Brevet FR2771177A1 — publié le 19990521

La présente invention concerne le domaine de l'imagerie X. L'imagerie X utilise des rayons X qui sont des radiations électromagnétiques de longueurs d'onde comprises approximativement entre 0,003 et 2 nanomètres, ce qui correspond environ à des énergies de 400 keV et 0,6 keV respectivement. C'est une imagerie d'ombres dans laquelle un récepteur sensible aux rayons X, écran photographique ou capteur électronique, enregistre l'image d'absorption du corps étudié, illuminé par la source X de laquelle est émis le faisceau de rayons X. Cette image est appelée ici 'image X'. Les applications de l'imagerie X sont particulièrement importantes dans le domaine de l'imagerie médicale ou dans celui du contrôle non destructif dans le milieu industriel. Les sources X les plus répandues dans ce type d'applications sont les tubes à rayons X. Ces tubes possèdent une cathode incandescente placée à un potentiel étevé par rapport à une anticathode ou cible. Les électrons arrachés à la cathode sont accélérés par le champ électrique et viennent frapper l'anticathode, avec réémission de rayons X dont le faisceau sort par une fenêtre latérale. II a été montré récemment (voir par exemple Krol et al., Medical Physics, Vol.24, No.5, pp 725-732) qu'avec des impulsions laser dans le domaine visible, suffisamment courtes et puissantes, focalisées sur une cible qui peut être de même nature que celles utilisées dans les tubes à rayons X, il est possible d'obtenir des sources de rayons X permettant l'imagerie médicale et la micro-radiologie pour les études biomédicales. L'intérêt de ce type de sources réside dans le fait que la taille du faisceau focalisé est très petite (de l'ordre de la dizaine de microns) et la résolution de l'imagerie est donc accrue par rapport aux dispositifs utilisant des tubes classiques. II reste cependant que dans les procédés d'imagerie X connus, la zone d'intérêt de l'objet étudié peut être plus ou moins occultée par des zones de l'objet absorbantes ou diffusantes, placées entre la source X et le récepteur. Même en l'absence de telles zones, la qualité de l'image est altérée par la quantité de flux diffusé par la matière entourant la zone d'intérêt. L'invention permet d'améliorer significativement la qualité de l'image en proposant un procédé dans lequel la source X est interne, c'est à dire positionnée à l'intérieur de l'objet étudié, à proximité de la zone d'intérêt. Plus particulièrement, I'invention a pour objet un procédé d'imagerie à rayons X, pour l'étude d'un objet et plus particulièrement d'une zone d'intérêt de cet objet, caractérisé en ce qu'il comprend le positionnement d'une cible à l'intérieur de l'objet étudié, à proximité de la zone d'intérêt, L'émission par une source laser positionnée à l'extérieur de l'objet d'impulsions de puissance telle que lorsque ces impulsions sont focalisées sur la cible, elles peuvent générer l'émission de rayons X, le transport et la focalisation des impulsions laser sur la cible générant l'émission de rayons X, la formation de l'image X de la zone sur un récepteur sensible auxdits rayons. L'invention a également pour objet un générateur de rayons X, pour l'étude d'un objet et plus particulièrement d'une zone d'intérêt de cet objet, comprenant une source laser, une cible, la source laser délivrant des impulsions de puissance telle que lorsque ces impulsions sont focalisées sur la cible, elles peuvent générer l'émission de rayons X, le générateur étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de transport et de focalisation des impulsions sur la cible, la cible pouvant ainsi être positionnée à l'intérieur de l'objet étudié, à proximité de la zone d'intérêt. Le procédé selon l'invention permet d'améliorer la qualité de l'imagerie X en approchant la source X de la zone d'intérêt. II présente également l'avantage, en particulier en imagerie médicale, de n'illuminer avec les rayons X qu'une zone bien délimitée et d'éviter ainsi une irradiation inutile et peut-être néfaste du reste du corps. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante, illustrée par les figures annexées qui représentent: - les figures 1 a et i b des schémas de principe de procédés d'imagerie X respectivement selon l'art antérieur et selon l'invention; - la figure 2, un schéma de principe de l'émission de rayons X dans le procédé selon l'invention; - la figure 3a, un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 3b, une variante sur la réalisation des moyens de transport. Sur ces figures, les éléments homologues sont référencés par les mêmes repères. Dans un procédé d'imagerie X selon l'art antérieur, schématisé sur la figure la, L'émission de rayons X RX se fait par une source X 11, par exemple un tube à rayons X, positionnée devant l'objet OB contenant la zone d'intérêt A dont on veut faire l'image X. Une fenêtre de sortie 12 faite dans un matériau absorbant les rayons X, par exemple du plomb, délimite le cône d'émission des rayons RX. L'objet peut être ici tout ou partie d'un être vivant, en particulier pour les applications dans le domaine de l'imagerie médicale, ou tout autre objet dont on cherche à faire l'image X, par exemple dans le domaine du contrôle non destructif en milieu industiel. La formation de l'image X IMA de la zone A est obtenue par mesure de la transmission par ladite zone des rayons RX. La mesure se fait au moyen d'un récepteur R sensible aux rayons RX. Comme cela est schématisé sur la figure la, des zones absorbantes ou diffusantes B et B' peuvent se trouver autour de la zone d'intérêt A. Ces zones altèrent la qualité de l'image IMA et rendent moins sûre son interprétation. Dans le procédé selon l'invention, dont une illustration est donnée sur la figure i b, L'étape d'émission de rayons X est précédée par une étape de positionnement d'une cible CIB à l'intérieur de l'objet OB, à proximité de la zone d'intérêt A, une étape d'émission par une source laser LAS d'impulsions de puissance telle que lorsque ces impulsions sont focalisées sur la cible CIB, elles peuvent générer l'émission de rayons X, une étape de transport et de focalisation de ces impulsions sur ladite cible générant l'émission des rayons X RX. Le principe d'émission des rayons X, décrit par exemple dans l'article ci-dessus mentionné, repose sur l'extraction d'un électron de la cible par la focalisation d'une impulsion laser de forte puissance et le bombardement électronique de la cible qui en découle. L'impulsion X émise a une durée comparable à celle de l'impulsion laser. L'énergie des rayons X émis varie comme la racine de la densité de puissance (en W/cm) de l'impulsion. Dans le domaine de l'imagerie médicale par exemple, on s'intéressera à l'émission de rayons X d'énergie d'environ 25 keV. Pour obtenir l'émission de tels rayons, le laser LAS utilisé peut être par exemple un laser impulsionnel Saphir-titane émettant à une longueur d'onde de 0.8 pim des impulsions de quelques centaines de femtosecondes, L'énergie par impulsion étant de quelques mJ. Pour limiter le temps de pose nécessaire à la formation de l'image IMA à 1 seconde par exemple, la cadence d'émission du laser vaut environ 5 kHz. Pour atteindre la densité de puissance nécessaire, le diamètre de la tache de focalisation des impulsions sur la cible est de l'ordre de 10 SLm. La cible CIB peut être constituée de tous les matériaux susceptibles d'émettre dans la gamme de rayons X recherchée; en particulier, il peut s'agir de cibles métalliques, par exemple en molybdène, utilisées classiquement dans les générateurs de rayons X connus. Dans le procédé selon l'invention, la cible CIB est positionnée dans l'objet OB, à proximité de la zone A. Les impulsions laser sont transportées et focalisées sur la cible grâce à des moyens TF décrits dans la suite. Dans le domaine de l'imagerie médicale, les moyens TF pourront utiliser les voies de passage naturelles, à la manière des endoscopes. La formation de l'image X IMA de la zone A se fait alors de façon classique grâce à un récepteur R. Le récepteur peut être du même type que ceux utilisés en imagerie X classique; en effet, généralement, ces récepteurs intègrent l'énergie et peuvent donc détecter des impulsions X courtes. Le récepteur est généralement positionné à l'extérieur de l'objet. Dans certaines applications cependant, lorsque la configuration le permet, le récepteur peut aussi être positionné à l'intérieur de l'objet. C'est déjà le cas par exemple en radiographie dentaire. Différentes options classiques en imagerie X peuvent être adaptées au procédé selon l'invention; par exemple, on peut adapter le spectre des rayons X émis à l'application recherchée en positionnant un filtre spectral, soit au niveau de la source X, soit au niveau du récepteur, soit au niveau des deux. Ce filtre peut être constitué d'un feuille d'aluminium d'épaisseur variable. La qualité de l'image peut alors être améliorée grâce à un traitement sur des images prises dans différentes bandes spectrales. Une autre option par exemple consiste à rendre mobile le récepteur, à former plusieurs images sous différents points de vue afin d'augmenter la quantité d'informations, selon le principe de la tomographie. La proximité de la source X de la zone A dont on veut faire l'image permet de réduire notablement la contribution parasite des zones B et B'. Même en l'absence de telles zones, elle permet de limiter l'intensité diffusée par la matière entourant la zone A et donc de gagner en qualité d'image. En outre, la tache de focalisation étant de l'ordre de la dizaine de microns, la résolution de l'image obtenue par le procédé selon l'invention est meilleure que celle obtenue en imagerie X classique fonctionnant avec des tubes à rayons X dans lesquels le faisceau d'électrons est focalisé sur une surface de 0,1 à plusieurs mm2. En imagerie médicale, la proximité de la source X de la zone d'intérêt A présente également l'avantage de réduire l'irradiation de zones dont on ne cherche pas à faire l'image. On peut diminuer encore la dose de rayons X reçus par le patient en limitant l'angle d'émission aux seuls rayons utiles à la formation de l'image. En effet, pour une impulsion laser IMP focalisée sur la cible C1B avec un angle a par rapport à la normale à la cible, a étant généralement inférieur à 500 ou 600, l'émission de rayons X est quasiment isotrope, c'est à dire selon une indicatrice de diffusion sphérique, ou légèrement déformée, selon l'angle oc. Pour limiter l'angle d'émission des rayons X RX, on peut utiliser un filtre spatial qui absorbe le rayonnement inutile; un exemple 21 d'un tel filtre est représenté sur la figure 2. Il est constitué d'un pavé de matériau absorbant aux rayons X RX, par exemple du plomb, positionné au dessus de la cible et présentant un trou de forme tronconique, non nécessairement à symétrie de révolution, la petite base se situant du côté de la cible. La grande base délimite alors un cône d'émission des rayons X dont 2 rayons extrêmes sont schématisés sur la figure 2 avec un double fléchage. Bien sûr, la forme du filtre est telle qu'elle n'obture pas l'impulsion laser incidente IMP schématisée sur la figure 2 par un fléchage simple. Afin d'éviter une éventuelle déterioration de la cible due à l'illumination laser intense, il est préférable de prévoir des moyens MTR de rotation et/ou de translation de la cible Cl B, permanents ou intermittents; dans ce cas, le filtre spatial 21 reste par exemple fixe par rapport au faisceau laser IMP de telle sorte que seule la cible soit en mouvement. Sur la figure 2 est également représenté un filtre spectral 22 permettant de sélectionner le spectre des rayons X émis. II s'agit par exemple d'une feuille d'aluminium de l'épaisseur requise, positionnée à proximité de la source. Dans l'exemple de la figure 2, le filtre 22 est posé sur le filtre spatial, solidaire de celui-ci et présentant une ouverture telle que l'impulsion IMP n'est pas obturée. Le procédé d'imagerie X selon l'invention est mis en oeuvre par un générateur de rayons X interne dont un exemple de réalisation est donné sur la figure 3a. II comprend la source laser LAS, par exemple du type de celle décrite ci-dessus, émettant des impulsions laser IMP symbolisées par une flèche simple sur la figure 3a. Ces impulsions sont éventuellement étendues à la sortie du laser de telle sorte que le diamètre du faisceau soit de quelques millimètres. II comprend en outre la cible CIB avec éventuellement le filtre spatial 21 du type de celui décrit sur la figure 2 et des moyens MTR de rotation et/ou de translation de la cible non représentés sur la figure 3a. La cible peut être positionnée dans une enQainte, 27 sous vide.{par.xerne.un vide seconcaîre correspondant à une pression de 1 o-8 à 10.6 torr) pour éviter tout phénomène d'ionisation. L'enveloppe de l'enceinte 37 peut être en aluminium, de l'épaisseur requise, pour réaliser la fonction de filtre spatial. Dans l'exemple de la figure 3a, un filtre spatial 38, amovible, est positionné au niveau de l'enveloppe de l'enceinte 37 et couvre tout le cône d'émission des rayons X RX. L'épaisseur du filtre peut par exemple être choisie pour chaque application. Le générateur de rayons X comporte en outre les moyens TF de transport et de focalisation des impulsions laser IMP sur la cible CIB, la cible pouvant ainsi être positionnée à l'intérieur de l'objet OB. Les moyens TF comprennent par exemple un tube rigide 31 et un élément optique Lf, positionné à la sortie S du tube 31, solidaire de celui-ci et permettant de focaliser les impulsions laser IMP sur la cible CIB. Afin de faciliter le transport des impulsions laser dans le tube 31, les moyens TF peuvent également comprendre des éléments optiques Li, par exemple des systèmes afocaux. Dans ce cas, la présence de foyers intermédiaires dans le tube 31 nécessite d'y faire régner un vide, par exemple un vide secondaire. Si le générateur de rayons X est appliqué à l'imagerie médicale, c'est le tube 31, typiquement d'une longueur de 30 cm et d'un diamètre d'environ 8 mm qui pénètrera dans le corps du patient. II devra alors être constitué d'un matériau non agressif, sans activité chimique, par exemple l'inox ou tout type de matériau utilisé pour les endoscopes. Le tube rigide 31 peut être remplacé par un tube souple 32, schématisé sur la figure 3b. Le transport de la lumière se fait alors par exemple au moyen d'un faisceau de fibres 33, souples, la pureté du matériau utilisé dans les fibres, par exemple du verre, devant être suffisante pour supporter la densité de puissance des impulsions laser. Au bout du faisceau de fibres, un élément optique Lf peut de la même facon que précédemment permettre la focalisation des impulsions sur la cible. Afin de contrôler la direction d'émission des impulsions laser IMP et de les diriger par exemple vers l'entrée des tubes 31 ou 32, les moyens TF peuvent comporter avantageusement un bras articulé 34, relié à la source laser LAS, contenant par exemple deux articulations opto-mécaniques 35 et 36; le fonctionnement de ces articulations est classique, par exemple dans les robots de soudure par laser, et n'est pas décrit ici. Les applications du procédé d'imagerie X et du générateur de rayons X selon l'invention sont nombreuses. En imagerie médicale, on peut citer par exemple la radiographie dentaire, qui nécessite selon un procédé classique d'imagerie d'irradier une partie du cerveau; avec le procédé selon l'invention, la source X est placée directement dans la bouche, le récepteur à l'extérieur et les zones irradiées sont donc réduites. Dans le domaine du contrôle non destructif, le procédé selon l'invention peut s'appliquer au contrôle des pièces creuses, comme par exemple un moteur en cours de construction. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'imagerie à rayons X, pour l'étude d'un objet (OB) et plus particulièrement d'une zone d'intérêt (A) de cet objet, caractérisé en ce qu il comprend le positionnement d'une cible (CIB) à l'intérieur de l'objet étudié, à proximité de la zone d'intérêt (A), L'émission par une source laser (LAS) positionnée à l'extérieur de l'objet d'impulsions de puissance telle que lorsque ces impulsions sont focalisées sur la cible (CIB), elles peuvent générer l'émission de rayons X, le transport et la focalisation des impulsions laser sur la cible générant l'émission de rayons X (RX), la formation de l'image X (IMA) de la zone (A) sur un récepteur (R) sensible auxdits rayons. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récepteur (R) est positionné à l'intérieur de l'objet (OB). 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récepteur (R) est positionné à l'extérieur de l'objet (OB). 4 4 - Générateur de rayons X, pour l'étude d'un objet (OB) et plus particulièrement d'une zone d'intérêt (A) de cet objet, comprenant une source laser (LAS), une cible (CIB), la source laser délivrant des impulsions (IMP) de puissance telle que lorsque ces impulsions sont focalisées sur la cible, elles peuvent générer l'émission de rayons X (RX), le générateur étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (TF) de transport et de focalisation des impulsions (IMP) sur la cible (CIB), la cible pouvant ainsi être positionnée à l'intérieur de l'objet (OB) étudié, à proximité de la zone d'intérêt (A). 5 - Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens (TF) comportent un tube rigide (31) et un élément optique (Lf), positionné à la sortie (S) du tube (31), solidaire de celui-ci, permettant de focaliser les impulsions (IMP) sur la cible (CIB). 6 - Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (TF) comportent en outre des éléments optiques (Li), positionnés à l'intérieur du tube (31), solidaires de celui-ci, permettant de transporter les impulsions (IMP) à l'intérieur du tube. 7 - Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens (TF) comportent un faisceau de fibres (33) permettant le transport et la focalisation des impulsions (IMP) sur la cible (CIB). 8 - Générateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les moyens (TF) comportent en outre un bras articulé (34) relié à la source laser (LAS) contenant aux moins une articulation opto-mécaniques (35) et permettant de contrôler la direction d'émission des impulsions (IMP). 9 - Générateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la cible (CIB) est en molybdène. 10 - Générateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que la cible 11 - Générateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un filtre spatial (22) permettant de limiter l'angle d'émission des rayons X (RX). 12 - Générateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (MTR) de translation et/ou de rotation de la cible (CIB). 1 3 - Générateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un filtre spectral (22,38) permettant de sélectionner la bande spectrale des rayons X (RX). 14 - Générateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 13, caractérisé en ce que la cible (CIB) est contenue dans une enceinte (37) dont l'enveloppe est en aluminium, I'épaisseur de ladite enveloppe étant choisie pour sélectionner la bande spectrale des rayons X (RX).