L'illustration montre une antenne optique couplée à un cluster de scintillateurs à son extrémité. Les ondes bleues en arrière-plan représentent les rayons X, la sphère verte intense et brillante correspond à l'amas de scintillation et les étincelles à l'intérieur du corps de l'antenne symbolisent l'émission de photons excités par les rayons X des scintillateurs étant fortement dirigée vers une fibre optique monomode étroite. Crédit :Miguel Angel Suarez, Institut FEMTO-ST
À l'aide d'un petit appareil appelé antenne optique, des chercheurs ont créé un capteur de rayons X intégré à l'extrémité d'une fibre optique de quelques dizaines de microns de diamètre. En détectant les rayons X à une échelle spatiale extrêmement petite, le capteur pourrait être associé à des technologies de diffusion de rayons X pour permettre des applications d'imagerie médicale et thérapeutiques de haute précision.
« Nous voulons développer cette technologie pour qu'elle puisse être utilisée en radiothérapie, par exemple, " a déclaré Thierry Grosjean, de l'Institut FEMTO-ST, Le Centre National de la Recherche Scientifique, La France. "Spécifiquement, le capteur pourrait permettre une mesure en temps réel de la quantité de rayonnement délivrée à une tumeur par endoscopie. »
Dans la revue The Optical Society (OSA) Lettres d'optique , les chercheurs font la démonstration de leur nouveau capteur à rayons X à l'aide de rayons X à faible énergie. Ils disent que le même principe devrait fonctionner avec les rayons X à haute énergie utilisés pour des applications médicales telles que l'imagerie et la radiothérapie.
Contrôler la lumière
Comme beaucoup d'applications de rayons X d'aujourd'hui, le nouveau capteur utilise la détection indirecte. Plutôt que de détecter directement les rayons X, cette méthode utilise un détecteur spécial appelé scintillateur, qui absorbe les rayons X et émet ensuite de la lumière qui est détectée par une caméra optique.
La détection indirecte des rayons X à petite échelle est un défi car les scintillateurs émettent des photons dans toutes les directions. Réduire les scintillateurs à une très petite taille signifie qu'ils émettront très peu de photons, ce qui rend presque impossible pour l'appareil photo de capturer suffisamment de photons au bon angle. Les chercheurs se sont tournés vers les antennes optiques pour relever ce défi.
Parce que les antennes optiques ont été utilisées pour contrôler l'émission de lumière des molécules fluorescentes, les chercheurs ont pensé qu'ils pourraient également contrôler la lumière émise par les scintillateurs. "Une antenne optique fonctionne un peu comme une antenne radiofréquence, offrant un moyen d'interconnecter un émetteur avec l'espace libre, " a déclaré Grosjean. " Nous avons démontré qu'ils peuvent être utilisés pour contrôler la directionnalité de l'émission des scintillateurs. "
Fabrication du capteur
Pour fabriquer le capteur à rayons X, les chercheurs ont utilisé une antenne optique pour connecter une fibre optique monomode à un minuscule groupe de scintillateurs. Ils ont fabriqué l'antenne optique, quelques microns de large, sur l'extrémité de la fibre et greffé l'amas de scintillateurs à son extrémité. La lumière émise par les scintillateurs frappe l'antenne et est dirigée dans la fibre, où il se rend à un détecteur optique distant. Cette configuration maintient l'électronique loin des rayons X, qui protège l'électronique contre les dommages après une utilisation répétée.
Bien que la fabrication du capteur à rayons X ait nécessité une salle blanche, les chercheurs ont dit que ce n'était pas un processus difficile ou coûteux. Ils travaillent actuellement sur des procédures qui pourraient faciliter encore plus le greffage des scintillateurs sur l'antenne fibre.
De leurs expériences, les chercheurs ont estimé que le capteur a une résolution spatiale de l'ordre de 1 micron, qu'ils s'efforcent d'augmenter à environ 100 nanomètres. Cette résolution améliorée permettrait au dispositif de distinguer les composants chimiques dans les matériaux composites en utilisant la pointe de la fibre pour effectuer une microscopie à balayage à rayons X à faible énergie.
En plus d'étendre la technologie pour travailler avec les rayons X à haute énergie requis pour les applications médicales, les chercheurs étudient également si les antennes optiques pourraient permettre des détecteurs de rayons X plus rapides. Comme il a été démontré que les dispositifs raccourcissent le temps entre l'absorption de la lumière et l'émission de lumière dans les processus de fluorescence, les antennes pourraient également raccourcir le temps entre l'absorption des rayons X et l'émission de lumière dans les scintillateurs, créant ainsi un moyen plus rapide de détecter les rayons X.
