Brevet FR2739455A1 — publié le 19970404

La présente invention concerne notamment le domaine des mesures de rayons X, et, plus particulièrement, un dispositif de mesure de l'intensité d'un faisceau de rayons X, un tel dispositif pouvant notamment être utilisé en médecine ou en maintenance industrielle. Actuellement, dans le domaine de la radiographie, qui est l'un des domaines d'application de la présente invention, on utilise couramment des films impressionnés par un rayonnement X incident. Dans ce type de radiographie la dose reçue par le patient est imprécise et dans tous les cas, importante, et un traitement long est nécessaire pour interpréter le film impressionné. Pour permettre une interprétation rapide d'une radiographie, il est connu d'utiliser des détecteurs à gaz multifils qui permettent de détecter la plupart des photons entrant par leur fenêtre et réagissant avec le gaz. Ils permettent, dans le domaine médical et par rapport aux films, de minimiser la dose de radiation nécessaire à la radiographie et donc, par conséquent, la dose reçue par le patient. Toutefois, ce type de détecteur présente notamment les inconvénients suivants: - de nombreux photons n'interagissent pas avec le gaz du fait de la faible densité de ce dernier, même comprimé, - la résolution spatiale est limitée à 100clam afin d'éviter les risques de claquage entre les fils qui sont soumis à une haute tension, - le taux de comptage admissible est faible à cause d'un phénomène d'écran, - il est très sensible aux accélérations et ses caractéristiques de fonctionnement varient au cours du temps. Le problème posé par l'invention est de pallier ces inconvénients en proposant un dispositif de mesure de l'intensité d'un faisceau de rayons X permettant une résolution spatiale inférieure à 10 lim si nécessaire et ayant une efficacité nettement accrue, diminuant ainsi les doses de rayonnement reçues par le patient. La solution apportée est un dispositif de mesure de l'intensité d'un faisceau de rayons X, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur en matériau solide, semiconducteur pouvant par exemple être constitué de plaquettes de silicium douées de résolution spatiale. Selon une caractéristique additionnelle, pour chaque plaquette, la hauteur de la fenêtre d'entrée du faisceau est très inférieure à sa largeur. Selon une caractéristique préférentielle, pour chaque plaquette, la hauteur de la fenêtre d'entrée du faisceau est très inférieure à la profondeur de détection. Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte des moyens de traitement qui permettent l'acquisition d'images simultanément à plusieurs énergies du rayonnement incident. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description d'un mode de réalisation de l'invention appliqué au domaine de la radiographie médicale, en regard des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 présente un schéma d'un dispositif de radiographie selon l'invention, - le schéma de la figure 2 montre une plaquette de détection en silicium, - sur la figure 3, est représenté un schéma de moyens de traitement des signaux issus du détecteur, - la figure 4 représente un mode de juxtaposition de plaquettes de détection, Comme montré sur la figure 1, un dispositif de radiographie médicale d'un objet 1 selon ce mode de réalisation de l'invention, comporte un générateur 2 d'un faisceau de rayons X, un collimateur 3 de ce rayon, des moyens de détection 4 de l'intensité du rayonnement et des moyens 5 aptes à déplacer les éléments 2,3 et 4 dans un plan parallèle au plan de l'objet 1 à étudier. Les moyens de détection 4 sont reliés à des moyens électroniques de traitement de signaux 6, eux même reliés à un micro-ordinateur 7. Le générateur 2 est de type connu et génère un faisceau dont l'énergie dépend du type de radiographie à effectuer. Le collimateur est aussi d'un type connu et permet l'obtention d'un faisceau de rayons lumineux parallèles. Les moyens de détection 4 sont constitués par au moins un détecteur solide en l'occurrence une plaquette 8 en silicium dont les dimensions peuvent être de l'ordre 0,lm de longueur et de largeur et d'épaisseur de l'ordre de 500cil. Ce type de détecteur, montré à la figure 2, est connu pour détecter des particules chargées telles que les muons, les pions les protons... et utilisé dans ces applications de telle sorte que les dimensions caractéristiques de la fenêtre d'entrée du rayonnement soit la longueur L et la largeur I de la plaquette 8, soit dans l'exemple cité ci-dessus, 0,01 m2, I'interaction entre les particules et le détecteur se produisant dans la profondeur correspondant à l'épaisseur e, en l'occurrence faible, de la plaquette 8. Une telle plaquette comporte une pluralité de pistes parallèles 9 de détection, disposées dans le sens de la longueur L de la plaquette 8. Dans le cadre de l'invention, la plaquette est disposée de telle sorte que les dimensions caractéristiques de la fenêtre soit la largeur I et l'épaisseur e de la plaquette 8. Ainsi la profondeur de détection, dans laquelle peuvent interagir les photons X du faisceau et le silicium, correspond à la toute la longueur L de la plaquette. Toutefois, la dimension de la fenêtre étant ainsi, considérablement réduite, toute étude de l'objet 1 sur une épaisseur nécessite soit un balayage sur la région considérée avec les moyens 5 soit un empilement de plaquettes, cette dernière solution étant plus onéreuse et peut présenter des effets de bord au niveau des interstices entre les plaquettes, les photons du rayonnement X incident pouvant ne pas interagir. La distance séparant chaque piste de la plaquette 8 est fonction de la résolution spatiale cliniquement nécessaire. Ainsi, dans le cadre d'une mammographie, cette distance doit être d'environ 1film tandis que pour l'étude d'un rachis, une distance de 500cil est suffisante. II est évident que la résolution spatiale du détecteur est directement proportionnelle à cette distance. Selon le type de radiographie, la largeur de la détection varie. Elle peut être de l'ordre de 10cm pour une mammographie et de 50cm pour une radiographie pulmonaire. Dans ce dernier cas plusieurs plaquettes 8 peuvent être juxtaposées. Pour éviter les effets de bord entre deux détecteurs, il est préférable que les plaquettes 8 soient de forme trapézoïdale comme montré sur la figure 3. Ainsi, quel que soit le point d'impact des photons X, dont la direction est perpendiculaire à la fenêtre des plaquettes, l'efficacité d'absorption est sensiblement constante. Chaque piste 9 d'une plaquette est connectée aux moyens de traitement 6 montrés sur le schéma de la figure 4. Ces moyens de traitement comportent des moyens 10 de préamplification, des moyens 11 de mise en forme de signaux, des moyens de filtrage 12, des moyens de comptage 13 et des moyens 14 de mise en mémoire des informations issues des moyens de comptage. Les moyens de 10 de préamplification sont constitués par un amplificateur de charge comportant notamment une capacité 15 en parallèle avec l'amplificateur. Les moyens de filtrage 12 sont constitués par un discriminateur à fenêtre présentant un seuil haut et un seuil bas. Les moyens de comptages sont des compteurs d'impulsions et les moyens 14 sont constitués par une mémoire tampon. Chaque piste d'une plaquette 8 est connectée à un ensemble de traitement constitué par les éléments 10,11,12,13 et 14. Cette mémoire tampon 14 est connectée par un bus au micro-ordinateur 7. Les moyens 5 aptes à déplacer les éléments 2,3 et 4 dans un plan parallèle au plan de l'objet 1 à étudier sont constitués par un bâti rigide 16 sur lequel sont fixés lesdits éléments 2, 3 et 4. Ce bâti est lui même fixé sur le piston 17 d'un vérin commandé par un moteur électrique de type continu et peut coulisser le long d'une coulisse 18. La coulisse 18 et la partie fixe du vérin sont solidaires d'un support fixe 19. Le fonctionnement du dispositif précédemment décrit est le suivant. La partie de l'objet 1 à étudier est disposée dans le volume délimité par le détecteur, la distance séparant ce dernier du collimateur et la hauteur de déplacement du vérin. Un faisceau de rayons X est ensuite généré dans un plan 20 de détection et le vérin est ensuite actionné jusqu'à ce que toute la région de l'objet à étudier ait été balayée par le faisceau de rayons X. Les moyens 6 de traitement de signaux comptent en temps réel les impulsions issues du détecteur et correspondant aux interactions entre les photons X et le silicium des plaquettes. L'information contenue dans chacun des compteurs associés à chacune des pistes 9, est stockée dans la mémoire tampon. Ces informations sont lues avec un logiciel de type connu, par le micro-ordinateur 7 et affichée, en fonction de leur emplacement de détection, en nuances de gris, I'image étant sensiblement identique à celle d'une radiographie réalisée à l'aide d'un film. De plus, des traitements d'image peuvent être réalisés tels que la reconnaissance de forme, ou le zoom... II est évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation précédemment décrit, sans sortir du champ de l'invention. Ainsi les moyens de détection peuvent être fixes tandis que l'objet à étudier peut éventuellement être déplacé. De même, il est tout à fait possible que le détecteur soit équipé de pistes sur les deux faces ou que la localisation du rayonnement incident soit effectuée par dérives des charges créées dans le détecteur (détecteur solide à drift). Les pistes peuvent également être connectées à une électronique différente de celle proposée en remplaçant par exemple le discriminateur à fenêtre par un convertisseur analogique-numérique ou par plusieurs discriminateurs à fenêtre; il devient alors possible d'enregistrer une image simultanément pour plusieurs énergies du rayonnement incident. Enfin, pour diminuer les temps d'acquisition, on peut utiliser simultanément plusieurs détecteurs où un empilement de détecteurs et d'absorbants. De plus, les moyens de l'invention peuvent s'appliquer dans de nombreux domaines comme ceux de la radiographie industrielle ou des expériences de physique fondamentale comme la diffraction, la diffusion ou l'absorption X. L'invention est également applicable à la tomographie, à la scintigraphie en médecine nucléaire et en biologie à l'électrophorèse. L'utilisation de plaquette en un matériau solide semi-conducteur autre que le silicium peut aussi être envisagée. Toutefois, certains matériaux présentent des difficultés de mise en oeuvre. Ainsi, le germanium doit être utilisé à la température de l'azote liquide. REVENDICATIONS 1 Dispositif de mesure de l'intensité d'un faisceau de rayons X, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection (8) en matériau solide semi conducteur et des moyens (6) de traitement des signaux issus de ces moyens de détection. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau solide semi conducteur du détecteur qui interagit avec les rayons X est du silicium, 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur comporte des plaquettes en silicium douées de résolution spatiale, 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de traitement (6) des signaux issus du détecteur qui permettent l'acquisition d'images simultanément à plusieurs énergies du rayonnement incident. 5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la hauteur de la fenêtre d'entrée est très inférieure à la profondeur du détecteur.