WO2012065948A1 - X-ray fluorescence imaging device - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the technical field of X-ray fluorescence, and more specifically to the detection of X-ray fluorescence radiation, under the effect of the irradiation of a material with incident radiation, such as X or gamma radiation.
- ionizing radiation for example a gamma ray or an X-ray
- X-ray fluorescence By rearranging itself, the electronic procession can emit an X-ray, whose energy corresponds to the difference between the energy of the starting layer and the energy of the arrival layer of the electron. This phenomenon is called X-ray fluorescence. It is well known and commonly used in analytical methods.
- X-ray fluorescence consists in irradiating a material with an interrogating beam, this beam being formed by electromagnetic X or gamma rays, produced for example by an X-ray generator or a radioactive source, respectively.
- This interrogating beam excites the material and the latter emits radiation of ionizing photons having: a so-called fluorescence component corresponding to fluorescence X photons emitted by the zone of the material irradiated by the interrogating beam
- an inelastic scattering component or Compton scattering, corresponding to the inelastic scattering of the interrogator beam radiation in the material.
- a monolithic X-ray detector is used which will detect radiation emitted by the material under the effect of irradiation by the interrogator beam. This radiation is an ionizing radiation whose energy is of the order or greater than a few keV. From this monolithic X-ray detector, the energy of the radiation detected by the detector will be acquired.
- the monolithic X-ray detector can be a germanium type detector.
- the monolithic X-ray detector By placing the monolithic X-ray detector facing the material which is excited by the interrogating beam, the monolithic detector having a spectrometric function, an energy distribution of the radiation emitted by the material is obtained under the effect of the irradiation resulting from the source, this energy distribution being commonly called energy spectrum.
- the energy of the X or gamma ionizing photon of the interrogating beam is chosen to be greater than or equal to the electron binding energy of the K layers, or, in some cases, L layers on which the electrons constituting the material to be analyzed.
- an X photon (or gamma) incident has an energy equal to the binding energy of an electron, it has a certain probability of ejecting this electron by photoelectric effect.
- the atom that included this electron is then in an excited state.
- the de-excitation is done by an electronic transition, with emission of an X photon or an Auger electron. The heavier the atom, the more the emission of an X photon is favored to the detriment of the emission of an Auger electron.
- the present monolithic detector patent application is meant a device capable of carrying out a transformation of the radiation which it detects in order to extract a signal which is generally the energy spectrum of the ionizing photons of the detected radiation.
- This monolithic detector can not provide information on the geometric location of received ionizing photons having a given energy relative to other ionizing photons having another energy, received simultaneously.
- the monolithic detector can receive substantially all the radiation emitted by the material corresponding to a position of the excitation source emitting the interrogating beam.
- An elementary mapping of a heterogeneous material can be carried out by moving the excitation source emitting the interrogating beam with respect to the monolithic detector by providing for associating with the monolithic detector means for processing a plurality of measurements made by the monolithic detector. .
- One measure can not lead to this mapping.
- a monolithic X-ray detector does not give spatial information as to the zone containing the detected chemical element, it only gives information on the presence of the given chemical element.
- the interrogator beam may be an electron beam, according to the principle of a Castaing probe, or microprobe.
- the kinetic energy of the interrogator beam electrons can result in the ejection of an electron from the atom.
- the atom is found excited. If the ejected electron is part of the K (or L in some cases) layers, the excited atom returns to its initial state by emitting an X-ray characteristic of the electronic transitions. In the same way as X-ray fluorescence, its energy therefore depends on the element.
- the interrogator beam may consist of an ion beam instead of an electron beam. In general, this technique is directed to elements having a high fluorescence yield, typically having an atomic number Z> 20.
- the X-ray fluorescence of a sample is produced by irradiation with an interrogating beam of incident energy particles (X or gamma photons, electrons, ions).
- the interrogator beam is usually very thin and collimated, it irradiates an elemental area of the sample.
- Elementary zone means the zone irradiated by the stationary interrogator beam at a given instant.
- the radiation emitted by the sample under the effect of the irradiation with the interrogating beam is detected by the monolithic detector in order to extract a signal which is generally the energy spectrum of the photons X of the detected radiation.
- an analysis device comprising a lens closed, in its central part, by a dense screen, placed between a sample excited by an interrogator beam and an image generating device for example comprising a device CCD charge transfer.
- an image generating device provides in addition information on the presence of a zone containing a given chemical element, geometric information namely the shape, size and location of the zone containing the element. detected in relation to its environment in the analyzed material, this environment being also irradiated by the interrogating beam and included in the field of view of the image generating device.
- the image generator comprises a pixel detector and a monolithic detector, that is to say formed of a plurality of independent elementary detectors, each elementary detector or pixel representing a point of the acquired image. These elementary detectors are arranged in a matrix or bar and cooperate with a read circuit. Each pixel receives a fraction of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation and therefore of the fluorescence X-ray.
- the closed lens is positioned so that the radiation, of a given wavelength, emitted by the sample under the effect of a irradiation by an interrogator beam, is focused on the CCD type image generating device.
- the shutter placed in the central part of the lens blocks the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation, not focused by the lens.
- only the radiation of a predetermined wavelength translating the presence of a zone into a given chemical element constitutes the useful signal received by the image generating device.
- the image acquired by the image generating device thus provides information on the presence of the chemical element given in the zone, on the geometry (size and shape) and on the location of the zone.
- the closed lens is removable, a change of the lens closed by another having another focal distance allows the image generating device to receive radiation of another wavelength and to acquire an image indicating the presence another chemical element in the area.
- the superposition of several images delivered by the image generating device and acquired with different closed lenses makes it possible to locate on the same image the different chemical elements detected.
- Such a device requires knowing in advance the chemical elements to be detected and having lenses having focal lengths adapted to the wavelengths to be detected.
- Another disadvantage is that it is necessary to provide a device that mechanically displaces the lenses and possibly the sample and / or the image-generating device. Adjusting the position of the lens with respect to the sample on the one hand and the image-generating device on the other hand is delicate.
- the deflection of an X-ray beam by a lens is effective only on the low energies of a few hundred electron volts (eV), even a few kilo electron volts (keV). Beyond a few keV, X photons are not deflected by such a lens and the previously described device becomes inoperative.
- the lens therefore has a function of selection in energy of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation which passes through it since the wavelength and the energy are magnitudes dependent on each other and characteristics of the chemical element that produces this X fluorescence. It is not the pixel detector that realizes the energy selection of the different chemical elements present.
- US Pat. No. 4,987,582 discloses a device comprising a source of X or gamma radiation producing an interrogating beam intended to irradiate a sample, for example a piece of luggage during control at the airports, and a device for detecting a radiation emitted by said sample under the effect of irradiation by the interrogator beam.
- the detection means can be parameterized for a given wavelength and therefore for a given chemical element, as a function of the characteristic Bragg angle of said wavelength.
- it comprises one or more blocks of crystalline material without dislocation through which the radiation emitted by said sample under the effect of irradiation passes without practically attenuation if the radiation emitted by the sample under the effect of irradiation arrive on a block of crystalline material given with the Bragg angle.
- an image-generating device is placed with a pixel detector. It is also expected that the image generator cooperates with an image processing device and a display device.
- the disadvantage of the structure described in this patent is that it is also necessary to know beforehand the chemical elements to be detected so that the crystal block (s) are oriented properly with respect to the radiation emitted by the sample under the effect of the 'irradiation.
- An energy selection is performed upstream of the image generating device.
- the device described in this document can only work with radiation emitted by the sample under the effect of low energy irradiation of the order of a few keV.
- the Timepix detector is described in the document "Pixel detectors for imaging with heavy charged particles", Jan Jakubek et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 591 (2008) pages 155-158.
- the Timepix detector is formed of a thickness of 300 microns of silicon deposited on an electrode matrix so as to materialize the pixels. Each pixel is connected to an electronic circuit making it possible to produce an energy spectrum.
- FIG. 4 of the latter document shows that it is possible to produce energy spectra of a radiation received at energies close to 60 keV, the inventors believe that with materials containing heavy chemical elements, it is the atomic number of which is greater than that of gold, lead, or even uranium, a Timepix detector can not produce a signal whose characteristics are satisfactory both from a point of view of the sensitivity and of the resolution in energy.
- the object of the present invention is precisely to propose an X-ray fluorescence imaging device which does not have the disadvantages mentioned above, ie which does not require displacement of the excitation source with respect to the detector, which does not requires no prior knowledge of the chemical elements contained in the object to be imaged and which gives a satisfactory image.
- the present invention uses a pixel detector to detect radiation emitted by an object irradiated by an interrogating beam emitted by an excitation source, this pixel detector integrating a function for selecting energy from the detected radiation, and providing an image signal relative to the detected radiation in a given energy band.
- the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation and detected by the pixel detector does not undergo any sorting in wavelengths between its emission and its acquisition by the pixel detector.
- Using a pixel detector avoids the relative movement between itself and the excitation source.
- the present invention relates to an X-ray fluorescence imaging device comprising at least one excitation source able to emit an interrogating beam towards an object to be imaged so that the object emits a radiation that is a consequence of the interaction between the interrogating beam and the object, the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation including fluorescence X-ray, an image generating device provided with a detector for detecting the emitted radiation by the object under the effect of irradiation, a collimator upstream of the detector to limit its field of view.
- the detector is a pixel detector whose pixels are intended to perform a function of energy selection of the detected radiation and to provide an image signal relative to the radiation detected in a given energy band.
- the energy selection function can be energy thresholding, energy windowing or even more advantageously even energy spectrometry.
- the collimator may be a coded mask collimator, which makes it possible to improve the sensitivity and leads to a better noise ratio, or a parallel channel collimator, especially if the object is close to the pixel detector, or a pinhole collimator. , the latter having an infinite depth of field.
- the excitation source may be an X - ray tube, a radioactive source, an electron gun or an ion gun.
- the image generating device may furthermore comprise a device for displaying the image signal, this image signal possibly being processed by an image processing device.
- the pixel detector may comprise a scintillator upstream of a charge transfer device, for example of the CCD type or of a device with CMOS transistors, the scintillator having to convert the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation which reaches it in a light signal delivered to the charge transfer device or to the CMOS transistor device.
- the pixel detector may further comprise an image intensifier tube disposed between the scintillator and the charge transfer device or the CMOS transistor device and optionally a bundle of optical fibers connecting the image intensifier tube to the device. charge transfer or to the device with CMOS transistors.
- the pixel detector may comprise independent semiconductor elementary detectors for detecting the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation and connected to an integrated reading circuit.
- the pixel detector may comprise a monolithic semiconductor material for detecting the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation, and connected to a reading circuit, generally matrix, defining the pixels.
- shielding may be provided between the excitation source and the image generating device.
- the excitation source may be equipped with a collimator which defines an axis of the interrogator beam.
- the collimator disposed upstream of the pixel detector defines a collimation axis of the pixel detector.
- This collimator defines the solid detection angle of the detector.
- the axis of the interrogating beam and the collimation axis being preferably at an angle of the order of 150 ° to reduce the Compton scattering component in the radiation emitted by the object under the effect of irradiation.
- the device may further comprise an auxiliary camera associated with the image-generating device, able to take a visible image of an area of the object observed by the pixel detector.
- a separation prism of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation of visible radiation from the object can be used, this prism being placed on the path taken by the radiation emitted by the object under the effect of irradiation to the pixel detector.
- the present invention also relates to an X-ray fluorescence imaging method, comprising:
- this pixel detector having an energy selection function detected radiation
- the detection of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation is made of preferably substantially simultaneously with the irradiation of the object with the interrogator beam.
- Energy selection can be energy thresholding, energy windowing, or energy spectrometry.
- the method may further include identifying a chemical element from the detected radiation in a given energy band.
- the method also includes a peak detection step in each spectral image signal.
- the method may comprise when the energy selection is a spectrometry, a comparison of the energy of each peak with the X-ray fluorescence energy of known chemical elements.
- the method may further include displaying the intensity of the detected radiation in a given energy band.
- FIG. 1 schematically illustrates an X-ray fluorescence imaging device according to the invention
- FIG. 3 illustrates, in an imaging device according to the invention, an image generating device associated with an auxiliary camera with a separation prism of the X-ray fluorescence radiation;
- FIG. 4 illustrates an image-generating device of the imaging device according to the invention with an image pixel detector capable of acquiring both X-ray fluorescence images and visible images;
- FIGS. 5A, 5B, 5C, 5D, 5E show different variants of the pixel detector
- FIGS. 6A, 6B, 6C respectively illustrate the function of energy thresholding, windowing energy and energy spectrometry.
- FIG. 1 shows an example of X-ray fluorescence imaging device object of the invention. It comprises an excitation source 1 able to emit an interrogating beam 2 towards an object 3 to be imaged and characterized.
- the excitation source 1 is equipped with a collimator (not referenced) which defines an axis 2.1 of the beam interrogator 2, the interrogating beam propagates along this axis 2.1.
- object has been used in a general sense, namely everything that, whether animate or inanimate, affects the senses, mainly sight.
- the interrogating beam 2 is capable of interacting with the material of the object 3 so as to excite it so that it emits ionizing radiation 4, said radiation emitted by the object under the effect of an irradiation by the interrogator beam 2.
- This radiation 4 emitted by the object under the effect of irradiation has a fluorescence component and an inelastic scattering component as already mentioned above.
- This radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation can be emitted only by a region z of the object 3, only this region z having been irradiated by the interrogating beam 2.
- the interrogating beam 2 can be an X-ray or gamma ray beam, an electron beam or an ion beam. It can be poly energetic, that is to say convey several wavelengths and not one, and this will be the case when the excitation source 1 is an X-ray generator.
- the excitation source 1 may be an X-ray generator as has just been asserted, but other variants exist. It can be for example a radioactive source for example at 57 Co, an electron gun or an ion gun.
- the radiation 4 emitted by the object 3 under the effect of the irradiation is directed towards an image generating device 5 capable of detecting X-rays.
- the image-generating device 5 comprises a detector at 5.1 pixels, which in this example, has a sensitive portion 5.10 radiation 4 emitted by the object under the effect of irradiation.
- This sensitive portion 5.10 may be formed of a plurality of independent elementary detectors 5.13 sensitive to radiation 4 emitted by the object under the effect of irradiation, these elementary detectors 5.13 form the pixels. They cooperate with an electronic reading circuit 5.11.
- the image generating device 5 may further comprise an image processing circuit 5.2 connected at the output of the pixel detector 5.1, that is to say connected to the electronic reading circuit 5.11 and a display device 5.3. connected to the image processing circuit 5.2.
- the 5.1 pixel detector can take several configurations, as will be seen later.
- the image generating device 5 is intended to provide for each of its pixels, an image signal corresponding to a radiation that it detects in a given energy band.
- the detected radiation comes from the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation reaching the detector with pixels 5.1.
- the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation is free of wavelength filtering between its emission by the object 3 and its detection by the pixel detector 5.1 of the image generator device 5
- the image-generating device 5 makes it possible to obtain, for a plurality of pixels 5.13, an image signal corresponding to the intensity of the radiation detected in a given energy band.
- the 5.1 pixel detector makes it possible to obtain an image of the radiation detected in a given energy band, hence the use of the expression image generator.
- image is meant a matrix of pixels, each pixel 5.13 delivering a spatially resolved information, relating to the detected radiation from an elementary zone of the observed object.
- the 5.1 pixel detector therefore integrates a power selection function.
- This energy selection function applies to each of the pixels but only certain pixels can use it at a given moment.
- This energy selection function means that the pixel detector is capable of delivering an image signal relative to the energy of the radiation that it detects in at least one given energy band.
- the pixel detector 5.1 comprises several tens, or even several hundreds, or even several thousand pixels 5.13.
- Each of these pixels 5.13 is associated with an elementary surface of the irradiated object 3, so as to deliver information spatially resolved.
- the spatial resolution of the image generating device 5 is determined by the elementary surface of the object 3 seen by a single pixel 5.13. It is not necessary to move the excitation source 1, nor the 5.1 pixel detector, nor the object 3 to obtain spatially resolved information of the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation .
- the pixels 5.13 of the 5.1 pixel detector can simultaneously deliver an image signal relating to the intensity of the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation in the same energy band.
- the object 3 comprises an element whose X-ray fluorescence energy is located in this energy band
- the pixels 5.13 of the pixel detector 5.1 corresponding to the position of this element in the object 3 detect a signal more intense than the other pixels.
- the 5.1 pixel detector has a line of sight 6 which is substantially perpendicular to a plane, called the input plane, through which the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation reaches the sensitive part 5.10 of the pixel detector 5.1.
- the 5.1 pixel detector and the excitation source 1 as well as possibly the object 3 can be static with respect to each other, which simplifies the assembly of the different components of the imaging device with respect to each other.
- a collimator 8 is placed upstream of the pixel detector 5.1 and therefore of the sensitive part 5.10 of said pixel detector.
- the concept of upstream and downstream is based on the direction of propagation of radiation 4 emitted by the object under the effect of irradiation.
- the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation reaching the sensitive part 5.10 of the pixel detector 5.1 has thus passed through the collimator 8.
- the collimator 8 defines a collimation axis of the pixel detector which is substantially merged with the line of sight 6 of the pixel detector.
- the collimator 8 delimits the field of view of the pixel detector 5.1, this field of view extends around the line of sight 6.
- the collimator 8 delimits a solid angle of the pixel detector 5.1, this solid angle s' extending around the collimation axis 6. This solid angle is named ⁇ in FIG. 2B.
- the collimator 8 may be a collimator with parallel channels as shown in FIG. 1. In this case, it is preferably located close to the object 3 and the pixel detector 5.1. The distance between the pixel detector 5.1 and the collimator 8 must be in this configuration, less than approximately 1 or 2 centimeters, the distance between the collimator 8 and the object 3 being also limited to a few centimeters, if it is desired to obtain a spatially resolved information, which may appear as a constraint.
- a masked mask collimator 8 as illustrated in FIG. 2A could be used, which makes it possible to improve the sensitivity and leads to a better noise ratio at the expense of a more complex deconvolution algorithm.
- a pinhole collimator 8 as shown in FIG. 2B.
- This offers the advantage of a very large depth of field, a simplicity of design as well as a solid angle ⁇ allowing the observation of important surface objects.
- a pinhole collimator is in the form of a small diameter hole, generally between a few hundred micrometers and a few millimeters, in a dense material.
- Such collimators are usually used in gamma cameras intended for the observation of irradiating sources, for example that described in the patent application EP 0 425 333.
- the image generating device 5 will provide an image 7 of the irradiated region z in the field of view of the pixel detector 5.1.
- This image makes it possible to obtain information on the chemical elements present in the intersection between the solid angle of the pixel detector and the irradiated part of the object. It should be noted that these are The depth depends on the energy of the interrogator beam 2.
- the image makes it possible to highlight the arrangement of fluorescent zones, in a given energy, of the irradiated region z of the object 3 included in the field of view of the pixel detector 5.1.
- auxiliary camera 10 sensitive to visible light capable of acquiring a visible image of the object 3 to be imaged or at least a visible image of the area observed by the detector to pixels 5.1. With the reference 10.1 in FIG. 3, visible radiation is shown which reaches the auxiliary camera 10.
- This auxiliary camera 10 may be a color or black and white camera. It may be secured to the image generating device 5. It will preferably have an optical axis 11 which is substantially parallel to the line of sight or collimation 6 of the pixel detector 5.1.
- a computer parallax correction can be provided, after a calibration step, between the pixel detector 5.1 and the As a variant, it is possible to provide a separation prism 12 to perform this parallax correction as shown in FIG. 3.
- the separation prism 12 is placed on the path of the radiation 4 emitted by the object 3 under the effect of the irradiation, upstream of the detector with pixels 5.1 and the auxiliary camera 10.
- the pixel detector 5.1 of the image generator device 5 is able to acquire visible images, including black and white of the object.
- the sensitive part 5.10 is also sensitive to visible light.
- a retractable mechanical shutter 13 is provided, placed in a non-retracted position upstream of the sensitive portion 5.10 to prevent the visible light reflected by the object from reaching the sensitive portion 5.10.
- This mechanical shutter 13 passes the radiation 4 emitted by the object under the effect of irradiation.
- This mechanical shutter 13 is preferably located downstream of the collimator 8.
- the image acquired by the pixel detector 5.1 is a visible image and when it is in the non-retracted position, the acquired image by the 5.1 pixel detector is an image of the radiation detected by the pixel detector.
- the sensitive part 5.10 of the pixel detector 5.1 can be made by a charge transfer device, for example CCD, or CMOS transistor 14 possibly covered with a scintillator 15, for example cesium iodide, as shown in FIG. 5A.
- a read circuit is integrated with each pixel of the pixel device. This read circuit delivers image signals to the display device. The read circuit is not referenced and the pixels are not differentiated.
- the CCD or CMOS transistor device is preferably matrix.
- a matrix device comprises several sensitive sites, the pixels, arranged in matrix or bar.
- the scintillator 15 converts the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation into a light signal and the CCD or CMOS transistor matrix device formed of a plurality of sensitive sites, in this case photosites, generally photodiodes, converts the light signal into electrical image signals to be displayed by the display device 5.3 after possible processing in the processing device 5.2, if the display device and the processing device are provided. It is these electrical image signals that carry the energy selection, the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation when it reaches the detector at 5.1 pixels did not undergo energy selection, which was not the case in the prior art.
- Such a 5.1 pixel detector is particularly simple, but suffers however from a disadvantage because of the CCD matrix device or CMOS transistors. It does not allow to provide a spectrometric function, that is to say that it does not allow to know, for a given photosite, the number of ionizing photons received at a given energy.
- the image obtained provides spatially information on the number of ionizing photons received, that is to say on the intensity of the radiation detected from the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation and this is the integrated reading circuit which will perform the energy selection function which can then be thresholding or windowing type as will be explained later.
- This angle may be for example about 150 °.
- the pixel detector 5.1 may comprise a cascade with, in this order, from the collimator 8, a scintillator 15, an image intensifier tube 16 and a CCD or CMOS transistor device 14
- the image intensifier tube 16 serves to amplify the light signal delivered by the scintillator 15.
- a bundle of optical fibers 17 (typing in English) can connect the image intensifier tube 16 to the CCD or CMOS transistor type device 14. This configuration makes it possible to obtain an image signal relating to the intensity of the radiation emitted by the object under the effect of irradiation in a bounded energy band whose maximum and minimum energies can be established.
- the pixel detector 5.1 is made of a semiconductor material for the detection of ionizing photons whose energy exceeds a few keV, even a few dozen keV. In particular for lead, energies higher than about 70 keV are obtained. In spite of a lower energy resolution than that of a germanium detector, it will be preferred to use a detector material that can be used at room temperature.
- This semiconductor material is, for example, CdTe cadmium telluride, CdZnTe zinc doped cadmium telluride, Hgl 2 mercury iodide. These materials are known for their spectrometric properties at room temperature.
- detectors made of semiconductor material such as cadmium telluride CdTe, zinc-doped cadmium telluride CdZnTe, mercury iodide Hg ⁇ 2
- detectors made of scintillating material such as lanthanum bromide LaBr 3 can advantageously be used. .
- the detectors made of these materials do not therefore have the disadvantages of detectors silicon.
- the spectra obtained are sufficiently defined and the use of deconvolution techniques is avoided to isolate the different fluorescence lines, the reliability of these deconvolution techniques being random.
- a pixel detector is illustrated in Figure 5C.
- the pixel detector 5.1 comprises independent elementary detectors 18 preferably arranged in a matrix of semiconductor material sensitive to the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation.
- the thickness of the detector is typically from a few hundred micrometers to a few millimeters, even a few centimeters.
- the front faces of the elementary detectors 18, that is to say the faces exposed to the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation are coplanar.
- the elementary detectors 18 define a detection plane.
- the elementary detectors 18 are connected to a read integrated circuit 19, the latter being connected to the processing circuit 5.2.
- This read integrated circuit 19 processes the signal resulting from the interaction of an ionizing photon with the elementary detector concerned and able to measure the energy thereof.
- the integrated reading circuit delivers the image signals.
- the elementary detectors 18 form the pixels.
- the 5.1 pixel detector comprises one or more blocks, each block comprising a matrix of a plurality of elementary detectors 18, for example 4x4 up to 16 ⁇ 16, and one or more integrated circuits 19 forming an electronics module. proximity. When there are several blocks, they are contiguous. In FIG. 5C, only one column of four elementary detectors 18 is represented, but of course the pixel detector may comprise several columns and each column may have many more elementary detectors.
- the integrated circuit 19 for reading can be realized with ASICs.
- the image generating device could thus include a gamma camera such as that developed for the INTEGRAL program (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics
- the pixel detector 5.1 of the image-generating device could be made of monolithic semiconductor material 20 cooperating with a reading circuit 21. It is the reading circuit 21 that defines the pixels and which also delivers the image signals.
- the read circuit is connected to the not shown processing device.
- a pixel detector may for example be a MEDIPIX chip.
- the semiconductor material 20 is of parallelepipedal shape.
- a first electrode 50 polarized at a first potential is contiguous with a first face of the semiconductor material 20.
- a second electrode 51 polarized at a second potential is contiguous with a second face of the semiconductor material 20, the second face being opposed to the first face.
- the second potential is greater than the first potential; thus, the first electrode 50 is a cathode, while the second electrode is an anode.
- the second electrode 51 is composed of a plurality of elementary electrodes, or elementary anodes, 51i ... 51n arranged on the second face of the detector 20 in a matrix material. Each elementary electrode 51i ...
- each elementary electrode in cooperation with the read circuit, defines a pixel.
- the first electrode 50 and the second electrode 51 are polarized by polarization means 53, represented here in the same block as the read circuit 21.
- the semiconductor material 20 may be for example cadmium telluride CdTe, telluride telluride. CdZnTe zinc-doped cadmium, mercury iodide Hgl 2
- the present invention also relates to an X-ray fluorescence imaging method.
- the method consists in irradiating an object to be imaged by an interrogating beam emitted by an excitation source so that the object emits radiation emitted by the object under the effect of the irradiation by the interrogator beam, to detect the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation after crossing a collimator, by a pixel detector, to make a selection in energy in the radiation detected by several pixels of the pixel detector, to deliver an image signal corresponding to the detected radiation in a given energy band.
- the image signal produced by each of the pixels can be processed by processing means and displayed by display means.
- These image signals reflect the intensity of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation in the given energy band.
- the detection of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation, including the fluorescence X-ray radiation, is substantially simultaneously with the irradiation of the object with the interrogating beam.
- an image generation device is used, the pixel detector of which has an energy thresholding function, that is to say, a thresholding means 60.
- the thresholding means 60 may be included in the read circuit or in processing means arranged downstream of the read circuit.
- the thresholding means 60 are schematized in the reading circuit 5.11. Referring to Figure 6A.
- Each pixel of the detector is capable of delivering an image signal relative to the quantity of ionizing photons detected whose energy is greater or less than a threshold ⁇ in energy. This thresholding can be performed with all the pixels of the pixel detector or only on a few. It is thus possible to reject interactions between the interrogator beam and the object whose energy is below or above the threshold ⁇ .
- thresholding helps to define a band of energy. This means that for a given threshold, for example equal to 50 keV, the image signals delivered by the image-generating device will reveal the location of one or more zones corresponding to chemical elements of the object irradiated by the beam. interrogator emitting radiation whose energy is at least or at most the given threshold. By performing several detections with different energy thresholds, the processing device can deliver a resulting image showing one or more zones corresponding to a given energy band.
- SI and S2 are used successively, SI corresponds to the energy E1 and S2 corresponds to the energy E2. It is assumed that the energy El is greater than the energy E2.
- Two images PI, P2 of the object are acquired, the threshold S1 having been applied during the acquisition of the image PI and the threshold S2 having been applied during the acquisition of the image P2.
- the interrogating beam retains the same energy during the acquisition of the two images.
- the treatment device by subtracting the two images P1-P2, will deliver a resultant image P to locate, one or more fluorescence zones corresponding to chemical elements of the object irradiated by the interrogating beam emitting radiation whose energy is between El and E2. This location is possible of course only if such areas exist.
- an image generating device is used, the 5.1 pixel detector of which has a windowing function in terms of energy, that is to say windowing means 61.
- the windowing means 61 may be included in the read circuit or in the processing means arranged downstream of the read circuit.
- the windowing means 61 are schematised in the reading circuit 5.11.
- the pixels of the pixel detector, concerned with this energy windowing, produce image signals relating to the quantity of X photons detected in at least one energy band ⁇ given. Referring to Figure 6B. It is thus possible to obtain images corresponding to different spectral bands of energy.
- This windowing can be performed with all pixels of the pixel detector or only on a few. Interactions between the interrogator beam and the object whose resulting fluorescence energy is external to the band can thus be rejected.
- the terminals of the band can be adjustable or fixed.
- the image generating device then directly delivers image signals highlighting one or more zones corresponding to chemical elements of the object irradiated by the interrogating beam emitting radiation including fluorescence X-radiation containing a concentration of elements. whose fluorescence energy is included in the energy band.
- the energy band is then fixed.
- One can also want to achieve the most exhaustive possible mapping of the object by making several acquisitions of images with different energy bands, each of these bands of energy being correlated with one or more chemical elements. These different images can be overlaid to provide only one resulting image.
- the semiconductor pixel detector is provided with a spectrometry function, that is to say with spectrometry means 63.
- the spectrometry means 63 can be included in the reading circuit of each pixel or in the processing means of the read circuit of each pixel.
- the spectrometric means 63 are schematized in the reading circuit 21 of each pixel.
- Each pixel of the pixel detector concerned by the spectrometry delivers an energy spectrum of the radiation detected from the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation.
- the selection in energy corresponds to a discretization in energy of the detected radiation in a multitude of elementary bands of energy, whose width is typically of a few tenths of keV to a few keV.
- a "number of shots" that is to say a number of pulses generated by the pixel
- the ratio between the number of photons penetrating the pixel and the number of shots generated depends on the performance of the detector. This spectrometry can be performed with all the pixels of the pixel detector or only on a few.
- the qualitative analysis ie the knowledge of the chemical elements present in the object consists in detecting, in the different spectra obtained, the fluorescence peaks whose energy ⁇ gives an indication of the nature of the material.
- Quantitative analysis ie determining the concentration of one or more chemical elements requires knowing the height and / or the surface of a peak of the spectrum.
- Such a detector makes it possible to obtain spatially resolved spectral information. In other words, it makes it possible to obtain the energy spectrum of the radiation emitted by the object under the effect of irradiation by the source, and this in each of the pixels. This gives a spectral information of the radiation emitted by the different elementary zones of the object included in the intersection of the solid detection angle and undergoing irradiation of the source.
- the object can be irradiated during a certain irradiation period T, varying between a few seconds and a few minutes, or even tens of minutes, and then, over several pixels, the energy spectrum of the radiation emitted by the object under the effect of irradiation.
- This stripping can consist in visually representing a histogram in three dimensions: two dimensions correspond to the coordinates of the pixels in the detection matrix, and the third dimension corresponds to the energy.
- the information can also be represented by projecting the previously described histogram according to at least one dimension. For example, it is possible to represent, on each pixel, the intensity of the image signal in a given energy band ⁇ . An image of the emission of the object is then obtained as a function of the energy band ⁇ . It is then possible to vary this energy band and to obtain as many images as bands of energy ⁇ .
- an elementary zone of the object corresponding to a pixel of the detector, comprises an element whose X fluorescence energy corresponds to this energy band
- the intensity of the image signal detected at this energy has a maximum local, corresponding to the peak of fluorescence X. We can then conclude to the presence of the chemical element in said elementary zone.
- the means for processing the signals of the pixels can also comprise peak extraction algorithms, commonly used in gamma spectrometry. These algorithms make it possible to obtain, in each of the pixels, the energies corresponding to detected peaks. It is then easy to conclude to the presence of particular chemical elements in the elementary zone corresponding to each pixel, by comparing the energies of the peaks thus detected with the X-ray fluorescence energies of said chemical elements, the latter being known.
- this embodiment makes it possible to obtain, using a single acquisition, the energy spectrum of the radiation emitted by the object, for several pixels.
- This embodiment is therefore particularly advantageous because it gives access, with the same acquisition, to the intensity of the radiation emitted by the object in different energy bands.
- the imaging device according to the invention will have an increased sensitivity for heavy atoms vis-à-vis that obtained with light atoms .
- heavy we mean heavier than iron, or even pumph.
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Abstract
Description
DISPOSITIF D'IMAGERIE DE FLUORESCENCE X X-FLUORESCENCE IMAGING DEVICE
DESCRIPTION DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA
L' invention se rapporte au domaine technique de la fluorescence X, et plus précisément de la détection du rayonnement de fluorescence X, sous l'effet de l'irradiation d'un matériau par un rayonnement incident, tel un rayonnement X ou gamma. The invention relates to the technical field of X-ray fluorescence, and more specifically to the detection of X-ray fluorescence radiation, under the effect of the irradiation of a material with incident radiation, such as X or gamma radiation.
Lorsqu'un rayonnement ionisant, par exemple un rayon gamma ou un rayon X, interagit dans la matière, il y a une certaine probabilité pour que des électrons soient arrachés du cortège électronique auquel ils appartiennent, par effet photoélectrique. En se réorganisant, le cortège électronique peut émettre un rayon X, dont l'énergie correspond à la différence entre l'énergie de la couche de départ et l'énergie de la couche d'arrivée de l'électron. Ce phénomène s'appelle la fluorescence X. Il est bien connu, et couramment utilisé dans des méthodes analytiques. When ionizing radiation, for example a gamma ray or an X-ray, interacts in matter, there is a certain probability that electrons are torn from the electronic corpuscle to which they belong, by photoelectric effect. By rearranging itself, the electronic procession can emit an X-ray, whose energy corresponds to the difference between the energy of the starting layer and the energy of the arrival layer of the electron. This phenomenon is called X-ray fluorescence. It is well known and commonly used in analytical methods.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE STATE OF THE PRIOR ART
Telle qu'elle est couramment pratiquée, la fluorescence X consiste à irradier un matériau avec un faisceau interrogateur, ce faisceau étant formé de rayons électromagnétiques, X ou gamma, produits par exemple respectivement par un générateur de rayons X, ou une source radioactive. Ce faisceau interrogateur excite le matériau et ce dernier émet un rayonnement de photons ionisants ayant : -une composante dite de fluorescence correspondant à des photons X de fluorescence émis par la zone du matériau irradié par le faisceau interrogateur As is commonly practiced, X-ray fluorescence consists in irradiating a material with an interrogating beam, this beam being formed by electromagnetic X or gamma rays, produced for example by an X-ray generator or a radioactive source, respectively. This interrogating beam excites the material and the latter emits radiation of ionizing photons having: a so-called fluorescence component corresponding to fluorescence X photons emitted by the zone of the material irradiated by the interrogating beam
-une composante de diffusion inélastique, ou diffusion Compton, correspondant à la diffusion inélastique du rayonnement du faisceau interrogateur dans le matériau. an inelastic scattering component, or Compton scattering, corresponding to the inelastic scattering of the interrogator beam radiation in the material.
On utilise un détecteur de rayons X monolithique qui va détecter un rayonnement émis par le matériau sous l'effet de l'irradiation par le faisceau interrogateur. Ce rayonnement est un rayonnement ionisant dont l'énergie est de l'ordre ou supérieure à quelques keV. A partir de ce détecteur de rayons X monolithique, on va acquérir l'énergie du rayonnement détecté par le détecteur. Le détecteur de rayons X monolithique peut être un détecteur de type germanium. A monolithic X-ray detector is used which will detect radiation emitted by the material under the effect of irradiation by the interrogator beam. This radiation is an ionizing radiation whose energy is of the order or greater than a few keV. From this monolithic X-ray detector, the energy of the radiation detected by the detector will be acquired. The monolithic X-ray detector can be a germanium type detector.
En plaçant le détecteur de rayons X monolithique face au matériau qui est excité par le faisceau interrogateur, le détecteur monolithique ayant une fonction spectrométrique, on obtient une distribution en énergie du rayonnement émis par la matière sous l'effet de l'irradiation issue de la source, cette distribution en énergie étant communément appelé spectre en énergie. By placing the monolithic X-ray detector facing the material which is excited by the interrogating beam, the monolithic detector having a spectrometric function, an energy distribution of the radiation emitted by the material is obtained under the effect of the irradiation resulting from the source, this energy distribution being commonly called energy spectrum.
En général, l'énergie des photons ionisants X ou gamma du faisceau interrogateur est choisie de façon à être supérieure ou égale à l'énergie de liaison des électrons des couches K, ou, dans certains cas, des couches L sur lesquelles se trouvent les électrons constituant le matériau à analyser. Lorsqu'un photon X (ou gamma) incident a une énergie égale à l'énergie de liaison d'un électron, il a une certaine probabilité d'éjecter cet électron par effet photoélectrique. L'atome qui comprenait cet électron se retrouve alors dans un état excité. La désexcitation se fait par une transition électronique, avec émission d'un photon X ou d'un électron Auger. Plus l'atome est lourd, plus l'émission d'un photon X est privilégiée au détriment de l'émission d'un électron Auger. In general, the energy of the X or gamma ionizing photon of the interrogating beam is chosen to be greater than or equal to the electron binding energy of the K layers, or, in some cases, L layers on which the electrons constituting the material to be analyzed. When an X photon (or gamma) incident has an energy equal to the binding energy of an electron, it has a certain probability of ejecting this electron by photoelectric effect. The atom that included this electron is then in an excited state. The de-excitation is done by an electronic transition, with emission of an X photon or an Auger electron. The heavier the atom, the more the emission of an X photon is favored to the detriment of the emission of an Auger electron.
Dans la présente demande de brevet par détecteur monolithique, on entend un dispositif capable d'effectuer une transformation du rayonnement qu'il détecte en vue d'en extraire un signal qui est généralement le spectre en énergie des photons ionisants du rayonnement détecté. Ce détecteur monolithique ne peut pas fournir d' information sur la localisation géométrique de photons ionisants reçus ayant une énergie donnée par rapport à d' autres photons ionisants ayant une autre énergie, reçus simultanément. In the present monolithic detector patent application is meant a device capable of carrying out a transformation of the radiation which it detects in order to extract a signal which is generally the energy spectrum of the ionizing photons of the detected radiation. This monolithic detector can not provide information on the geometric location of received ionizing photons having a given energy relative to other ionizing photons having another energy, received simultaneously.
Sur le spectre en énergie du rayonnement détecté par le détecteur, peuvent être mises en évidence des raies correspondant aux rayons X de fluorescence, dont l'énergie (ou les énergies) permet (tent) d'identifier l'élément (ou les éléments) constituant le matériau. La détermination de l'énergie de fluorescence permet d'avoir une information sur la composition élémentaire de l'échantillon. Une telle technique est couramment mise en œuvre pour l'analyse élémentaire d'échantillons liquides ou solides. On the energy spectrum of the radiation detected by the detector, can be highlighted lines corresponding to fluorescence X-rays, whose energy (or energies) allows (tent) to identify the element (or elements) constituting the material. The determination of the fluorescence energy makes it possible to obtain information on the elemental composition of the sample. Such a technique is commonly used for the elemental analysis of liquid or solid samples.
Ces mesures peuvent être réalisées en utilisant un faisceau interrogateur très fin, traversant par exemple un collimateur. On parle alors de microfluorescence. Dans ce cas, le détecteur monolithique peut recevoir pratiquement tout le rayonnement émis par la matière correspondant à une position de la source d'excitation émettant le faisceau interrogateur. On peut réaliser une cartographie élémentaire d'un matériau hétérogène en déplaçant la source d'excitation émettant le faisceau interrogateur par rapport au détecteur monolithique en prévoyant d'associer au détecteur monolithique des moyens de traitement d'une pluralité de mesures effectuées par le détecteur monolithique. Une seule mesure ne peut conduire à cette cartographie. These measurements can be performed using a very fine interrogator beam, crossing for example a collimator. This is called microfluorescence. In this case, the monolithic detector can receive substantially all the radiation emitted by the material corresponding to a position of the excitation source emitting the interrogating beam. An elementary mapping of a heterogeneous material can be carried out by moving the excitation source emitting the interrogating beam with respect to the monolithic detector by providing for associating with the monolithic detector means for processing a plurality of measurements made by the monolithic detector. . One measure can not lead to this mapping.
Un détecteur monolithique de rayons X ne donne pas d'information spatiale quant à la zone contenant l'élément chimique détecté, il ne donne une information que sur la présence de l'élément chimique donné . A monolithic X-ray detector does not give spatial information as to the zone containing the detected chemical element, it only gives information on the presence of the given chemical element.
Toujours selon l'art antérieur, en variante, le faisceau interrogateur peut être un faisceau électronique, selon le principe d'une sonde de Castaing, ou microsonde. L'énergie cinétique des électrons du faisceau interrogateur peut entraîner l'éjection d'un électron de l'atome. De façon similaire à ce qui résulte de l'effet photoélectrique, l'atome se retrouve excité. Si l'électron éjecté fait partie des couches K (ou L dans certains cas), l'atome excité retourne dans son état initial en émettant un rayon X caractéristique des transitions électroniques. De façon identique à la fluorescence X, son énergie dépend donc de l'élément. En variante, le faisceau interrogateur peut être constitué d'un faisceau d'ions au lieu d'un faisceau d'électrons. En général, cette technique s'adresse à des éléments possédant un rendement de fluorescence élevé, typiquement ayant un numéro atomique Z > 20. Still according to the prior art, alternatively, the interrogator beam may be an electron beam, according to the principle of a Castaing probe, or microprobe. The kinetic energy of the interrogator beam electrons can result in the ejection of an electron from the atom. In a way similar to what results from the photoelectric effect, the atom is found excited. If the ejected electron is part of the K (or L in some cases) layers, the excited atom returns to its initial state by emitting an X-ray characteristic of the electronic transitions. In the same way as X-ray fluorescence, its energy therefore depends on the element. Alternatively, the interrogator beam may consist of an ion beam instead of an electron beam. In general, this technique is directed to elements having a high fluorescence yield, typically having an atomic number Z> 20.
On voit donc que dans l'état de l'art existant, la fluorescence X d'un échantillon est produite par l'irradiation avec un faisceau interrogateur de particules énergétiques incidentes (photons X ou gamma, électrons, ions) . Le faisceau interrogateur est généralement très fin et collimaté, il irradie une zone élémentaire de l'échantillon. Par zone élémentaire, on veut dire la zone irradiée par le faisceau interrogateur immobile à un instant donné. Le rayonnement émis par l'échantillon sous l'effet de l'irradiation avec le faisceau interrogateur est détecté par le détecteur monolithique afin d'en extraire un signal qui est généralement le spectre en énergie des photons X du rayonnement détecté. On peut alors détecter la présence au niveau de la zone élémentaire de l'échantillon irradiée par le faisceau interrogateur d'un élément chimique considéré par la présence de raies de fluorescence le caractérisant, mais la localisation de l'élément chimique dans la zone irradiée n'est pas connue. De plus, moyennant certains étalonnages, l'intensité de ces raies peut-être liée à la concentration de cet élément chimique dans le volume (ou la surface) de la zone élémentaire par le faisceau interrogateur. Lorsqu'on souhaite caractériser la surface d'un échantillon et plus seulement une zone élémentaire de ce dernier, il est nécessaire de déplacer le faisceau interrogateur, généralement finement collimaté, et d'effectuer des mesures du rayonnement détecté pour chaque position du faisceau. On parle de mesures discrètes, réalisées par balayage de la source sur le matériau analysé. A partir de ces mesures discrètes, on peut reconstituer une cartographie en deux dimensions des éléments présents à la surface de l'échantillon caractérisé en effectuant un traitement de signal approprié avec toutes les mesures collectées. L'obtention de cette cartographie prend donc un temps non négligeable. Ce type de système est très performant mais il impose un déplacement de la source d'excitation à proximité de la surface à caractériser si l'on souhaite obtenir un résultat précis. Lorsque la source d'excitation est placée à distance, on n'obtient qu'une composition élémentaire moyenne de la surface irradiée ou du volume s'il est peu absorbant. La résolution spatiale dépend de la taille du faisceau interrogateur incident sur le matériau analysé. On comprend alors que si l'on souhaite obtenir une bonne résolution spatiale, il faut utiliser une source finement collimatée. La durée d'analyse est élevée. It is thus seen that in the state of the art, the X-ray fluorescence of a sample is produced by irradiation with an interrogating beam of incident energy particles (X or gamma photons, electrons, ions). The interrogator beam is usually very thin and collimated, it irradiates an elemental area of the sample. Elementary zone means the zone irradiated by the stationary interrogator beam at a given instant. The radiation emitted by the sample under the effect of the irradiation with the interrogating beam is detected by the monolithic detector in order to extract a signal which is generally the energy spectrum of the photons X of the detected radiation. It is then possible to detect the presence at the level of the elementary zone of the sample irradiated by the interrogating beam of a chemical element considered by the presence of fluorescence lines characterizing it, but the location of the chemical element in the irradiated zone. is not known. Moreover, with some calibrations, the intensity of these lines may be related to the concentration of this chemical element in the volume (or area) of the elementary zone by the interrogator beam. When it is desired to characterize the surface of a sample and not only an elementary zone of the latter, it is necessary to move the interrogator beam, which is generally finely collimated, and to measure the detected radiation for each position of the beam. We speak of discrete measurements, made by scanning the source on the analyzed material. From these discrete measurements, we can reconstruct a two-dimensional map of the elements present on the surface of the sample characterized by carrying out an appropriate signal processing with all the measurements collected. Obtaining this mapping therefore takes a significant time. This type of system is very powerful but it requires a displacement of the excitation source near the surface to be characterized if one wishes to obtain a precise result. When the excitation source is placed at a distance, only an average elemental composition of the irradiated surface or the volume is obtained if it is not very absorbent. The spatial resolution depends on the size of the incident interrogator beam on the analyzed material. It is understood that if one wishes to obtain a good spatial resolution, it is necessary to use a finely collimated source. The duration of analysis is high.
Avec une localisation de la source d'excitation émettant le faisceau interrogateur à distance, même avec un balayage de la surface à caractériser avec le faisceau interrogateur, on ne peut obtenir une information spatiale précise, c'est-à-dire une localisation précise de tel ou tel élément chimique dans toute la zone irradiée lors du balayage du faisceau interrogateur. With a location of the excitation source emitting the interrogating beam at a distance, even with a scan of the surface to be characterized with the interrogating beam, precise spatial information can not be obtained, that is to say a precise location of this or that chemical element throughout the irradiated area when scanning the interrogator beam.
La demande de brevet US 2007/0108387 décrit un dispositif d'analyse comportant une lentille obturée, dans sa partie centrale, par un écran dense, placée entre un échantillon excité par un faisceau interrogateur et un dispositif générateur d'images par exemple comportant un dispositif à transfert de charges CCD. Dans ce contexte, un dispositif générateur d'images donne en plus d'une information sur la présence d'une zone contenant un élément chimique donné, des informations géométriques à savoir la forme, la taille et la localisation de la zone contenant l'élément chimique détecté par rapport à son environnement dans le matériau analysé, cet environnement étant également irradié par le faisceau interrogateur et inclus dans le champ d'observation du dispositif générateur d'images. Dans ce contexte le générateur d' images comporte un détecteur à pixels et plus un détecteur monolithique, c'est-à-dire formé d'une pluralité de détecteurs élémentaires indépendants, chaque détecteur élémentaire ou pixel représentant un point de l'image acquise. Ces détecteurs élémentaires sont agencés en matrice ou en barrette et coopèrent avec un circuit de lecture. Chaque pixel reçoit une fraction du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation et donc du rayonnement X de fluorescence. The patent application US 2007/0108387 describes an analysis device comprising a lens closed, in its central part, by a dense screen, placed between a sample excited by an interrogator beam and an image generating device for example comprising a device CCD charge transfer. In this context, an image generating device provides in addition information on the presence of a zone containing a given chemical element, geometric information namely the shape, size and location of the zone containing the element. detected in relation to its environment in the analyzed material, this environment being also irradiated by the interrogating beam and included in the field of view of the image generating device. In this context the image generator comprises a pixel detector and a monolithic detector, that is to say formed of a plurality of independent elementary detectors, each elementary detector or pixel representing a point of the acquired image. These elementary detectors are arranged in a matrix or bar and cooperate with a read circuit. Each pixel receives a fraction of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation and therefore of the fluorescence X-ray.
La lentille obturée est positionnée de telle sorte que le rayonnement, d'une longueur d'onde donnée, émis par l'échantillon sous l'effet d'une irradiation par un faisceau interrogateur, est focalisé sur le dispositif générateur d'images de type CCD. L'obturateur placé dans la partie centrale de la lentille bloque le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, non focalisé par la lentille. Selon cette invention, seul le rayonnement d'une longueur d'onde prédéterminée traduisant la présence d'une zone en un élément chimique donné constitue le signal utile reçu par le dispositif générateur d'images. L'image acquise par le dispositif générateur d'images renseigne donc sur la présence de l'élément chimique donné dans la zone, sur la géométrie (taille et forme) et sur la localisation de la zone. Si la lentille obturée est amovible, un changement de la lentille obturée par une autre ayant une autre distance focale permet au dispositif générateur d'images de recevoir un rayonnement d'une autre longueur d'onde et d'acquérir une image renseignant sur la présence d'un autre élément chimique dans la zone. La superposition de plusieurs images délivrées par le dispositif générateur d' images et acquises avec des lentilles obturées différentes permet de localiser sur une même image les différents éléments chimiques détectés. Un tel dispositif nécessite de connaître à l'avance les éléments chimiques à détecter et de disposer de lentilles ayant des distances focales adaptées aux longueurs d'ondes à détecter. Un autre inconvénient est qu'il faut prévoir un dispositif permettant mécaniquement de déplacer les lentilles et éventuellement l'échantillon et/ou le dispositif générateur d'images. L'ajustement de la position de la lentille par rapport à d'une part l'échantillon et d'autre part le dispositif générateur d'images est délicat. De plus, la déviation d'un faisceau de rayons X par une lentille n'est efficace que sur les faibles énergies de quelques centaines d'électron-volts (eV) , voire quelques kilo électron-volts (keV) . Au-delà de quelques keV, les photons X ne sont pas déviés par une telle lentille et le dispositif précédemment décrit devient inopérant. The closed lens is positioned so that the radiation, of a given wavelength, emitted by the sample under the effect of a irradiation by an interrogator beam, is focused on the CCD type image generating device. The shutter placed in the central part of the lens blocks the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation, not focused by the lens. According to this invention, only the radiation of a predetermined wavelength translating the presence of a zone into a given chemical element constitutes the useful signal received by the image generating device. The image acquired by the image generating device thus provides information on the presence of the chemical element given in the zone, on the geometry (size and shape) and on the location of the zone. If the closed lens is removable, a change of the lens closed by another having another focal distance allows the image generating device to receive radiation of another wavelength and to acquire an image indicating the presence another chemical element in the area. The superposition of several images delivered by the image generating device and acquired with different closed lenses makes it possible to locate on the same image the different chemical elements detected. Such a device requires knowing in advance the chemical elements to be detected and having lenses having focal lengths adapted to the wavelengths to be detected. Another disadvantage is that it is necessary to provide a device that mechanically displaces the lenses and possibly the sample and / or the image-generating device. Adjusting the position of the lens with respect to the sample on the one hand and the image-generating device on the other hand is delicate. In addition, the deflection of an X-ray beam by a lens is effective only on the low energies of a few hundred electron volts (eV), even a few kilo electron volts (keV). Beyond a few keV, X photons are not deflected by such a lens and the previously described device becomes inoperative.
La lentille possède donc une fonction de sélection en énergie du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation qui la traverse puisque la longueur d'onde et l'énergie sont des grandeurs dépendantes l'une de l'autre et caractéristiques de l'élément chimique qui produit cette fluorescence X. Ce n'est pas le détecteur à pixels qui réalise la sélection en énergie des différents éléments chimiques présents . The lens therefore has a function of selection in energy of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation which passes through it since the wavelength and the energy are magnitudes dependent on each other and characteristics of the chemical element that produces this X fluorescence. It is not the pixel detector that realizes the energy selection of the different chemical elements present.
Le brevet US 4 987 582 décrit un dispositif comportant une source de rayonnement X ou gamma produisant un faisceau interrogateur destiné à irradier un échantillon, par exemple un bagage lors de contrôle dans les aéroports, et un dispositif de détection d'un rayonnement émis par ledit échantillon sous l'effet de l'irradiation par le faisceau interrogateur. Le moyen de détection peut être paramétré pour une longueur d'onde donnée et donc pour un élément chimique donné, en fonction de l'angle de Bragg caractéristique de ladite longueur d'onde. Pour cela, il comporte un ou plusieurs blocs de matériau cristallin sans dislocation à travers desquels le rayonnement émis par ledit échantillon sous l'effet de l'irradiation passe sans pratiquement d'atténuation si le rayonnement émis par l'échantillon sous l'effet de l'irradiation arrivent sur un bloc de matériau cristallin donné avec l'angle de Bragg. En sortie du bloc de matériau cristallin, on place un dispositif générateur d'images avec un détecteur à pixels. Il est aussi prévu que le générateur d'images coopère avec un dispositif de traitement d'images et un dispositif d'affichage. US Pat. No. 4,987,582 discloses a device comprising a source of X or gamma radiation producing an interrogating beam intended to irradiate a sample, for example a piece of luggage during control at the airports, and a device for detecting a radiation emitted by said sample under the effect of irradiation by the interrogator beam. The detection means can be parameterized for a given wavelength and therefore for a given chemical element, as a function of the characteristic Bragg angle of said wavelength. For this, it comprises one or more blocks of crystalline material without dislocation through which the radiation emitted by said sample under the effect of irradiation passes without practically attenuation if the radiation emitted by the sample under the effect of irradiation arrive on a block of crystalline material given with the Bragg angle. At the output of the block of crystalline material, an image-generating device is placed with a pixel detector. It is also expected that the image generator cooperates with an image processing device and a display device.
L'inconvénient de la structure décrite dans ce brevet est qu' il faut également connaître au préalable les éléments chimiques à détecter pour que le ou les blocs de cristaux soient orientés convenablement par rapport au rayonnement émis par l'échantillon sous l'effet de l'irradiation. Une sélection en énergie est effectuée en amont du dispositif générateur d'images. Pour avoir une image de l'échantillon en entier, par exemple de type bagage lors de contrôle dans les aéroports, il faut faire défiler l'échantillon devant le couple source d'excitation/dispositif de détection et il faut faire un traitement des différentes acquisitions faites par le dispositif générateur d'images. Le dispositif décrit dans ce document ne peut fonctionner qu'avec un rayonnement émis par l'échantillon sous l'effet de l'irradiation de faible énergie de l'ordre de quelques keV. The disadvantage of the structure described in this patent is that it is also necessary to know beforehand the chemical elements to be detected so that the crystal block (s) are oriented properly with respect to the radiation emitted by the sample under the effect of the 'irradiation. An energy selection is performed upstream of the image generating device. To have an image of the whole sample, for example of luggage type during control at the airports, it is necessary to scroll the sample in front of the excitation source / detection device pair and it is necessary to make a treatment of the different acquisitions. made by the image generator device. The device described in this document can only work with radiation emitted by the sample under the effect of low energy irradiation of the order of a few keV.
Le document « Energy- and position- sensitive pixel detector Timepix for X-ray fluorescence imaging », Jan Zemlicka et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 607 (2009) , pages 202- 204, décrit la possibilité de réaliser une image du rayonnement X de fluorescence provenant d'objets en matériaux métalliques tels que le nickel, le cuivre ou le zinc. Pour ce faire on irradie l'objet avec un rayonnement X émis par une source et on détecte le rayonnement X de fluorescence grâce au détecteur à pixels Timepix. Le détecteur Timepix est décrit dans le document « Pixel detectors for imaging with heavy charged particles », Jan Jakubek et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 591 (2008) pages 155 à 158. Le détecteur Timepix est formé d'une épaisseur de 300 micromètres de silicium déposée sur une matrice d'électrodes de façon à matérialiser les pixels. Chaque pixel est relié à un circuit électronique permettant de réaliser un spectre en énergie. The document "Energy-and-position-sensitive pixel detector Timepix for X-ray fluorescence imaging", Jan Zemlicka et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 607 (2009), pages 202-204, discloses the possibility of performing a picture of X-ray fluorescence from objects made of metallic materials such as nickel, copper or zinc. To do this, the object is irradiated with X-radiation emitted by a source and fluorescence X-radiation is detected by the Timepix pixel detector. The Timepix detector is described in the document "Pixel detectors for imaging with heavy charged particles", Jan Jakubek et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 591 (2008) pages 155-158. The Timepix detector is formed of a thickness of 300 microns of silicon deposited on an electrode matrix so as to materialize the pixels. Each pixel is connected to an electronic circuit making it possible to produce an energy spectrum.
Bien que la figure 4 de ce dernier document montre que l'on peut réaliser des spectres en énergie d'un rayonnement reçu à des énergies voisines de 60 keV, les inventeurs estiment qu'avec des matériaux comportant des éléments chimiques lourds, c'est-à-dire dont le numéro atomique est supérieur à celui de l'or, du plomb, voire de l'uranium, un détecteur Timepix ne peut produire un signal dont les caractéristiques sont satisfaisantes tant d'un point de vue de la sensibilité que de la résolution en énergie. Although FIG. 4 of the latter document shows that it is possible to produce energy spectra of a radiation received at energies close to 60 keV, the inventors believe that with materials containing heavy chemical elements, it is the atomic number of which is greater than that of gold, lead, or even uranium, a Timepix detector can not produce a signal whose characteristics are satisfactory both from a point of view of the sensitivity and of the resolution in energy.
EXPOSÉ DE L ' INVENTION STATEMENT OF THE INVENTION
La présente invention a justement comme but de proposer un dispositif d'imagerie par fluorescence X qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci- dessus à savoir qui ne nécessite pas de déplacement de la source d'excitation par rapport au détecteur, qui ne nécessite pas de connaissance au préalable des éléments chimiques contenus dans l'objet à imager et qui donne une image satisfaisante. The object of the present invention is precisely to propose an X-ray fluorescence imaging device which does not have the disadvantages mentioned above, ie which does not require displacement of the excitation source with respect to the detector, which does not requires no prior knowledge of the chemical elements contained in the object to be imaged and which gives a satisfactory image.
Pour y parvenir, la présente invention utilise un détecteur à pixels pour détecter un rayonnement émis par un objet irradié par un faisceau interrogateur émis par une source d'excitation, ce détecteur à pixels intégrant une fonction de sélection en énergie du rayonnement détecté, et fournissant un signal d'image relatif au rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. Le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation et détecté par le détecteur à pixels ne subit aucun tri en longueurs d'ondes entre son émission et son acquisition par le détecteur à pixels. Le fait d'utiliser un détecteur à pixels permet d'éviter le mouvement relatif entre lui- même et la source d'excitation. In order to achieve this, the present invention uses a pixel detector to detect radiation emitted by an object irradiated by an interrogating beam emitted by an excitation source, this pixel detector integrating a function for selecting energy from the detected radiation, and providing an image signal relative to the detected radiation in a given energy band. The radiation emitted by the object under the effect of the irradiation and detected by the pixel detector does not undergo any sorting in wavelengths between its emission and its acquisition by the pixel detector. Using a pixel detector avoids the relative movement between itself and the excitation source.
Plus précisément, la présente invention est relative à un dispositif d'imagerie de fluorescence X comportant au moins une source d'excitation apte à émettre un faisceau interrogateur vers un objet à imager de manière à ce que l'objet émette un rayonnement conséquence de l'interaction entre le faisceau interrogateur et l'objet, ce rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation incluant un rayonnement X de fluorescence, un dispositif générateur d'images muni d'un détecteur destiné à détecter le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, un collimateur en amont du détecteur pour limiter son champ d'observation. Selon l'invention, le détecteur est un détecteur à pixels dont les pixels sont destinés à réaliser une fonction de sélection en énergie du rayonnement détecté et à fournir un signal d'image relatif au rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. More specifically, the present invention relates to an X-ray fluorescence imaging device comprising at least one excitation source able to emit an interrogating beam towards an object to be imaged so that the object emits a radiation that is a consequence of the interaction between the interrogating beam and the object, the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation including fluorescence X-ray, an image generating device provided with a detector for detecting the emitted radiation by the object under the effect of irradiation, a collimator upstream of the detector to limit its field of view. According to the invention, the detector is a pixel detector whose pixels are intended to perform a function of energy selection of the detected radiation and to provide an image signal relative to the radiation detected in a given energy band.
La fonction de sélection en énergie peut être un seuillage en énergie, un fenêtrage en énergie ou encore plus avantageusement même une spectrométrie en énergie. The energy selection function can be energy thresholding, energy windowing or even more advantageously even energy spectrometry.
Le collimateur peut être un collimateur à masque codé, ce qui permet d'améliorer la sensibilité et conduit à un meilleur rapport sur bruit, ou un collimateur à canaux parallèles notamment si l'objet est proche du détecteur à pixels, ou un collimateur à sténopé, ce dernier ayant une profondeur de champ infinie. The collimator may be a coded mask collimator, which makes it possible to improve the sensitivity and leads to a better noise ratio, or a parallel channel collimator, especially if the object is close to the pixel detector, or a pinhole collimator. , the latter having an infinite depth of field.
La source d' excitation peut être un tube à rayons X, une source radioactive, un canon à électrons ou un canon à ions . The excitation source may be an X - ray tube, a radioactive source, an electron gun or an ion gun.
Le dispositif générateur d'images peut comporter en outre dispositif d'affichage du signal d'image, ce signal d'image étant éventuellement traité par un dispositif de traitement d'images. The image generating device may furthermore comprise a device for displaying the image signal, this image signal possibly being processed by an image processing device.
Le détecteur à pixels peut comporter un scintillateur en amont d'un dispositif à transfert de charges, par exemple de type CCD ou d'un dispositif à transistors CMOS, le scintillateur devant convertir le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation qui l'atteint en un signal lumineux délivré au dispositif à transfert de charges ou au dispositif à transistors CMOS. Le détecteur à pixels peut comporter, en outre, un tube intensificateur d'images disposé entre le scintillateur et le dispositif à transfert de charges ou le dispositif à transistors CMOS et éventuellement un faisceau de fibres optiques reliant le tube intensificateur d'images au dispositif à transfert de charges ou au dispositif à transistors CMOS . The pixel detector may comprise a scintillator upstream of a charge transfer device, for example of the CCD type or of a device with CMOS transistors, the scintillator having to convert the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation which reaches it in a light signal delivered to the charge transfer device or to the CMOS transistor device. The pixel detector may further comprise an image intensifier tube disposed between the scintillator and the charge transfer device or the CMOS transistor device and optionally a bundle of optical fibers connecting the image intensifier tube to the device. charge transfer or to the device with CMOS transistors.
Dans un autre mode de réalisation, le détecteur à pixels peut comporter des détecteurs élémentaires à semi-conducteurs indépendants destinés à détecter le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation et reliés à un circuit intégré de lecture . In another embodiment, the pixel detector may comprise independent semiconductor elementary detectors for detecting the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation and connected to an integrated reading circuit.
Encore dans un autre mode de réalisation, le détecteur à pixels peut comporter un matériau semiconducteur monolithique destiné à détecter le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, et relié à un circuit électronique de lecture, généralement matriciel, définissant les pixels . In yet another embodiment, the pixel detector may comprise a monolithic semiconductor material for detecting the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation, and connected to a reading circuit, generally matrix, defining the pixels.
On peut prévoir en outre un blindage entre la source d'excitation et le dispositif générateur d' images . In addition, shielding may be provided between the excitation source and the image generating device.
La source d'excitation peut être équipée d'un collimateur qui définit un axe du faisceau interrogateur . The excitation source may be equipped with a collimator which defines an axis of the interrogator beam.
Le collimateur, disposé en amont du détecteur à pixels définit un axe de collimation du détecteur à pixels. Ce collimateur délimite l'angle solide de détection du détecteur. L'axe du faisceau interrogateur et l'axe de collimation étant préférentiellement par un angle de l'ordre de 150° pour réduire la composante de diffusion Compton dans le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. The collimator disposed upstream of the pixel detector defines a collimation axis of the pixel detector. This collimator defines the solid detection angle of the detector. The axis of the interrogating beam and the collimation axis being preferably at an angle of the order of 150 ° to reduce the Compton scattering component in the radiation emitted by the object under the effect of irradiation.
Le dispositif peut comporter en outre une caméra auxiliaire associée au dispositif générateur d'images, apte à prendre une image visible d'une zone de l'objet observée par le détecteur à pixels. The device may further comprise an auxiliary camera associated with the image-generating device, able to take a visible image of an area of the object observed by the pixel detector.
Un prisme de séparation du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation d'un rayonnement visible provenant de l'objet peut être utilisé, ce prisme étant placé sur le chemin emprunté par le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation vers le détecteur à pixels. A separation prism of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation of visible radiation from the object can be used, this prism being placed on the path taken by the radiation emitted by the object under the effect of irradiation to the pixel detector.
La présente invention concerne également un procédé d' imagerie de fluorescence X, consistant : The present invention also relates to an X-ray fluorescence imaging method, comprising:
à irradier un objet à imager par un faisceau interrogateur émis par une source d'excitation, irradiating an object to be imaged by an interrogating beam emitted by an excitation source,
à faire détecter un rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation par un détecteur à pixels d'un dispositif générateur d'images, après traversée d'un collimateur, ce détecteur à pixels possédant une fonction de sélection en énergie du rayonnement détecté, et to detect radiation emitted by the object under the effect of irradiation by a pixel detector of an image-generating device, after passing through a collimator, this pixel detector having an energy selection function detected radiation, and
à faire fournir, par chacun de plusieurs pixels du détecteur à pixels, un signal d'image relatif au rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. to provide, by each of several pixels of the pixel detector, an image signal relative to the detected radiation in a given energy band.
La détection du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation se fait de préférence sensiblement simultanément à l'irradiation de l'objet avec le faisceau interrogateur. The detection of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation is made of preferably substantially simultaneously with the irradiation of the object with the interrogator beam.
La sélection en énergie peut être un seuillage en énergie, un fenêtrage en énergie ou une spectrométrie en énergie. Energy selection can be energy thresholding, energy windowing, or energy spectrometry.
Le procédé peut comporter en outre l'identification d'un élément chimique à partir du rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. The method may further include identifying a chemical element from the detected radiation in a given energy band.
Lorsque la sélection en énergie est une spectrométrie, les pixels fournissent un signal d'image spectral, le procédé comporte également une étape de détection de pic dans chaque signal d'image spectral. When the energy selection is spectrometry, the pixels provide a spectral image signal, the method also includes a peak detection step in each spectral image signal.
Pour identifier un élément chimique de l'objet le procédé peut comporter lorsque la sélection en énergie est une spectrométrie, une comparaison de l'énergie de chaque pic avec l'énergie de fluorescence X d'éléments chimiques connus. To identify a chemical element of the object, the method may comprise when the energy selection is a spectrometry, a comparison of the energy of each peak with the X-ray fluorescence energy of known chemical elements.
Le procédé peut comprendre de plus l'affichage de l'intensité du rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. The method may further include displaying the intensity of the detected radiation in a given energy band.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given, purely by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
la figure 1 illustre schématiquement un dispositif d'imagerie par fluorescence X objet de 1 ' invention ; FIG. 1 schematically illustrates an X-ray fluorescence imaging device according to the invention;
les figures 2A, 2B montrent différentes variantes pour le collimateur ; la figure 3 illustre, dans un dispositif d'imagerie selon l'invention un dispositif générateur d' images associé à une caméra auxiliaire avec un prisme de séparation du rayonnement de fluorescence X ; Figures 2A, 2B show different variants for the collimator; FIG. 3 illustrates, in an imaging device according to the invention, an image generating device associated with an auxiliary camera with a separation prism of the X-ray fluorescence radiation;
la figure 4 illustre un dispositif générateur d'images du dispositif d'imagerie selon l'invention avec un détecteur à pixels d'images apte à acquérir aussi bien des images de fluorescence X que des images visibles ; FIG. 4 illustrates an image-generating device of the imaging device according to the invention with an image pixel detector capable of acquiring both X-ray fluorescence images and visible images;
les figures 5A, 5B, 5C, 5D, 5E montrent différentes variantes du détecteur à pixels ; FIGS. 5A, 5B, 5C, 5D, 5E show different variants of the pixel detector;
les figures 6A, 6B, 6C illustrent respectivement la fonction de seuillage en énergie, de fenêtrage en énergie et de spectrométrie en énergie. FIGS. 6A, 6B, 6C respectively illustrate the function of energy thresholding, windowing energy and energy spectrometry.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Identical, similar or equivalent parts of the different figures bear the same numerical references so as to facilitate the passage from one figure to another.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles . The different parts shown in the figures are not necessarily in a uniform scale, to make the figures more readable.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
On se réfère à la figure 1 qui montre un exemple de dispositif d'imagerie de fluorescence X objet de l'invention. Il comporte une source d'excitation 1 apte à émettre un faisceau interrogateur 2 en direction d'un objet 3 à imager et à caractériser. La source d'excitation 1 est équipée d'un collimateur (non référencé) qui définit un axe 2.1 du faisceau interrogateur 2, le faisceau interrogateur se propage selon cet axe 2.1. On a employé le terme « objet » dans un sens général, à savoir tout ce qui, animé ou inanimé, affecte les sens, principalement la vue. Referring to Figure 1 which shows an example of X-ray fluorescence imaging device object of the invention. It comprises an excitation source 1 able to emit an interrogating beam 2 towards an object 3 to be imaged and characterized. The excitation source 1 is equipped with a collimator (not referenced) which defines an axis 2.1 of the beam interrogator 2, the interrogating beam propagates along this axis 2.1. The term "object" has been used in a general sense, namely everything that, whether animate or inanimate, affects the senses, mainly sight.
Le faisceau interrogateur 2 est capable d' interagir avec la matière de l'objet 3 de manière à l'exciter afin qu'il émette un rayonnement ionisant 4, dit rayonnement émis par l'objet sous l'effet d'une irradiation par le faisceau interrogateur 2. Ce rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet d'une irradiation possède une composante de fluorescence et une composante de diffusion inélastique comme on l'a déjà mentionné précédemment. Ce rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation peut n'être émis que par une région z de l'objet 3, seule cette région z ayant été irradiée par le faisceau interrogateur 2. Le faisceau interrogateur 2 peut être un faisceau de rayons X ou gamma, un faisceau d'électrons ou un faisceau d'ions. Il peut être poly énergétique, c'est- à-dire véhiculer plusieurs longueurs d'ondes et pas une seule, et ce sera notamment le cas lorsque la source d'excitation 1 est un générateur de rayons X. The interrogating beam 2 is capable of interacting with the material of the object 3 so as to excite it so that it emits ionizing radiation 4, said radiation emitted by the object under the effect of an irradiation by the interrogator beam 2. This radiation 4 emitted by the object under the effect of irradiation has a fluorescence component and an inelastic scattering component as already mentioned above. This radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation can be emitted only by a region z of the object 3, only this region z having been irradiated by the interrogating beam 2. The interrogating beam 2 can be an X-ray or gamma ray beam, an electron beam or an ion beam. It can be poly energetic, that is to say convey several wavelengths and not one, and this will be the case when the excitation source 1 is an X-ray generator.
La source d' excitation 1 peut être un générateur de rayons X comme on vient de l'affirmer, mais d'autres variantes existent. Elle peut être par notamment une source radioactive par exemple au 57Co, un canon à électrons ou un canon à ions. The excitation source 1 may be an X-ray generator as has just been asserted, but other variants exist. It can be for example a radioactive source for example at 57 Co, an electron gun or an ion gun.
Le rayonnement 4 émis par l'objet 3 sous l'effet de l'irradiation, est dirigé vers un dispositif générateur d'images 5 apte à détecter des rayons X. Le dispositif générateur d'images 5 comporte un détecteur à pixels 5.1, qui dans cet exemple, comporte une partie sensible 5.10 au rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. Cette partie sensible 5.10 peut être formée d'une pluralité de détecteurs élémentaires 5.13 indépendants sensibles au rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, ces détecteurs élémentaires 5.13 forment les pixels. Ils coopèrent avec un circuit électronique de lecture 5.11. Le dispositif générateur d'images 5 peut comporter de plus, un circuit de traitement d'images 5.2 relié en sortie du détecteur à pixels 5.1, c'est-à-dire relié au circuit électronique de lecture 5.11 et un dispositif d'affichage 5.3 relié au circuit de traitement d'images 5.2. The radiation 4 emitted by the object 3 under the effect of the irradiation is directed towards an image generating device 5 capable of detecting X-rays. The image-generating device 5 comprises a detector at 5.1 pixels, which in this example, has a sensitive portion 5.10 radiation 4 emitted by the object under the effect of irradiation. This sensitive portion 5.10 may be formed of a plurality of independent elementary detectors 5.13 sensitive to radiation 4 emitted by the object under the effect of irradiation, these elementary detectors 5.13 form the pixels. They cooperate with an electronic reading circuit 5.11. The image generating device 5 may further comprise an image processing circuit 5.2 connected at the output of the pixel detector 5.1, that is to say connected to the electronic reading circuit 5.11 and a display device 5.3. connected to the image processing circuit 5.2.
Le détecteur à pixels 5.1 peut prendre plusieurs configurations, comme on le verra par la suite . The 5.1 pixel detector can take several configurations, as will be seen later.
Le dispositif générateur d'images 5 est destiné à fournir pour chacun de ses pixels, un signal d'image correspondant à un rayonnement qu'il détecte dans une bande d'énergie donnée. Le rayonnement détecté provient du rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation atteignant le détecteur à pixels 5.1. Le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation est exempt d'un filtrage en longueur d'onde entre son émission par l'objet 3 et sa détection par le détecteur à pixels 5.1 du dispositif générateur d'images 5. Le dispositif générateur d'images 5 permet d'obtenir, pour une pluralité de pixels 5.13, un signal dit d'image correspondant à l'intensité du rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. Autrement dit le détecteur à pixels 5.1 permet d'obtenir une image du rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée, d'où l'emploi de l'expression générateur d'images. Par image, on entend une matrice de pixels, chaque pixel 5.13 délivrant une information spatialement résolue, relative au rayonnement détecté provenant d'une zone élémentaire de l'objet observé. The image generating device 5 is intended to provide for each of its pixels, an image signal corresponding to a radiation that it detects in a given energy band. The detected radiation comes from the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation reaching the detector with pixels 5.1. The radiation emitted by the object under the effect of the irradiation is free of wavelength filtering between its emission by the object 3 and its detection by the pixel detector 5.1 of the image generator device 5 The image-generating device 5 makes it possible to obtain, for a plurality of pixels 5.13, an image signal corresponding to the intensity of the radiation detected in a given energy band. In other words the 5.1 pixel detector makes it possible to obtain an image of the radiation detected in a given energy band, hence the use of the expression image generator. By image is meant a matrix of pixels, each pixel 5.13 delivering a spatially resolved information, relating to the detected radiation from an elementary zone of the observed object.
Selon l'invention, le détecteur à pixels 5.1 intègre donc une fonction de sélection en énergie. On combine alors une information spatialement résolue, mais également spectralement résolue, c'est-à-dire résolue en énergie. Ce n'est plus un dispositif mécanique additionnel qui effectue cette fonction comme dans l'art antérieur. Ainsi, on n'a plus besoin de connaître à l'avance les différents éléments chimiques à détecter. Cette fonction de sélection en énergie s'applique à chacun des pixels mais seuls certains pixels peuvent l'utiliser à un moment donné. Cette fonction de sélection en énergie signifie que le détecteur à pixels est apte à délivrer un signal d'image relatif à l'énergie du rayonnement qu'il détecte dans au moins une bande d'énergie donnée. According to the invention, the 5.1 pixel detector therefore integrates a power selection function. We then combine information spatially resolved, but also spectrally resolved, that is to say resolved in energy. It is no longer an additional mechanical device that performs this function as in the prior art. Thus, it is no longer necessary to know in advance the different chemical elements to be detected. This energy selection function applies to each of the pixels but only certain pixels can use it at a given moment. This energy selection function means that the pixel detector is capable of delivering an image signal relative to the energy of the radiation that it detects in at least one given energy band.
Ainsi on peut acquérir simultanément le rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation par le faisceau interrogateur grâce à une pluralité de pixels 5.13 du détecteur à pixels 5.1. Avantageusement le détecteur à pixels 5.1 comporte plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de pixels 5.13. Chacun de ces pixels 5.13 est associé à une surface élémentaire de l'objet 3 irradié, de façon à délivrer une information spatialement résolue. Ainsi on peut obtenir simultanément l'intensité du rayonnement émis par l'objet 3 sous l'effet de l'irradiation dans une plage d'énergie donnée. La résolution spatiale du dispositif générateur d' images 5 est déterminée par la surface élémentaire de l'objet 3 vue par un seul pixel 5.13. Il n'est pas nécessaire ni de déplacer la source d'excitation 1, ni le détecteur à pixels 5.1, ni l'objet 3 pour obtenir une information spatialement résolue du rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. Thus one can simultaneously acquire the radiation 4 emitted by the object under the effect of irradiation by the interrogator beam through a plurality of pixels 5.13 of the 5.1 pixel detector. Advantageously, the pixel detector 5.1 comprises several tens, or even several hundreds, or even several thousand pixels 5.13. Each of these pixels 5.13 is associated with an elementary surface of the irradiated object 3, so as to deliver information spatially resolved. Thus one can simultaneously obtain the intensity of the radiation emitted by the object 3 under the effect of the irradiation in a given energy range. The spatial resolution of the image generating device 5 is determined by the elementary surface of the object 3 seen by a single pixel 5.13. It is not necessary to move the excitation source 1, nor the 5.1 pixel detector, nor the object 3 to obtain spatially resolved information of the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation .
On peut s'arranger pour les pixels 5.13 du détecteur à pixels 5.1 délivrent simultanément un signal d'image relatif à l'intensité du rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation dans une même bande d'énergie. On peut parler d'image du rayonnement 4 émis par l'objet associée à ladite bande d'énergie. Ainsi, si l'objet 3 comporte un élément, dont l'énergie de fluorescence X est située dans cette bande d'énergie, les pixels 5.13 du détecteur à pixels 5.1 correspondant à la position de cet élément dans l'objet 3 détectent un signal plus intense que les autres pixels. Lorsque l'on met en œuvre le générateur d'images 5, on peut réaliser au niveau de son détecteur à pixels 5.1 un balayage en énergie, en faisant varier la bande d'énergie associée à l'image de rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. On obtient alors autant d'images que de bandes d'énergie. It is possible to arrange for the pixels 5.13 of the 5.1 pixel detector to simultaneously deliver an image signal relating to the intensity of the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation in the same energy band. One can speak of image of the radiation 4 emitted by the object associated with said energy band. Thus, if the object 3 comprises an element whose X-ray fluorescence energy is located in this energy band, the pixels 5.13 of the pixel detector 5.1 corresponding to the position of this element in the object 3 detect a signal more intense than the other pixels. When implementing the image generator 5, it is possible to realize at its pixel detector 5.1 a scanning energy, by varying the energy band associated with the radiation image 4 emitted by the object under the effect of irradiation. We then obtain as many images as bands of energy.
Le détecteur à pixels 5.1 possède un axe de visée 6 qui est sensiblement perpendiculaire à un plan, dit plan d'entrée, par lequel le rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation atteint la partie sensible 5.10 du détecteur à pixels 5.1. The 5.1 pixel detector has a line of sight 6 which is substantially perpendicular to a plane, called the input plane, through which the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation reaches the sensitive part 5.10 of the pixel detector 5.1.
Le détecteur à pixels 5.1 et la source d'excitation 1 ainsi qu'éventuellement l'objet 3 peuvent être statiques les uns par rapport aux autres, ce qui simplifie le montage des différents constituants du dispositif d'imagerie les uns par rapport aux autres . The 5.1 pixel detector and the excitation source 1 as well as possibly the object 3 can be static with respect to each other, which simplifies the assembly of the different components of the imaging device with respect to each other.
On place un collimateur 8 en amont du détecteur à pixels 5.1 et donc de la partie sensible 5.10 dudit détecteur à pixels. La notion d'amont et d' aval se base sur le sens de propagation du rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. Le rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation atteignant la partie sensible 5.10 du détecteur à pixels 5.1 a donc traversé le collimateur 8. Le collimateur 8 définit un axe de collimation du détecteur à pixels qui est sensiblement confondu avec l'axe de visée 6 du détecteur à pixels. Le collimateur 8 délimite le champ d'observation du détecteur à pixels 5.1, ce champ d'observation s'étend autour de l'axe de visée 6. Le collimateur 8 délimite un angle solide du détecteur à pixels 5.1, cet angle solide s' étendant autour de l'axe de collimation 6. Cet angle solide est nommé Θ sur la figure 2B. A collimator 8 is placed upstream of the pixel detector 5.1 and therefore of the sensitive part 5.10 of said pixel detector. The concept of upstream and downstream is based on the direction of propagation of radiation 4 emitted by the object under the effect of irradiation. The radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation reaching the sensitive part 5.10 of the pixel detector 5.1 has thus passed through the collimator 8. The collimator 8 defines a collimation axis of the pixel detector which is substantially merged with the line of sight 6 of the pixel detector. The collimator 8 delimits the field of view of the pixel detector 5.1, this field of view extends around the line of sight 6. The collimator 8 delimits a solid angle of the pixel detector 5.1, this solid angle s' extending around the collimation axis 6. This solid angle is named Θ in FIG. 2B.
Le collimateur 8 peut être un collimateur à canaux parallèles comme illustré sur la figure 1. Dans ce cas, on le dispose de préférence à proximité de l'objet 3 et du détecteur à pixels 5.1. La distance entre le détecteur à pixels 5.1 et le collimateur 8 doit être selon cette configuration, inférieure à environ 1 ou 2 centimètres, la distance entre le collimateur 8 et l'objet 3 étant également limitée à quelques centimètres, si l'on souhaite obtenir une information spatialement résolue, ce qui peut apparaître comme une contrainte. The collimator 8 may be a collimator with parallel channels as shown in FIG. 1. In this case, it is preferably located close to the object 3 and the pixel detector 5.1. The distance between the pixel detector 5.1 and the collimator 8 must be in this configuration, less than approximately 1 or 2 centimeters, the distance between the collimator 8 and the object 3 being also limited to a few centimeters, if it is desired to obtain a spatially resolved information, which may appear as a constraint.
En variante, on pourrait utiliser un collimateur 8 à masque codé comme illustré sur la figure 2A, ce qui permet d'améliorer la sensibilité et conduit à un meilleur rapport sur bruit au détriment d'un algorithme de déconvolution plus complexe. Alternatively, a masked mask collimator 8 as illustrated in FIG. 2A could be used, which makes it possible to improve the sensitivity and leads to a better noise ratio at the expense of a more complex deconvolution algorithm.
Encore une autre variante serait d'utiliser un collimateur 8 à sténopé comme illustré sur la figure 2B. Cela offre l'avantage d'une profondeur de champ très importante, une simplicité de conception ainsi qu'un angle solide Θ permettant l'observation d'objets de surface importante. D'une façon générale, un collimateur à sténopé se présente sous la forme d'un trou de faible diamètre, généralement compris entre quelques centaines de micromètres et quelques millimètres, dans un matériau dense. De tels collimateurs sont usuellement utilisés dans des gamma caméras destinées à l'observation de sources irradiantes, comme par exemple celui décrit dans la demande de brevet EP 0 425 333. Yet another variant would be to use a pinhole collimator 8 as shown in FIG. 2B. This offers the advantage of a very large depth of field, a simplicity of design as well as a solid angle Θ allowing the observation of important surface objects. In general, a pinhole collimator is in the form of a small diameter hole, generally between a few hundred micrometers and a few millimeters, in a dense material. Such collimators are usually used in gamma cameras intended for the observation of irradiating sources, for example that described in the patent application EP 0 425 333.
Le dispositif générateur d'images 5 va fournir une image 7 de la région irradiée z se trouvant dans le champ d'observation du détecteur à pixels 5.1. Cette image permet d'obtenir des informations sur les éléments chimiques présents dans l'intersection entre l'angle solide du détecteur à pixels et la partie irradiée de l'objet. Précisons qu'il s'agit des éléments chimiques se trouvant en surface mais aussi en profondeur dans l'objet 3. La profondeur dépend de l'énergie du faisceau interrogateur 2. L'image permet de mettre en évidence l'agencement de zones fluorescentes, dans une énergie donnée, de la région irradiée z de l'objet 3 incluses dans le champ d'observation du détecteur à pixels 5.1. The image generating device 5 will provide an image 7 of the irradiated region z in the field of view of the pixel detector 5.1. This image makes it possible to obtain information on the chemical elements present in the intersection between the solid angle of the pixel detector and the irradiated part of the object. It should be noted that these are The depth depends on the energy of the interrogator beam 2. The image makes it possible to highlight the arrangement of fluorescent zones, in a given energy, of the irradiated region z of the object 3 included in the field of view of the pixel detector 5.1.
On a intérêt à prévoir un blindage 9 placé à proximité du collimateur 8 d'épaisseur suffisante de manière à limiter l'influence du faisceau interrogateur 2 sur le détecteur à pixels 5.1 ou à limiter d'éventuels effets de diffusion. Il peut être réalisé par exemple à base de plomb et/ou de tungstène ou d'autres matériaux arrêtant les rayons X. It is advantageous to provide a shield 9 placed close to the collimator 8 of sufficient thickness so as to limit the influence of the interrogator beam 2 on the pixel detector 5.1 or to limit any diffusion effects. It may be made for example of lead and / or tungsten or other X-ray arresting materials.
On peut prévoir d'associer le dispositif générateur d'images 5 avec une caméra auxiliaire 10 sensible à la lumière visible apte à acquérir une image visible de l'objet 3 à imager ou tout du moins une image visible de la zone observée par le détecteur à pixels 5.1. On a représenté avec la référence 10.1 sur la figure 3, un rayonnement visible qui atteint la caméra auxiliaire 10. It can be provided to associate the image generating device 5 with an auxiliary camera 10 sensitive to visible light capable of acquiring a visible image of the object 3 to be imaged or at least a visible image of the area observed by the detector to pixels 5.1. With the reference 10.1 in FIG. 3, visible radiation is shown which reaches the auxiliary camera 10.
Cette caméra auxiliaire 10 peut être une caméra couleur ou noir et blanc. Elle peut être solidarisée au dispositif générateur d'images 5. Elle aura de préférence un axe optique 11 qui est sensiblement parallèle à l'axe de visée ou de collimation 6 du détecteur à pixels 5.1. On peut prévoir dans circuit de traitement d'images 5.2 une correction de parallaxe informatique, après une étape de calibration, entre le détecteur à pixels 5.1 et la caméra auxiliaire 10. En variante, il est possible de prévoir un prisme de séparation 12 pour effectuer cette correction de parallaxe comme on l'a représenté sur la figure 3. Le prisme de séparation 12 est placé sur le chemin du rayonnement 4 émis par l'objet 3 sous l'effet de l'irradiation, en amont du détecteur à pixels 5.1 et de la caméra auxiliaire 10. Il est transparent vis-à- vis du rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, qui alors n'est pas dévié et peut atteindre le dispositif générateur d'images 5. Par contre il dévie le rayonnement visible 10.1 qui va être détecté par la caméra auxiliaire 10. This auxiliary camera 10 may be a color or black and white camera. It may be secured to the image generating device 5. It will preferably have an optical axis 11 which is substantially parallel to the line of sight or collimation 6 of the pixel detector 5.1. In the image processing circuit 5.2, a computer parallax correction can be provided, after a calibration step, between the pixel detector 5.1 and the As a variant, it is possible to provide a separation prism 12 to perform this parallax correction as shown in FIG. 3. The separation prism 12 is placed on the path of the radiation 4 emitted by the object 3 under the effect of the irradiation, upstream of the detector with pixels 5.1 and the auxiliary camera 10. It is transparent vis-à-vis the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation , which then is not deflected and can reach the image generator device 5. On the other hand, it deflects the visible radiation 10.1 which will be detected by the auxiliary camera 10.
En variante comme illustré sur la figure 4, on peut envisager que ce soit directement le détecteur à pixels 5.1 du dispositif générateur d'images 5 qui soit apte à acquérir des images visibles, notamment en noir et blanc de l'objet. Dans ce cas, la partie sensible 5.10 est aussi sensible à la lumière visible. On prévoit un obturateur mécanique 13 escamotable, placé en position non escamotée en amont de la partie sensible 5.10 pour empêcher la lumière visible réfléchie par l'objet d'atteindre la partie sensible 5.10. Cet obturateur mécanique 13 laisse passer le rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. Cet obturateur mécanique 13 se trouve de préférence en aval du collimateur 8. Lorsqu'il est en position escamotée, l'image acquise par le détecteur à pixels 5.1 est une image visible et lorsqu'il est en position non escamotée, l'image acquise par le détecteur à pixels 5.1 est une image du rayonnement détecté par le détecteur à pixels. La partie sensible 5.10 du détecteur à pixels 5.1 peut être réalisée par un dispositif à transfert de charges, par exemple à CCD, ou à transistors CMOS 14 éventuellement recouvert d'un scintillateur 15, par exemple en iodure de césium, comme illustré sur la figure 5A. Dans ce cas, un circuit de lecture est intégré à chaque pixel du dispositif à pixels. Ce circuit de lecture délivre des signaux d'image au dispositif d'affichage. Le circuit de lecture n'est pas référencé et les pixels ne sont pas différenciés. Alternatively as illustrated in Figure 4, it is conceivable that it is directly the pixel detector 5.1 of the image generator device 5 is able to acquire visible images, including black and white of the object. In this case, the sensitive part 5.10 is also sensitive to visible light. A retractable mechanical shutter 13 is provided, placed in a non-retracted position upstream of the sensitive portion 5.10 to prevent the visible light reflected by the object from reaching the sensitive portion 5.10. This mechanical shutter 13 passes the radiation 4 emitted by the object under the effect of irradiation. This mechanical shutter 13 is preferably located downstream of the collimator 8. When it is in the retracted position, the image acquired by the pixel detector 5.1 is a visible image and when it is in the non-retracted position, the acquired image by the 5.1 pixel detector is an image of the radiation detected by the pixel detector. The sensitive part 5.10 of the pixel detector 5.1 can be made by a charge transfer device, for example CCD, or CMOS transistor 14 possibly covered with a scintillator 15, for example cesium iodide, as shown in FIG. 5A. In this case, a read circuit is integrated with each pixel of the pixel device. This read circuit delivers image signals to the display device. The read circuit is not referenced and the pixels are not differentiated.
Le dispositif à CCD ou à transistors CMOS est de préférence matriciel. Dans ce contexte un dispositif matriciel comporte plusieurs sites sensibles, les pixels, agencés en matrice ou en barrette . The CCD or CMOS transistor device is preferably matrix. In this context a matrix device comprises several sensitive sites, the pixels, arranged in matrix or bar.
Le scintillateur 15 convertit le rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation en un signal lumineux et le dispositif matriciel à CCD ou à transistors CMOS formé d'une pluralité de sites sensibles, dans ce cas des photosites, généralement des photodiodes, convertit le signal lumineux en des signaux électriques d' image destinés à être affiché par le dispositif d'affichage 5.3 après traitement éventuel dans le dispositif de traitement 5.2, si le dispositif d'affichage et le dispositif de traitement sont prévus. Ce sont ces signaux électriques d' image qui portent la sélection en énergie, le rayonnement 4 émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation lorsqu'il atteint le détecteur à pixels 5.1 n'a pas subi de sélection en énergie, ce qui n'était pas le cas dans l'art antérieur. The scintillator 15 converts the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation into a light signal and the CCD or CMOS transistor matrix device formed of a plurality of sensitive sites, in this case photosites, generally photodiodes, converts the light signal into electrical image signals to be displayed by the display device 5.3 after possible processing in the processing device 5.2, if the display device and the processing device are provided. It is these electrical image signals that carry the energy selection, the radiation 4 emitted by the object under the effect of the irradiation when it reaches the detector at 5.1 pixels did not undergo energy selection, which was not the case in the prior art.
Un tel détecteur à pixels 5.1 est particulièrement simple, mais souffre toutefois d'un inconvénient à cause du dispositif matriciel à CCD ou à transistors CMOS. Il ne permet pas de prévoir une fonction de spectrométrie, c'est-à-dire qu'il ne permet pas de connaître, pour un photosite donné, le nombre de photons ionisants reçus à une énergie donnée. L'image obtenue renseigne spatialement sur le nombre de photons ionisants reçus, c'est-à-dire sur l'intensité du rayonnement détecté à partir du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation et c'est le circuit de lecture intégré qui va effectuer la fonction de sélection en énergie qui peut alors être de type seuillage ou fenêtrage comme on va l'expliquer plus loin . Such a 5.1 pixel detector is particularly simple, but suffers however from a disadvantage because of the CCD matrix device or CMOS transistors. It does not allow to provide a spectrometric function, that is to say that it does not allow to know, for a given photosite, the number of ionizing photons received at a given energy. The image obtained provides spatially information on the number of ionizing photons received, that is to say on the intensity of the radiation detected from the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation and this is the integrated reading circuit which will perform the energy selection function which can then be thresholding or windowing type as will be explained later.
Afin de réduire la composante de diffusion du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, il est possible d'ajuster l'angle entre l'axe 2.1 du faisceau interrogateur 2 et l'axe de collimation 6 du le détecteur à pixels 5.1. Cet angle peut valoir par exemple environ 150°. In order to reduce the diffusion component of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation, it is possible to adjust the angle between the axis 2.1 of the interrogating beam 2 and the collimation axis 6 of the pixel detector 5.1. This angle may be for example about 150 °.
En variante illustrée à la figure 5B, le détecteur à pixels 5.1 pourra comporter une cascade avec, dans cet ordre, depuis le collimateur 8, un scintillateur 15, un tube intensificateur d'images 16 et un dispositif de type CCD ou à transistors CMOS 14. Le tube intensificateur d'images 16 a pour rôle d'amplifier le signal lumineux délivré par le scintillateur 15. Un faisceau de fibres optiques 17 (taper en anglais) peut relier le tube intensificateur d'images 16 au dispositif matriciel de type CCD ou à transistors CMOS 14. Cette configuration permet d'obtenir un signal d'image relatif à l'intensité du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation dans une bande d'énergie bornée dont on peut établir à la fois les énergies maximum et minimum. As a variant illustrated in FIG. 5B, the pixel detector 5.1 may comprise a cascade with, in this order, from the collimator 8, a scintillator 15, an image intensifier tube 16 and a CCD or CMOS transistor device 14 The image intensifier tube 16 serves to amplify the light signal delivered by the scintillator 15. A bundle of optical fibers 17 (typing in English) can connect the image intensifier tube 16 to the CCD or CMOS transistor type device 14. This configuration makes it possible to obtain an image signal relating to the intensity of the radiation emitted by the object under the effect of irradiation in a bounded energy band whose maximum and minimum energies can be established.
De manière préférée, pour examiner le rayonnement de fluorescence et notamment le rayonnement issu de transitions vers les couches K d'éléments chimiques lourds, le détecteur à pixels 5.1 est réalisé dans un matériau semi-conducteur permettant la détection de photons ionisants dont l'énergie dépasse quelques keV, voire quelques dizaines de keV. Notamment pour le plomb, on obtient des énergies supérieures à environ 70 keV. En dépit d'une résolution en énergie inférieure à celle d'un détecteur germanium, on préférera l'utilisation d'un matériau détecteur utilisable à température ambiante. Preferably, to examine the fluorescence radiation and in particular the radiation resulting from transitions to the K layers of heavy chemical elements, the pixel detector 5.1 is made of a semiconductor material for the detection of ionizing photons whose energy exceeds a few keV, even a few dozen keV. In particular for lead, energies higher than about 70 keV are obtained. In spite of a lower energy resolution than that of a germanium detector, it will be preferred to use a detector material that can be used at room temperature.
Ce matériau semi-conducteur est par exemple du tellurure de cadmium CdTe, du tellurure de cadmium dopé au zinc CdZnTe, de l'iodure de mercure Hgl2. Ces matériaux sont connus pour leurs propriétés spectrométriques à température ambiante. En alternative aux détecteurs en matériau semi-conducteur comme le tellurure de cadmium CdTe, le tellurure de cadmium dopé au zinc CdZnTe, l'iodure de mercure Hg∑2, on peut utiliser avantageusement des détecteurs en matériau scintillateur comme le bromure de lanthane LaBr3. This semiconductor material is, for example, CdTe cadmium telluride, CdZnTe zinc doped cadmium telluride, Hgl 2 mercury iodide. These materials are known for their spectrometric properties at room temperature. As an alternative to detectors made of semiconductor material such as cadmium telluride CdTe, zinc-doped cadmium telluride CdZnTe, mercury iodide HgΣ 2 , detectors made of scintillating material such as lanthanum bromide LaBr 3 can advantageously be used. .
Les détecteurs en ces matériaux ne présentent donc pas les inconvénients des détecteurs en silicium. Les spectres obtenus sont suffisamment définis et on évite l'utilisation de techniques de déconvolution pour isoler les différentes raies de fluorescence, la fiabilité de ces techniques de déconvolution étant aléatoire. The detectors made of these materials do not therefore have the disadvantages of detectors silicon. The spectra obtained are sufficiently defined and the use of deconvolution techniques is avoided to isolate the different fluorescence lines, the reliability of these deconvolution techniques being random.
Un détecteur à pixels est illustré sur la figure 5C. Le détecteur à pixels 5.1 comprend des détecteurs élémentaires 18 indépendants agencés de préférence en matrice, en matériau semi-conducteur sensibles au rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. L'épaisseur du détecteur est typiquement de quelques centaines de micromètres à quelques millimètres, voire quelques centimètres. De préférence, les faces avant des détecteurs élémentaires 18, c'est-à-dire les faces exposées au rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, sont coplanaires. Les détecteurs élémentaires 18 définissent un plan de détection. Les détecteurs élémentaires 18 sont reliés à un circuit intégré 19 de lecture, ce dernier étant connecté au circuit de traitement 5.2. Ce circuit intégré 19 de lecture traite le signal issu de l'interaction d'un photon ionisant avec le détecteur élémentaire concerné et pouvant en mesurer l'énergie. Le circuit intégré de lecture délivre les signaux d' image . A pixel detector is illustrated in Figure 5C. The pixel detector 5.1 comprises independent elementary detectors 18 preferably arranged in a matrix of semiconductor material sensitive to the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation. The thickness of the detector is typically from a few hundred micrometers to a few millimeters, even a few centimeters. Preferably, the front faces of the elementary detectors 18, that is to say the faces exposed to the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation, are coplanar. The elementary detectors 18 define a detection plane. The elementary detectors 18 are connected to a read integrated circuit 19, the latter being connected to the processing circuit 5.2. This read integrated circuit 19 processes the signal resulting from the interaction of an ionizing photon with the elementary detector concerned and able to measure the energy thereof. The integrated reading circuit delivers the image signals.
Les détecteurs élémentaires 18 forment les pixels. Concrètement, le détecteur à pixels 5.1 comporte un ou plusieurs blocs, chaque bloc comportant une matrice de plusieurs détecteurs élémentaires 18, par exemple 4x4 jusqu'à 16x16 et un ou plusieurs circuits intégrés 19 formant une électronique de proximité. Lorsqu'il y a plusieurs blocs, ils sont accolés. Sur la figure 5C, on n'a représenté qu'une colonne de quatre détecteurs élémentaires 18 mais bien sûr le détecteur à pixels peut comporter plusieurs colonnes et chaque colonne peut avoir beaucoup plus de détecteurs élémentaires. Le circuit intégré 19 de lecture peut être réalisé avec des ASIC. Le dispositif générateur d' images pourrait ainsi inclure une gamma caméra telle que celle développée pour le programme INTEGRAL ( INTErnational Gamma-Ray AstrophysicsThe elementary detectors 18 form the pixels. Specifically, the 5.1 pixel detector comprises one or more blocks, each block comprising a matrix of a plurality of elementary detectors 18, for example 4x4 up to 16 × 16, and one or more integrated circuits 19 forming an electronics module. proximity. When there are several blocks, they are contiguous. In FIG. 5C, only one column of four elementary detectors 18 is represented, but of course the pixel detector may comprise several columns and each column may have many more elementary detectors. The integrated circuit 19 for reading can be realized with ASICs. The image generating device could thus include a gamma camera such as that developed for the INTEGRAL program (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics
Laboratory) de l'Agence Spatiale Européenne. Laboratory) of the European Space Agency.
En variante illustrée sur la figure 5D, le détecteur à pixels 5.1 du dispositif générateur d' images pourrait être réalisé par du matériau semi- conducteur monolithique 20 coopérant avec un circuit de lecture 21. C'est le circuit de lecture 21 qui définit les pixels et qui délivre également les signaux d'image. Le circuit de lecture est relié au dispositif de traitement non représenté. Un tel détecteur à pixels pourra être par exemple une puce MEDIPIX. As a variant illustrated in FIG. 5D, the pixel detector 5.1 of the image-generating device could be made of monolithic semiconductor material 20 cooperating with a reading circuit 21. It is the reading circuit 21 that defines the pixels and which also delivers the image signals. The read circuit is connected to the not shown processing device. Such a pixel detector may for example be a MEDIPIX chip.
D'une façon générale comme illustré sur la figure 5E, il est avantageux de disposer d'un détecteur à pixels 5.1 réalisé en matériau semi-conducteur 20. Dans l'exemple le matériau semi-conducteur 20 est de forme parallélépipédique . In general, as illustrated in FIG. 5E, it is advantageous to have a pixel detector 5.1 made of semiconductor material 20. In the example, the semiconductor material 20 is of parallelepipedal shape.
Une première électrode 50 polarisée à un premier potentiel est accolée à une première face du matériau semi-conducteur 20. Une deuxième électrode 51 polarisée à un deuxième potentiel est accolée à une deuxième face du matériau semi-conducteur 20, la deuxième face étant opposée à la première face. Le deuxième potentiel est supérieur au premier potentiel ; ainsi, la première électrode 50 est une cathode, tandis que la deuxième électrode est une anode. La deuxième électrode 51 est composée d'une pluralité d'électrodes élémentaires, ou anodes élémentaires, 51i...51n, disposées sur la deuxième face du matériau détecteur 20 selon une matrice. Chaque électrode élémentaire 51i...51n est reliée à un circuit de lecture 22, apte à collecter et à traiter des impulsions électriques produites sous l'effet des interactions du rayonnement détecté par le détecteur 5.1 à partir du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. Ainsi, chaque électrode élémentaire, en coopération avec le circuit de lecture, définit un pixel. La première électrode 50 et la deuxième électrode 51 sont polarisées par des moyens de polarisation 53, représentés ici dans le même bloc que le circuit de lecture 21. Le matériau semi-conducteur 20 peut être par exemple du tellurure de cadmium CdTe, du tellurure de cadmium dopé au zinc CdZnTe, de l'iodure de mercure Hgl2 A first electrode 50 polarized at a first potential is contiguous with a first face of the semiconductor material 20. A second electrode 51 polarized at a second potential is contiguous with a second face of the semiconductor material 20, the second face being opposed to the first face. The second potential is greater than the first potential; thus, the first electrode 50 is a cathode, while the second electrode is an anode. The second electrode 51 is composed of a plurality of elementary electrodes, or elementary anodes, 51i ... 51n arranged on the second face of the detector 20 in a matrix material. Each elementary electrode 51i ... 51n is connected to a read circuit 22, capable of collecting and processing electrical pulses produced as a result of interactions of the radiation detected by the detector 5.1 from the radiation emitted by the object under the effect of irradiation. Thus, each elementary electrode, in cooperation with the read circuit, defines a pixel. The first electrode 50 and the second electrode 51 are polarized by polarization means 53, represented here in the same block as the read circuit 21. The semiconductor material 20 may be for example cadmium telluride CdTe, telluride telluride. CdZnTe zinc-doped cadmium, mercury iodide Hgl 2
On va maintenant revenir sur le fonctionnement d'un tel dispositif d'imagerie. We will now return to the operation of such an imaging device.
La présente invention concerne également un procédé d'imagerie de fluorescence X. De manière générale, le procédé consiste à irradier un objet à imager par un faisceau interrogateur émis par une source d'excitation de manière à ce que l'objet émette un rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation par le faisceau interrogateur, à détecter le rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation après traversée d'un collimateur, par un détecteur à pixels, à faire réaliser une sélection en énergie dans le rayonnement détecté par plusieurs pixels du détecteur à pixels, à délivrer un signal d' image correspondant au rayonnement détecté dans une bande d'énergie donnée. Le signal d'image produit par chacun des pixels peut être traité par des moyens de traitement et affiché par des moyens d'affichage. Ces signaux d'image traduisent l'intensité du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation dans la bande d'énergie donnée. La détection du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation, incluant le rayonnement X de fluorescence, se fait sensiblement simultanément à l'irradiation de l'objet avec le faisceau interrogateur. The present invention also relates to an X-ray fluorescence imaging method. In general, the method consists in irradiating an object to be imaged by an interrogating beam emitted by an excitation source so that the object emits radiation emitted by the object under the effect of the irradiation by the interrogator beam, to detect the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation after crossing a collimator, by a pixel detector, to make a selection in energy in the radiation detected by several pixels of the pixel detector, to deliver an image signal corresponding to the detected radiation in a given energy band. The image signal produced by each of the pixels can be processed by processing means and displayed by display means. These image signals reflect the intensity of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation in the given energy band. The detection of the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation, including the fluorescence X-ray radiation, is substantially simultaneously with the irradiation of the object with the interrogating beam.
Dans un premier mode de fonctionnement, on utilise un dispositif de génération d'images dont le détecteur à pixels est doté d'une fonction de seuillage en énergie, c'est-à-dire de moyens de seuillage 60. Les moyens de seuillage 60 peuvent être inclus dans le circuit de lecture ou dans des moyens de traitement disposés en aval du circuit de lecture. Sur la figure 1, on a schématisé les moyens de seuillage 60 dans le circuit de lecture 5.11. On se réfère à la figure 6A. Chaque pixel du détecteur est apte à délivrer un signal d'image relatif à la quantité de photons ionisants détectés dont l'énergie est supérieure ou inférieure à un seuil σ en énergie. On peut effectuer ce seuillage avec tous les pixels du détecteur à pixels ou seulement sur quelques uns. On peut ainsi rejeter des interactions entre le faisceau interrogateur et l'objet dont l'énergie est inférieure ou supérieure au seuil σ. Autrement dit, le seuillage contribue à définir une bande d'énergie. Cela signifie que pour un seuil donné, par exemple valant 50 keV, les signaux d' image délivrés par le dispositif générateur d'images feront apparaître la localisation d'une ou plusieurs zones correspondant à des éléments chimiques de l'objet irradiés par le faisceau interrogateur émettant un rayonnement dont l'énergie vaut au moins ou au plus le seuil donné. En réalisant plusieurs détections avec des seuils en énergie différents, le dispositif de traitement peut délivrer une image résultante faisant apparaître une ou plusieurs zones correspondant à une bande d'énergie donnée. A titre d'exemple non limitatif, on suppose que l'on utilise successivement deux seuils SI et S2 différents, SI correspond à l'énergie El et S2 correspond à l'énergie E2. On suppose que l'énergie El est supérieure à l'énergie E2. On acquiert deux images PI, P2 de l'objet, le seuil SI ayant été appliqué lors de l'acquisition de l'image PI et le seuil S2 ayant été appliqué lors de l'acquisition de l'image P2. Le faisceau interrogateur conserve une même énergie lors de l'acquisition des deux images. Le dispositif de traitement, en soustrayant les deux images P1-P2, va délivrer une image résultante P permettant de localiser, une ou plusieurs zones de fluorescence correspondant à des éléments chimiques de l'objet irradiés par le faisceau interrogateur émettant un rayonnement dont l'énergie est comprise entre El et E2. Cette localisation n'est possible bien sûr que si de telles zones existent. Dans un second mode de fonctionnement plus intéressant, on utilise un dispositif générateur d'images dont le détecteur à pixels 5.1 est doté d'une fonction de fenêtrage en énergie c'est-à-dire de moyens de fenêtrage 61. Les moyens de fenêtrage 61 peuvent être inclus dans le circuit de lecture ou dans les moyens de traitement disposés en aval du circuit de lecture. Sur la figure 1, on a schématisé les moyens de fenêtrage 61 dans le circuit de lecture 5.11. Les pixels du détecteur à pixels, concernés par ce fenêtrage en énergie, produisent des signaux d'image relatifs à la quantité de photons X détectés dans au moins une bande énergétique ΔΕ donnée. On se réfère à la figure 6B . On peut ainsi obtenir des images correspondant à différentes bandes spectrales d'énergie. On peut effectuer ce fenêtrage avec tous les pixels du détecteur à pixels ou seulement sur quelques uns. On peut ainsi rejeter des interactions entre le faisceau interrogateur et l'objet dont l'énergie de fluorescence résultante est extérieure à la bande. Les bornes de la bande peuvent être ajustables ou fixes. Le dispositif générateur d'images délivre alors directement des signaux d' image mettant en évidence une ou plusieurs zones correspondant à des éléments chimiques de l'objet irradiés par le faisceau interrogateur émettant un rayonnement incluant un rayonnement X de fluorescence contenant une concentration d'éléments chimiques dont l'énergie de fluorescence est comprise dans la bande d'énergie. On peut ainsi vouloir mettre en évidence un élément chimique ou un groupe d' éléments chimiques dont l'énergie de fluorescence se trouve dans la bande d'énergie. La bande d'énergie est alors fixe. On peut aussi vouloir réaliser une cartographie la plus exhaustive possible de l'objet en réalisant plusieurs acquisitions d'images avec des bandes d'énergie différentes, chacune de ces bandes d'énergie étant corrélée à un ou plusieurs éléments chimiques. Ces différentes images peuvent être traitées par superposition pour ne fournir qu'une seule image résultante. In a first mode of operation, an image generation device is used, the pixel detector of which has an energy thresholding function, that is to say, a thresholding means 60. The thresholding means 60 may be included in the read circuit or in processing means arranged downstream of the read circuit. In FIG. 1, the thresholding means 60 are schematized in the reading circuit 5.11. Referring to Figure 6A. Each pixel of the detector is capable of delivering an image signal relative to the quantity of ionizing photons detected whose energy is greater or less than a threshold σ in energy. This thresholding can be performed with all the pixels of the pixel detector or only on a few. It is thus possible to reject interactions between the interrogator beam and the object whose energy is below or above the threshold σ. In other words, thresholding helps to define a band of energy. This means that for a given threshold, for example equal to 50 keV, the image signals delivered by the image-generating device will reveal the location of one or more zones corresponding to chemical elements of the object irradiated by the beam. interrogator emitting radiation whose energy is at least or at most the given threshold. By performing several detections with different energy thresholds, the processing device can deliver a resulting image showing one or more zones corresponding to a given energy band. By way of nonlimiting example, it is assumed that two different thresholds SI and S2 are used successively, SI corresponds to the energy E1 and S2 corresponds to the energy E2. It is assumed that the energy El is greater than the energy E2. Two images PI, P2 of the object are acquired, the threshold S1 having been applied during the acquisition of the image PI and the threshold S2 having been applied during the acquisition of the image P2. The interrogating beam retains the same energy during the acquisition of the two images. The treatment device, by subtracting the two images P1-P2, will deliver a resultant image P to locate, one or more fluorescence zones corresponding to chemical elements of the object irradiated by the interrogating beam emitting radiation whose energy is between El and E2. This location is possible of course only if such areas exist. In a second and more interesting mode of operation, an image generating device is used, the 5.1 pixel detector of which has a windowing function in terms of energy, that is to say windowing means 61. The windowing means 61 may be included in the read circuit or in the processing means arranged downstream of the read circuit. In FIG. 1, the windowing means 61 are schematised in the reading circuit 5.11. The pixels of the pixel detector, concerned with this energy windowing, produce image signals relating to the quantity of X photons detected in at least one energy band ΔΕ given. Referring to Figure 6B. It is thus possible to obtain images corresponding to different spectral bands of energy. This windowing can be performed with all pixels of the pixel detector or only on a few. Interactions between the interrogator beam and the object whose resulting fluorescence energy is external to the band can thus be rejected. The terminals of the band can be adjustable or fixed. The image generating device then directly delivers image signals highlighting one or more zones corresponding to chemical elements of the object irradiated by the interrogating beam emitting radiation including fluorescence X-radiation containing a concentration of elements. whose fluorescence energy is included in the energy band. One can thus want to highlight a chemical element or a group of chemical elements of which the fluorescence energy is in the energy band. The energy band is then fixed. One can also want to achieve the most exhaustive possible mapping of the object by making several acquisitions of images with different energy bands, each of these bands of energy being correlated with one or more chemical elements. These different images can be overlaid to provide only one resulting image.
Ces deux fonctions peuvent se faire avec les cinq modes de réalisation du détecteur à pixels décrits aux figures 5A à 5E . These two functions can be done with the five embodiments of the pixel detector described in FIGS. 5A to 5E.
Dans un troisième mode de fonctionnement encore plus avantageux illustré sur la figure 6C le détecteur à pixels à semi-conducteur est doté d'une fonction de spectrométrie, c'est-à-dire de moyens de spectrométrie 63. Les moyens de spectrométrie 63 peuvent être inclus dans le circuit de lecture de chaque pixel ou dans les moyens de traitement du circuit de lecture de chaque pixel. Sur la figure 5D, on a schématisé les moyens de spectrométrie 63 dans le circuit de lecture 21 de chaque pixel. Chaque pixel du détecteur à pixels concerné par la spectrométrie délivre un spectre en énergie du rayonnement détecté à partir du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. Aussi la sélection en énergie correspond à une discrétisation en énergie du rayonnement détecté en une multitude de bandes élémentaires d'énergie, dont la largeur est typiquement de quelques dixièmes de keV à quelques keV. On se réfère à la figure 6C. En fait, on mesure un « nombre de coups », c'est-à-dire un nombre d'impulsions générées par le pixel, le rapport entre le nombre de photons pénétrant dans le pixel et le nombre de coups généré dépend du rendement du détecteur. On peut effectuer cette spectrométrie avec tous les pixels du détecteur à pixels ou seulement sur quelques uns. L'analyse qualitative, c'est à dire la connaissance des éléments chimiques présents dans l'objet consiste à détecter, dans les différents spectres obtenus, les pics de fluorescence dont l'énergie ε donne une indication sur la nature du matériau. L'analyse quantitative, c'est à dire déterminer la concentration d'un ou plusieurs éléments chimiques nécessite de connaître la hauteur et/ou la surface d'un pic du spectre . In a still more advantageous third mode of operation illustrated in FIG. 6C, the semiconductor pixel detector is provided with a spectrometry function, that is to say with spectrometry means 63. The spectrometry means 63 can be included in the reading circuit of each pixel or in the processing means of the read circuit of each pixel. In FIG. 5D, the spectrometric means 63 are schematized in the reading circuit 21 of each pixel. Each pixel of the pixel detector concerned by the spectrometry delivers an energy spectrum of the radiation detected from the radiation emitted by the object under the effect of the irradiation. Also the selection in energy corresponds to a discretization in energy of the detected radiation in a multitude of elementary bands of energy, whose width is typically of a few tenths of keV to a few keV. Referring to Figure 6C. In fact, we measure a "number of shots", that is to say a number of pulses generated by the pixel, the ratio between the number of photons penetrating the pixel and the number of shots generated depends on the performance of the detector. This spectrometry can be performed with all the pixels of the pixel detector or only on a few. The qualitative analysis, ie the knowledge of the chemical elements present in the object consists in detecting, in the different spectra obtained, the fluorescence peaks whose energy ε gives an indication of the nature of the material. Quantitative analysis, ie determining the concentration of one or more chemical elements requires knowing the height and / or the surface of a peak of the spectrum.
Un tel détecteur permet d'obtenir une information spectrale spatialement résolue. Autrement dit, il permet d'obtenir le spectre en énergie du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation par la source, et cela dans chacun des pixels. On obtient ainsi une information spectrale du rayonnement émis par les différentes zones élémentaires de l'objet comprises dans l'intersection de l'angle solide de détection et subissant l'irradiation de la source . Such a detector makes it possible to obtain spatially resolved spectral information. In other words, it makes it possible to obtain the energy spectrum of the radiation emitted by the object under the effect of irradiation by the source, and this in each of the pixels. This gives a spectral information of the radiation emitted by the different elementary zones of the object included in the intersection of the solid detection angle and undergoing irradiation of the source.
L'objet peut être irradié durant une certaine période d'irradiation T, variant entre quelques secondes et quelques minutes, voire dizaines de minutes, et on acquiert alors, sur plusieurs pixels, le spectre en énergie du rayonnement émis par l'objet sous l'effet de l'irradiation. The object can be irradiated during a certain irradiation period T, varying between a few seconds and a few minutes, or even tens of minutes, and then, over several pixels, the energy spectrum of the radiation emitted by the object under the effect of irradiation.
Lorsque l'irradiation s'achève, l'acquisition du spectre s'achève aussi. On peut alors procéder au dépouillement des mesures. Ce dépouillement peut consister à représenter visuellement un histogramme en trois dimensions : deux dimensions correspondent aux coordonnées des pixels dans la matrice de détection, et la troisième dimension correspond à l'énergie. When the irradiation is completed, the acquisition of the spectrum also ends. We can then proceed to the counting of the measurements. This stripping can consist in visually representing a histogram in three dimensions: two dimensions correspond to the coordinates of the pixels in the detection matrix, and the third dimension corresponds to the energy.
On peut également représenter l'information en projetant l'histogramme précédemment décrit selon au moins une dimension. Par exemple, on peut représenter, sur chaque pixel, l'intensité du signal d'image dans une bande d'énergie donnée ΔΕ . On obtient alors une image de l'émission de l'objet en fonction de la bande d'énergie ΔΕ . Il est alors possible de faire varier cette bande d'énergie et d'obtenir autant d'images que de bandes d'énergie ΔΕ . Lorsqu'une zone élémentaire de l'objet, correspondant à un pixel du détecteur, comprend un élément dont l'énergie de fluorescence X correspond à cette bande d'énergie, l'intensité du signal d' image détecté à cette énergie présente un maximum local, correspondant au pic de fluorescence X. On peut alors conclure à la présence de l'élément chimique dans ladite zone élémentaire. The information can also be represented by projecting the previously described histogram according to at least one dimension. For example, it is possible to represent, on each pixel, the intensity of the image signal in a given energy band ΔΕ. An image of the emission of the object is then obtained as a function of the energy band ΔΕ. It is then possible to vary this energy band and to obtain as many images as bands of energy ΔΕ. When an elementary zone of the object, corresponding to a pixel of the detector, comprises an element whose X fluorescence energy corresponds to this energy band, the intensity of the image signal detected at this energy has a maximum local, corresponding to the peak of fluorescence X. We can then conclude to the presence of the chemical element in said elementary zone.
Les moyens de traitement des signaux des pixels peuvent également comprendre des algorithmes d'extraction de pics, couramment mis en œuvre dans la spectrométrie gamma. Ces algorithmes permettent d'obtenir, dans chacun des pixels, les énergies correspondant aux pics détectés. Il est alors aisé de conclure à la présence d'éléments chimiques particuliers dans la zone élémentaire correspondant à chaque pixel, en comparant les énergies des pics ainsi détectés aux énergies de fluorescence X desdits éléments chimiques, ces dernières étant connues. The means for processing the signals of the pixels can also comprise peak extraction algorithms, commonly used in gamma spectrometry. These algorithms make it possible to obtain, in each of the pixels, the energies corresponding to detected peaks. It is then easy to conclude to the presence of particular chemical elements in the elementary zone corresponding to each pixel, by comparing the energies of the peaks thus detected with the X-ray fluorescence energies of said chemical elements, the latter being known.
On comprendra que ce mode de réalisation permet d'obtenir, à l'aide d'une seule acquisition, le spectre en énergie du rayonnement émis par l'objet, et cela pour plusieurs pixels. Ce mode de réalisation est donc particulièrement avantageux car il donne accès, avec une même acquisition, à l'intensité du rayonnement émis par l'objet dans différentes bandes d'énergies. It will be understood that this embodiment makes it possible to obtain, using a single acquisition, the energy spectrum of the radiation emitted by the object, for several pixels. This embodiment is therefore particularly advantageous because it gives access, with the same acquisition, to the intensity of the radiation emitted by the object in different energy bands.
Du fait de l'évolution du rendement de fluorescence X avec le numéro atomique de l'atome concerné, le dispositif d'imagerie selon l'invention aura une sensibilité accrue pour des atomes lourds vis- à-vis de celle obtenue avec des atomes légers. Par lourd, on entend plus lourd que le fer, voire que le p1omb . Due to the evolution of the X-ray fluorescence yield with the atomic number of the atom concerned, the imaging device according to the invention will have an increased sensitivity for heavy atoms vis-à-vis that obtained with light atoms . By heavy, we mean heavier than iron, or even pumph.
Des détecteurs pouvant être mis en œuvre dans l'invention sont décrits dans la publication suivante : « New trends in gamma ray imaging with CdZnTe/CdTe at CEA Leti », L. Verger et al / Nuclear Instruments and Methods in Physics Research section A, vol. 571, Issues 1-2, February 2007, pages 33-43. Detectors capable of being used in the invention are described in the following publication: "New trends in gamma ray imaging with CdZnTe / CdTe at CEA Leti", Verger et al., And Nuclear Instruments and Methods in Physics Research section A, flight. 571, Issues 1-2, February 2007, pages 33-43.
Les différentes variantes décrites doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres. The different variants described must be understood as not being exclusive of each other.
Bien que plusieurs modes de réalisation de la présente invention aient été représentés et décrits de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention. Although several embodiments of the present invention have been shown and described in detail, it will be understood that various changes and modifications can be made without departing from the scope of the invention.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117110343A (en) * | 2023-10-23 | 2023-11-24 | 中国科学技术大学 | Element distribution detection device, calibration test method and element distribution detection method |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111522055B (en) * | 2020-06-04 | 2024-09-06 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | An ion signal online detection and recording system |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4987582A (en) | 1989-10-19 | 1991-01-22 | Hughes Aircraft Company | X-ray fluorescence imaging of elements |
| EP0425333A1 (en) | 1989-10-11 | 1991-05-02 | Commissariat A L'energie Atomique | Device for localizing the radiation source in real time |
| WO2001024200A1 (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-05 | Jordan Valley Applied Radiation Ltd. | X-ray array detector |
| US6408050B1 (en) * | 2000-09-14 | 2002-06-18 | Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc | X-ray detector and method for tissue specific image |
| US20070108387A1 (en) | 2005-11-14 | 2007-05-17 | Xradia, Inc. | Tunable x-ray fluorescence imager for multi-element analysis |
| WO2008112950A1 (en) * | 2007-03-15 | 2008-09-18 | X-Ray Optical Systems, Inc. | Small spot and high energy resolution xrf system for valence state determination |
| DE102009009602A1 (en) * | 2008-10-27 | 2010-04-29 | Ifg - Institute For Scientific Instruments Gmbh | Spectral-resolution electronic X-ray camera |
-
2010
- 2010-11-15 FR FR1059370A patent/FR2967495B1/en active Active
-
2011
- 2011-11-14 WO PCT/EP2011/070054 patent/WO2012065948A1/en not_active Ceased
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0425333A1 (en) | 1989-10-11 | 1991-05-02 | Commissariat A L'energie Atomique | Device for localizing the radiation source in real time |
| US4987582A (en) | 1989-10-19 | 1991-01-22 | Hughes Aircraft Company | X-ray fluorescence imaging of elements |
| WO2001024200A1 (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-05 | Jordan Valley Applied Radiation Ltd. | X-ray array detector |
| US6408050B1 (en) * | 2000-09-14 | 2002-06-18 | Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc | X-ray detector and method for tissue specific image |
| US20070108387A1 (en) | 2005-11-14 | 2007-05-17 | Xradia, Inc. | Tunable x-ray fluorescence imager for multi-element analysis |
| WO2008112950A1 (en) * | 2007-03-15 | 2008-09-18 | X-Ray Optical Systems, Inc. | Small spot and high energy resolution xrf system for valence state determination |
| DE102009009602A1 (en) * | 2008-10-27 | 2010-04-29 | Ifg - Institute For Scientific Instruments Gmbh | Spectral-resolution electronic X-ray camera |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| JAN JAKUBEK ET AL.: "Pixel detectors for imaging with heavy charged particles", NUCLEAR INSTRUMENTS AND METHODS IN PHYSICS RESEARCH A, vol. 591, 2008, pages 155 - 158 |
| JAN ZEMLICKA ET AL.: "Energy- and position- sensitive pixel detector Timepix for X-ray fluorescence imaging", NUCLEAR INSTRUMENTS AND METHODS IN PHYSICS RESEARCH A, vol. 607, 2009, pages 202 - 204, XP026320985, DOI: doi:10.1016/j.nima.2009.03.140 |
| L. VERGER ET AL.: "New trends in gamma ray imaging with CdZnTe/CdTe at CEA Leti", NUCLEAR INSTRUMENTS AND METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A, vol. 571, no. 1-2, February 2007 (2007-02-01), pages 33 - 43, XP005737882, DOI: doi:10.1016/j.nima.2006.10.023 |
| LIMOUSIN O: "New trends in CdTe and CdZnTe detectors for X- and gamma-ray applications", NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH. SECTION A: ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS, AND ASSOCIATED EQUIPMENT, ELSEVIER BV * NORTH-HOLLAND, NETHERLANDS, vol. 504, no. 1-3, 21 May 2003 (2003-05-21), pages 24 - 37, XP004426177, ISSN: 0168-9002, DOI: 10.1016/S0168-9002(03)00745-9 * |
| ZEMLICKA J ET AL: "Energy- and position-sensitive pixel detector Timepix for X-ray fluorescence imaging", NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH, SECTION - A:ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 607, no. 1, 1 August 2009 (2009-08-01), pages 202 - 204, XP026320985, ISSN: 0168-9002, [retrieved on 20090405], DOI: DOI:10.1016/J.NIMA.2009.03.140 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117110343A (en) * | 2023-10-23 | 2023-11-24 | 中国科学技术大学 | Element distribution detection device, calibration test method and element distribution detection method |
| CN117110343B (en) * | 2023-10-23 | 2024-03-29 | 中国科学技术大学 | Element distribution detection device, calibration test method and element distribution detection method |
Also Published As
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|---|---|
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| FR2967495B1 (en) | 2017-12-15 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11781570 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11781570 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |