x et y de cha- que point de l'image étant déduites D pour la coordonnée x correspondant à la direction du déplacement de l'objet ( 1), de l'époque d'arrivée de la charge corres- pondante sur l'électrode collectrice ( 9), et, pour la coordonnée y perpendiculaire, de lemplacement de l'im- pact de la même charge sur l'électrode collectrice ( 9). 2 Chambre d'ionisation pour la mise en oeu- vre du procédé selon la revendication 1, comprenant de façon connue une anode ( 8) et une cathode ( 9) planes se- faisant face dans une atmosphère de gaz ionisable, ca- ractérisée en ce qu'elle comprend, portée à un poten- tiel intermédiaire entre ceux de l'anode et de la ca- thode, une grille écran ( 10) située dans la proximité immédiate de l'électrode collectrice des ions ( 9) et en ce que cette électrode collectrice est divisée, selon la direction de la coordonnée y précédente, en plu- sieurs secteurs adjacents ( 9 a) portés au même potentiel mais mécaniquement indépendants les uns des autres. 3 Chambre d'ionisation selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce qu'elle a une forme générale parallélépipédique. 4 Chambre d'ionisation selon la revendica- tion 2, caractérisée en-ce qu'elle a une symétrie cy- lindrique centrée sur la source (S), le volume d'ioni- sation ayant une forme en berceau.