Rayons X : bientôt des radiographies ultra-précises ?
Source : Futura Sciences
CNRS
Publié le 30/03/2017

Les instruments d'analyse par rayons X, par exemple pour les radiographies,
sont limités en résolution. Pourtant, il est possible de faire beaucoup mieux,
comme le montrent des chercheurs du CNRS, de l'université de Franche-Comté et
d'Aix-Marseille université, ouvrant la voie à des images médicales et des
thérapies de haute précision. 
Ce qu'il faut retenirLes détecteurs de rayons X, utilisés en médecine et
ailleurs, n'offrent qu'une faible résolution spatiale, du fait de la dispersion
initiale du rayonnement. Ce nouveau dispositif focalise les photons émis par le
scintillateur à l'aide d'une antenne optique. Le flux de lumière recueilli par
le détecteur est alors beaucoup plus puissant, et l'image obtenue d'autant
meilleure. Le procédé est un prototype fonctionnel qu'il sera possible
d'industrialiser. Le rayonnement X permet de scruter la matière, que ce soit
pour des applications médicales ou pour contrôler des pièces industrielles. 
Cependant, les détecteurs de rayons X sont encombrants, ce qui limite leur
usage médical, spécialement pour des endoscopies. Les scientifiques cherchent
donc à les miniaturiser, ce qui est loin d'être évident. En effet, la détection
est indirecte : les rayons X sont d'abord absorbés par un matériau luminescent
(un scintillateur) qui, lui-même, émet alors des photons de lumière visible,
détectés par une caméra ou un photodétecteur. Or, à petite échelle, un
scintillateur n'émet que très peu de photons, et dans toutes les directions :
difficile pour une caméra de détecter le faible flux qui parvient jusqu'à elle
!Des chercheurs ont pourtant trouvé une solution, fondée sur l'utilisation
d'une antenne optique qui redirige et canalise les photons émis par un
scintillateur miniature. Ce dispositif ultra-compact rend possible la détection
de rayonnements X dans des volumes de seulement quelques micromètres cubes. 
Inventé par une équipe du laboratoire Femto-ST (CNRS/université de
Franche-Comté/UTBM/ENSMM) en collaboration avec des chercheurs du CiNaM
(CNRS/AMU) et de l'Institut Utinam (CNRS/université de Franche-Comté), il est
construit sur une fibre optique de quelques dizaines de micromètres de
diamètre. Ces résultats ont été publiés le 28 mars 2017 dans la revue Optics
Letters. 
Schéma du dispositif. Le rayonnement bleu représente les rayons X ; la sphère
verte intense et brillante correspond au fragment de scintillateur ; les
étincelles à l'intérieur du corps de l'antenne optique symbolisent l'émission
de photons par l'agrégat luminescent sous l'effet des rayons X. Grâce à
l'antenne optique, cette émission de lumière est fortement dirigée vers une
fibre optique monomode très étroite. © Miguel Angel Suarez, FEMTO-ST (CNRS,
université de Franche-Comté, UTMB, ENSMM) Un microscintillateur à bas coût qui
aurait de multiples applicationsÀ une extrémité de la fibre, les chercheurs ont
fait croître une micro-pointe de polymère. Par-dessus cette structure, ils ont
greffé un fragment minuscule de scintillateur, puis ont recouvert le tout d'une
fine couche de métal afin de finaliser l'antenne optique dont le rôle est de
canaliser la lumière, comme le font les antennes cornets pour les micro-ondes. 
Quand le fragment de scintillateur reçoit des rayons X, il émet alors de la
lumière que l'antenne redirige vers la fibre. Il ne reste plus qu'à placer un
détecteur de lumière à l'autre extrémité de la fibre. L'idée était d'aboutir à
un dispositif industrialisable : la réalisation de l'antenne optique sur la
fibre par photopolymérisation, tout comme le greffage du scintillateur, sont
des procédés qui permettraient de produire en série et à bas coût. 
La démonstration a été effectuée avec des rayons X de basse énergie (10 keV). 
Pour envisager des applications médicales, l'équipe veut maintenant passer le
cap des hautes énergies : quelques dizaines de keV pour la radioscopie, et
plusieurs centaines de keV pour des applications thérapeutiques. À plus long
terme, les chercheurs ont d'autres idées. Ainsi, les antennes optiques
pourraient permettre de réduire le délai entre l'absorption des rayons X et
l'émission de lumière par le scintillateur, et déboucher sur des détecteurs de
rayons X beaucoup plus rapides. Par ailleurs, alors que sa résolution spatiale
est aujourd'hui de l'ordre du micromètre, de nouvelles procédures permettraient
de descendre jusqu'à 100 nanomètres. Une perspective serait d'utiliser le
détecteur comme une sonde de microscopie à balayage, pour analyser localement,
par exemple, la composition chimique de matériaux composites. Ces travaux ont
été financés par le Labex Action et un projet a été déposé à l'ANR par l'équipe
de recherche afin d'explorer ces nouvelles voies scientifiques et applicatives. 
Le vol du bourdon aux rayons X Pour étudier les muscles du vol chez les
insectes, un bourdon a été filmé avec une caméra rapide. Pendant ce temps, des
rayons X dévoilaient les mouvements moléculaires ayant cours dans les cellules
musculaires. © Hiroyuki Iwamoto, Naoto Yagi, 2013, Science
À voir aussi : recyclage radiographies | commerce possede rayon journaux rayon
souvenirs" | rayon rayon gamma | nettoyeur ultra son | ultra vide | adobe ultra
| rayon | rayon cosmiques