Brevet FR3088732A1 — publié le 20200522

Procédé de calibration d'une fonction spectrale résultant d'un détecteur de rayonnement ionisant Description DOMAINE TECHNIQUE Le domaine technique de l'invention est la caractérisation d'un objet par irradiation à l'aide d'une source d'irradiation X ou gamma et la formation d'une image spectrale d'un rayonnement transmis par l'objet. ART ANTERIEUR La caractérisation d'un objet par irradiation à l'aide d'un rayonnement électromagnétique ionisant, par exemple un rayonnement X ou gamma, permet d'estimer la composition de l'objet. Une telle caractérisation peut être réalisée à des fins de diagnostic médical, de contrôle non destructif dans le domaine industriel, ou encore pour la détection de matériaux dangereux ou illicites, par exemple dans des portiques de contrôle d'individus, de type portiques d'aéroport, ou dans le contrôle de bagages. Durant ce type de caractérisation, une source d'irradiation émet un rayonnement d'irradiation se propageant vers un objet. Un détecteur détecte un rayonnement transmis par l'objet, c'est-à-dire un rayonnement émis par la source et s'étant propagé à travers l'objet. La caractérisation d'un objet peut être effectuée à partir d'une fonction spectrale caractéristique de l'objet. La fonction spectrale caractéristique de l'objet peut être : - le spectre du rayonnement transmis par l'objet ; - ou le spectre d'une atténuation, par l'objet, du rayonnement émis par la source d'irradiation; - ou le spectre d'un rayonnement diffusé par l'objet. Pour ce type de caractérisation, il est usuel d'utiliser des détecteurs pixelisés, spatialement et spectralement résolus. Ce type de détecteur permet de former une image spectrale du spectre du rayonnement transmis par l'objet. Par image spectrale, on entend une image dans différents canaux d'énergie. Une image spectrale est formée par la juxtaposition de différents pixels. A chaque pixel est associé un spectre du rayonnement transmis par l'objet. Ce spectre comporte plusieurs canaux, chaque canal étant représentatif d'une bande d'énergie. Un tel spectre peut 2 comporter des dizaines voire des centaines de canaux. Chaque pixel d'un détecteur pixellisé forme un détecteur élémentaire, ayant sa propre fonction de réponse spectrale. La fonction de réponse spectrale d'un détecteur correspond à la réponse d'un détecteur vis-à-vis d'un rayonnement détecté. Du fait de la fonction de réponse spectrale, un spectre d'un 5 rayonnement, mesuré par un détecteur, est généralement différent du spectre réel du rayonnement auquel est exposé le détecteur. L'objectif de l'invention, présentée ci-après, est de déterminer et de prendre en compte une fonction de réponse spectrale d'un détecteur, cette fonction de réponse étant déterminée expérimentalement. 10 EXPOSE DE L'INVENTION Un premier objet de l'invention est un procédé de calibration d'un dispositif d'analyse d'un objet, le dispositif d'analyse comportant: - une source d'irradiation, configurée pour émettre un rayonnement ionisant lorsqu'elle est alimentée par un courant d'alimentation ; 15 - un détecteur, configuré pour détecter un rayonnement ionisant et à en former un spectre d'énergie, le spectre d'énergie étant défini dans plusieurs bandes d'énergies ; le procédé de calibration comportant les étapes suivantes : i) alimentation de la source d'irradiation par un courant d'alimentation nominal d'intensité nominale et formation, par le détecteur, d'un spectre de plein flux nominal; 20 ii) alimentation de la source d'irradiation par un courant d'alimentation de rang n, dont l'intensité est égale à n fois l'intensité nominale, n étant un réel strictement positif et strictement inférieur à 1, et formation, par le détecteur, d'un spectre de plein flux de rang n; iii) comparaison du spectre de plein flux nominal au spectre de plein flux de rang n, de 25 façon à obtenir une atténuation spectrale de rang n, la comparaison étant effectuée en appliquant une fonction de comparaison au spectre de plein flux nominal et au spectre de plein flux de rang n; iv) dans au moins une bande d'énergie, comparaison de la valeur de l'atténuation spectrale de rang n avec une valeur d'atténuation théorique, obtenue à partir du réel n, et 30 détermination d'un facteur de correction associé à la valeur de l'atténuation spectrale et à la bande d'énergie. 3 Le procédé peut comporter l'une des caractéristiques suivantes, prise isolément ou selon les combinaisons techniquement réalisables : - Lors de l'étape iv), l'atténuation théorique est obtenue en appliquant la fonction de comparaison à l'entier 1 et au réel n. 5 - La fonction de comparaison compare deux grandeurs et comporte : - un ratio entre deux grandeurs comparées ; - ou un logarithme d'un ratio entre deux grandeurs comparées. - La fonction de comparaison peut être égale à l'opposé du logarithme des deux grandeurs comparées. 10 Le procédé comporte une répétition des étapes ii) à iv) en prenant en compte différentes valeurs de n, de façon à obtenir, pour chaque valeur de n, un ensemble de facteurs de correction respectivement définis pour au moins une bande d'énergie, et de préférence dans différentes bandes d'énergie. Le procédé peut alors comporter, dans une même bande d'énergie, une interpolation entre deux facteurs de correction 15 respectivement associés à deux rangs différents ou à deux valeurs d'atténuation différentes. Un deuxième objet de l'invention est un procédé d'analyse d'un objet, à l'aide d'un dispositif d'analyse comportant : - une source d'irradiation, configurée pour émettre un rayonnement ionisant lorsqu'elle 20 est alimentée par un courant d'alimentation; - un détecteur, configuré pour détecter un rayonnement ionisant et à en former un spectre d'énergie, le spectre d'énergie étant défini dans plusieurs bandes d'énergies ; le procédé d'analyse comportant les étapes suivantes : a) irradiation de l'objet par la source d'irradiation, la source d'irradiation étant alimentée 25 par un courant d'alimentation nominal d'intensité nominale ; b) détection, par le détecteur, d'un rayonnement transmis par l'objet et formation d'un spectre d'énergie du rayonnement détecté ; c) prise en compte d'un spectre de plein flux, formé par le détecteur en l'absence d'objet disposé entre la source et le détecteur, la source étant alimentée par le courant 30 d'alimentation nominal; d) dans au moins une bande d'énergie, sélection d'un facteur de correction résultant du procédé de calibration selon le premier objet de l'invention ; e) définition d'une fonction spectrale représentative de l'objet, dans au moins la bande d'énergie, la fonction spectrale étant obtenue à partir : - du spectre formé lors de l'étape c) ; - et du spectre de plein flux pris en compte lors de l'étape e ) ; 5 - et du facteur de correction sélectionné lors de l'étape d) dans au moins la bande d'énergie. Lors de l'étape e), la fonction spectrale représentative de l'objet peut être une fonction d'atténuation spectrale de l'objet, comportant une fonction de comparaison définie à partir du spectre formé lors de l'étape b) et du spectre de plein flux pris en compte lors de l'étape c), la 10 fonction de comparaison étant multipliée par le facteur de correction sélectionné lors de l'étape d). La fonction de comparaison peut comporter un ratio ou le logarithme d'un ratio. Elle peut être égale à l'opposé du logarithme du ratio. Le spectre plein flux peut avoir été mesuré en l'absence de l'objet. Il peut également s'agir d'un spectre mémorisé. Lors de l'étape e), la fonction spectrale représentative de l'objet peut être établie à partir d'un 15 ratio entre : - le spectre formé lors de l'étape b), affecté d'un exposant égal au facteur de correction sélectionné lors de l'étape d) ; - le spectre de plein flux formé lors de l'étape c), affecté d'un exposant égal au facteur de correction sélectionné lors de l'étape d) diminué d'une unité ; 20 L'étape c) peut comporter une mesure du spectre de plein flux, sans objet disposé entre la source d'irradiation et le détecteur. L'étape d) peut comporter une prise en compte d'une atténuation spectrale, l'atténuation spectrale comportant un ratio entre : le spectre mesuré lors de l'étape b) ; 25 - et le spectre de plein flux pris en compte lors de l'étape c) ; de telle sorte que le facteur de correction est sélectionné en fonction de la valeur, dans la bande d'énergie considérée, de l'atténuation spectrale. L'atténuation spectrale peut notamment comporter le logarithme du ratio. Elle peut être égale à l'opposé du logarithme du ratio. L'étape d) peut comporter une mesure de l'atténuation spectrale, à partir d'un ratio entre : 30 - le spectre mesuré lors de l'étape b) ; - et le spectre de plein flux pris en compte lors de l'étape c). 5 De façon alternative, l'atténuation spectrale est déterminée à priori. Un troisième objet de l'invention est un dispositif de caractérisation d'un objet comportant : - une source d'irradiation, configurée pour émettre un rayonnement électromagnétique ionisant ; 5 - un support, destiné à recevoir l'objet, de telle sorte que l'objet soit disposé entre la source d'irradiation et le détecteur ; - un détecteur, configuré pour détecter un rayonnement électromagnétique ionisant et à former un spectre du rayonnement détecté ; - un processeur, configuré pour recevoir les spectres formés par le détecteur et pour 10 mettre en oeuvre les étapes c) à e) d'un procédé selon le deuxième objet de l'invention, le processeur étant relié à une mémoire comportant au moins un facteur de correction déterminé pour au moins une bande d'énergie. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et 15 représentés sur les figures listées ci-dessous. FIGURES La figure 1A représente les principaux composants d'un dispositif selon l'invention. La figure 15 représente un dispositif selon l'invention dans une configuration selon laquelle un spectre de plein flux de la source est mesuré. 20 La figure 2A montre un exemple d'un spectre de plein flux et d'un spectre du rayonnement transmis par un objet et détecté par un détecteur. La figure 25 montre un exemple de fonction spectrale d'atténuation, obtenue à partir d'un ratio entre le spectre de plein flux et le spectre du rayonnement transmis par l'objet, ces spectres étant représentés sur la figure 2A. 25 La figure 3A montre un exemple de fonction spectrale d'atténuation d'un objet. La figure 3B montre un autre exemple de fonction spectrale d'atténuation du même objet. Sur la figure 35, l'objet est irradié par un rayonnement plus intense que sur la figure 3A. La comparaison des figures 3A et 3B permet d'observer la variabilité de la réponse du détecteur. La figure 4A illustre les principales étapes de procédés faisant l'objet de l'invention. 30 La figure 4B montre une fonction spectrale d'atténuation mesurée et une fonction spectrale d'atténuation théorique, cette dernière prenant la forme d'une droite horizontale. La figure 4C montre, pour différentes valeurs d'un réel n, des fonctions spectrales d'atténuation respectivement mesurées et théoriques. 6 La figure 4D représente une évolution de la valeur de facteurs de correction en fonction de l'énergie. La figure 5A montre des fonctions spectrales d'atténuation d'une plaque d'aluminium, respectivement sans mettre en oeuvre l'invention et en mettant en oeuvre l'invention. La figure 5 5B montre des fonctions spectrales d'atténuation d'une plaque de polyéthylène, respectivement sans mettre en oeuvre l'invention et en mettant en oeuvre l'invention. La figure 6A représente les spectres d'un rayonnement transmis par une plaque de polyéthylène, respectivement mesuré et obtenu en mettant en oeuvre d'invention. La figure 6B représente les spectres d'un rayonnement transmis par une plaque de polyoxyméthylène, respectivement 10 mesuré et obtenu en mettant en oeuvre d'invention. EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS On a représenté, sur la figure 1A, un dispositif 1 de caractérisation d'un objet 20 permettant une mise en oeuvre de l'invention. Sur chacune de ces figures, le dispositif 1 comporte une source d'irradiation 10 et un détecteur pixelisé 30p. Le dispositif comporte également un support 20s, 15 configuré pour recevoir un objet, de telle sorte que lorsque l'objet 20 est disposé sur le support 20s, il est interposé entre la source d'irradiation 10 et le détecteur pixelisé 30p. La source d'irradiation 10 est configurée pour émettre un rayonnement électromagnétique ionisant 12, dit rayonnement incident, vers l'objet 20, ce dernier étant interposé entre la source d'irradiation 10 et le détecteur pixelisé 30p. Le détecteur pixelisé 30p comporte des détecteurs 20 élémentaires 30 prenant la forme de pixels agencés selon un plan de détection P. Le détecteur pixelisé 30p comporte p pixels 30, où p est un entier naturel. Les pixels peuvent s'étendre selon une ligne, mais en général, ils s'étendent selon une matrice régulière bidimensionnelle. Dans la suite de la description, un détecteur 30 désigne un des pixels du détecteur pixelisé 30p. La source d'irradiation 10 est configurée pour être activée à l'aide d'une alimentation 11. 25 L'alimentation adresse un courant électrique d'alimentation 13 pour alimenter la source d'irradiation 10. De façon usuelle, la source d'irradiation est un tube générateur de rayons X, dont l'anode est soumise à une tension de polarisation V dépendant du courant d'alimentation 13. La tension de polarisation V détermine la bande spectrale d'énergie des rayons X émis par la source d'irradiation. L'intensité I du courant d'alimentation 13 conditionne l'intensité du 30 rayonnement X émis par la source, c'est-à-dire la quantité de rayons X émis par unité de temps. La source d'irradiation 10 émet le rayonnement incident 12 selon une bande spectrale d'énergie s'étendant généralement selon plusieurs dizaines voire centaines de keV. 7 La bande spectrale d'énergie du rayonnement émis par la source peut être discrétisée en différents canaux d'énergie, ou bandes d'énergies, le terme bande d'énergie correspondant à l'acronyme anglais energy bin. Dans un canal d'énergie, l'intensité du rayonnement généré par la source est reliée, de préférence par une relation proportionnelle, à l'intensité / du courant 5 d'alimentation 13. L'intensité du rayonnement émis par la source correspond, dans un canal d'énergie, à une quantité de photons X émise par unité de temps, dans la bande d'énergie. L'objet 20 peut être un tissu biologique vivant, par exemple une partie du corps d'un animal ou d'un être humain. Le dispositif 1 est alors un dispositif d'imagerie médicale ou un portique de contrôle d'aéroport. L'objet peut également être une pièce industrielle ou un bagage, le 10 dispositif étant alors utilisé à des fins de contrôle non destructif. Le terme rayonnement électromagnétique ionisant désigne un rayonnement électromagnétique constitué de photons d'énergie supérieure à 1 keV, et de préférence inférieure à 5 MeV. La plage d'énergie du rayonnement ionisant peut être comprise entre 1 keV et 2 MeV, mais elle s'étend le plus souvent entre 1 keV et 150 keV ou 300 keV. Le rayonnement 15 ionisant peut être un rayonnement X ou y. L'objet 20, irradié par le rayonnement incident 12, transmet à chaque pixel 30 un rayonnement 14, dit rayonnement transmis, ou rayonnement atténué. Chaque pixel 30 est un détecteur spectrométrique comportant : - un matériau détecteur, apte à interagir avec les photons du rayonnement incident au 20 détecteur. Le matériau détecteur peut être de type scintillateur ou, de préférence, un matériau semi-conducteur compatible avec une utilisation à la température ambiante, de type CdTe, CdZnTe ; - un circuit électronique, apte à générer un signal dont l'amplitude dépend, et est de préférence proportionnelle, à l'énergie déposée par chaque photon interagissant dans 25 le matériau détecteur ; - un circuit de spectrométrie, apte à établir un spectre en énergie, noté S, des signaux détectés pendant une période temporelle, dite période d'acquisition. Le dispositif de caractérisation 1 comporte également une unité de traitement 40 permettant la mise en oeuvre des opérations de traitement décrites ci-après. L'unité de traitement 40 peut 30 comprendre un microprocesseur et/ou des microcontrôleurs électroniques. Elle comporte une mémoire, dans laquelle sont stockés des facteurs de correction décrits par la suite. 8 Sous l'effet de l'irradiation par le rayonnement incident 12, l'objet 20 transmet un rayonnement 14, dit rayonnement transmis, vers chaque détecteur 30. Chaque détecteur 30 forme un spectre en énergie S du rayonnement transmis 14. Le terme spectre en énergie S correspond à un histogramme de l'amplitude des signaux détectés au cours de la période d'acquisition du 5 spectre. Une relation entre l'amplitude A et l'énergie E peut être obtenue par une fonction d'étalonnage en énergie g telle que E = g(A), selon des principes connus de l'homme du métier. Un spectre d'énergie S est donc un vecteur, dont chaque terme S(k) représente une quantité de rayonnement détecté par le pixel 30i dans une plage d'énergie Ek ±TaE, avec dE étant la largeur spectrale de chaque canal k. k désigne le rang du canal, avec 1 REVENDICATIONS1. Procédé de calibration d'un dispositif (1) d'analyse d'un objet, le dispositif d'analyse 5 comportant: - une source d'irradiation (10), configurée pour émettre un rayonnement ionisant (12) lorsqu'elle est alimentée par un courant d'alimentation ; - un détecteur (30), configuré pour détecter un rayonnement ionisant et à en former un spectre d'énergie (S), le spectre d'énergie étant défini dans plusieurs bandes d'énergies 10 le procédé de calibration comportant les étapes suivantes : i) alimentation de la source d'irradiation (10) par un courant d'alimentation nominal (13) d'intensité nominale (/) et formation, par le détecteur, d'un spectre de plein flux nominal (50;1); 15 ii) alimentation de la source d'irradiation par un courant d'alimentation de rang n (13n), dont l'intensité (ni) est égale à n fois l'intensité nominale, n étant un réel strictement positif et strictement inférieur à 1, et formation, par le détecteur, d'un spectre de plein flux de rang n (50'); iii) comparaison du spectre de plein flux nominal au spectre de plein flux de rang n, de 20 façon à obtenir une atténuation spectrale de rang n (attn), la comparaison étant effectuée en appliquant une fonction de comparaison (-In (sts )) au spectre de plein .50,1 flux nominal et au spectre de plein flux de rang n; iv) dans au moins une bande d'énergie (Ek), comparaison de la valeur de l'atténuation spectrale de rang n (attn) avec une valeur d'atténuation théorique (atte), obtenue à 25 partir du réel n, et détermination d'un facteur de correction (fn(Ek))associé à la valeur de l'atténuation spectrale et à la bande d'énergie. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lors de l'étape iv), l'atténuation théorique est obtenue en appliquant la fonction de comparaison (-In Cli) à l'entier 1 et au réel n. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fonction de 30 comparaison compare deux grandeurs et comporte : - un ratio entre deux grandeurs comparées ; - ou un logarithme d'un ratio entre deux grandeurs comparées. 18 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une répétition des étapes ii) à iv) en prenant en compte différentes valeurs de n, de façon à obtenir, pour chaque valeur de n, un ensemble de facteurs de correction (fn(Ek))respectivement définis pour au moins une bande d'énergie (Ek). 5. Procédé selon la revendication 4, comportant, dans une même bande d'énergie (Ek), une interpolation entre deux facteurs de correction respectivement associés à deux rangs différents ou à deux valeurs d'atténuation différentes. 6. Procédé d'analyse d'un objet, à l'aide d'un dispositif d'analyse comportant : - une source d'irradiation (10), configurée pour émettre un rayonnement ionisant (12) lorsqu'elle est alimentée par un courant d'alimentation (13) ; - un détecteur (30), configuré pour détecter un rayonnement ionisant et à en former un spectre d'énergie, le spectre d'énergie étant défini dans plusieurs bandes d'énergies ; le procédé d'analyse comportant les étapes suivantes : a) irradiation de l'objet (20) par la source d'irradiation, la source d'irradiation étant alimentée par un courant d'alimentation nominal (13) d'intensité nominale (I) ; b) détection, par le détecteur (30), d'un rayonnement (14) transmis par l'objet et formation d'un spectre d'énergie (S) du rayonnement détecté ; c) prise en compte d'un spectre de plein flux (Se), formé par le détecteur en l'absence d'objet disposé entre la source et le détecteur, la source étant alimentée par le courant d'alimentation nominal (13) ; d) dans au moins une bande d'énergie (Ek), sélection d'un facteur de correction (fnk(Ek)) résultant du procédé de calibration selon l'une quelconque des revendications là 5; e) définition d'une fonction spectrale représentative de l'objet (attc (Ek), (Ek)), dans au moins la bande d'énergie, la fonction spectrale étant obtenue à partir : - du spectre (S) formé lors de l'étape c) ; - et du spectre de plein flux (S0) pris en compte lors de l'étape e ) ; - et du facteur de correction (fnk(Ek)) sélectionné lors de l'étape d) dans au moins la bande d'énergie. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel lors de l'étape e), la fonction spectrale représentative de l'objet est une fonction d'atténuation spectrale de l'objet (attc(Ek)), comportant une fonction de comparaison définie à partir du spectre (S) formé lors de l'étape b) 19 et du spectre de plein flux (S0) pris en compte lors de l'étape c), la fonction de comparaison étant multipliée par le facteur de correction (fnk (Ek)) sélectionné lors de l'étape d). 8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel lors de l'étape e), la fonction spectrale représentative de l'objet (Sc) est établie à partir d'un ratio entre : 5 - le spectre (S) formé lors de l'étape b), affecté d'un exposant égal au facteur de correction (fok(Ek)) sélectionné lors de l'étape d) ; - le spectre de plein flux (S0) formé lors de l'étape c), affecté d'un exposant égal au facteur de correction (f'k (Fi()) sélectionné lors de l'étape d) diminué d'une unité. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel l'étape c) comporte une 10 mesure du spectre de plein flux (So), sans objet disposé entre la source d'irradiation (10) et le détecteur (30). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel l'étape d) comporte une prise en compte d'une atténuation spectrale (att), l'atténuation spectrale comportant un ratio entre : 15 - le spectre (S) mesuré lors de l'étape b) ; - et le spectre de plein flux (Se) pris en compte lors de l'étape c) ; de telle sorte que le facteur de correction est sélectionné en fonction de la valeur, dans la bande d'énergie considérée, de l'atténuation spectrale. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'étape d) comporte une mesure de 20 l'atténuation spectrale (att), à partir d'un ratio entre : - le spectre (S) mesuré lors de l'étape b) ; - et le spectre de plein flux (S0) pris en compte lors de l'étape c). 12. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'atténuation spectrale est déterminée à priori. 25 13. Dispositif de caractérisation d'un objet (20) comportant : - une source d'irradiation (10), configurée pour émettre un rayonnement électromagnétique ionisant ; - un support (20s), destiné à recevoir l'objet, de telle sorte que l'objet soit disposé entre la source d'irradiation et le détecteur ; 30 - un détecteur (30), configuré pour détecter un rayonnement électromagnétique ionisant et à former un spectre (S) du rayonnement détecté ; 20 un processeur (40), configuré pour recevoir les spectres formés par le détecteur et pour mettre en oeuvre les étapes c) à e) d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, le processeur étant relié à une mémoire comportant au moins un facteur de correction (frik (El()) déterminé pour au moins une bande d'énergie. 5