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Ecrans Radio-Luminescents à Mémoire SOMMAIRE 1- Historique 2- Principe 3- Struc

Ecrans Radio-Luminescents à Mémoire SOMMAIRE 1- Historique 2- Principe 3- Structure 4- Luminescence photostimulable 5- Procédure de lecture 6- Lecture laser 7- Propriétés intrinsèques 8-Pré-traitement de l’image FUJI AGFA 9- Numérisation du signal 10- Traitement de l'image 11- Visualisation de l'image 12- Artefacts 13- Conclusion 14- Références 15- Contrôle de qualité des ERLM Offre industrielle (RSNA 2003) Offre industrielle (RSNA 2004) 1- Historique Ces "nouveaux récepteurs" ont en fait fait l'objet d'une première publication en 1926. (Luminescence photostimulée par infra-rouges) En 1954, l'ancètre des systèmes actuels fait l'objet d'un brevet. (restitution par rayonnement I.R.) Dans les années 1970, de nombreux brevets sont déposés (Kodak....) C'est la société FUJI qui en dépose le plus grand nombre (une centaine) jusqu'en 1981, où est présenté la premiere version commerciale, au congrès international de radiologie de Bruxelles. 2- Principe Les écrans radioluminescents à mémoire (ERLM) constituent une "alternative numérique" du couple écrans/film traditionnel, permettant l'acquisition et le traitement de l'image. On les appelle également "écrans à mémoire", "écrans à luminescence photostimulable", ou "écrans au phosphore" (par abus de langage) Ils sont contenus dans des cassettes spécifiques qui permettent leur utilisation avec tous les systèmes de radiologie conventionnelle. L'énergie des photons X est stockée, puis restituée par luminescence photostimulée lors d'un balayage laser point par point. La numérisation du signal permet ensuite: un post traitement interactif la visualisation sur une console ou film laser l'incorporation dans un réseau d'imagerie. 3- Structure L'écran est flexible,et présente une épaisseur de 1mm. Il est composé de quatre couches: * Une couche protectrice en polyéthylène * Une couche dense(200 à 300 microns) de cristaux inorganiques (diamètre moyen de 5 à 10 microns).Cette couche est incluse dans un polymère organique antistatique pour une répartition homogène.Elle est également colorée afin d'éviter la diffusion lumineuse. * Une couche support en polyéthylène,noircie au carbone pour prévenir la réflexion du laser, et empècher sa rétrodiffusion. * Une couche dorsale protectrice. Cet écran se trouve dans une cassette dont la face d'entrée est en fibre de carbone (faiblement absorbant) 4- Luminescence photostimulable La luminescence est un phénomène commun à certains sels minéraux cristallins appelés luminophores. Cette capacité est liée à la présence d'atomes activateurs (impuretés présentes dans le réseau matriciel cristallin) tels que les métaux lourds (Manganèse, Cuivre, Plomb, certaines terres rares...) Après excitation, l'énergie des rayons X absorbée est stockée, et la stimulation par un balayage infra-rouge provoque sa restitution sous forme d'une émission lumineuse. Le cristal est un fluoro-halogénure de baryum, dopé à l'Europium (BaFX:Eu2+). Il est divalent. L'excitation par les rayons X provoque la perte d'électrons chez certains ions d'europium, selon une loi de proportionnalité avec le flux de rayons X. Eu 2+ ------------- Eu 3+ + e- Les électrons accèdent à un niveau d'énergie supérieur, puis sont piégés par les halogénures monovalents. (X=Cl, Br ou I) sous un état demi-stable constituant l'image latente. Lors de la lecture, une stimulation secondaire d'énergie suffisante libère les électrons. Le maximum d'efficacité se présente pour une stimulation à 600nm. Le laser Helium-Néon présente un rendement optimal (l= 633 nm) Les électrons retournent vers les ions Eu3+ . Le retour à l'état fondamental (Eu 2+) s'accompagne de l'émission d'un quantum d'énergie sous forme de luminescence recueillie, grâce à un système optique, au niveau d'un tube photomultiplicateur. Cette luminescence est émise à 390 nm, dans un délai de 7msec. L'intensité de l'émission luminescente en un point donné est proportionnelle au nombre de photons X absorbés en ce point. 5- Procédure de lecture Après exposition,la cassette est introduite dans l'unité de lecture. Une station de chargement / déchargement retire l'écran exposé et le remplace par un écran effacé. La cassette est de nouveau disponible en moins de 20 sec. L'écran est stocké dans un magasin, jusqu'à son transfert vers l'unité de lecture laser. Celle-ci dure environ une minute. Quand toute l'opération est accomplie, les informations résiduelles sont effacées par un flash de haute intensité lumineuse.(lampe à sodium) Les écrans sont réutilisables, ils sont stockés en attente du chargement automatique des cassettes. La cadence de lecture est de 50 à 70 écrans par heure, selon la taille des écrans et le constructeur. 6- Lecture laser L'image latente est destinée à être numérisée. Un faisceau laser finement localisé (He-Ne, 633nm, lumière rouge) est déflechi par un miroir tournant polyédrique ou plan oscillant, et balaye point par point les lignes de l'écran. Celui-ci est mobilisé par un moteur de haute précision qui le transporte sous le balayage transversal du laser. La luminescence dont l'intensité est proportionnelle au nombre de rayons X absorbés, est collectée par un miroir et un faisceau de fibres optiques positionnées en regard de la ligne de l'écran balayée par le laser. Un filtre sépare la lumière laser rouge (stimulation) de la lumière bleu-pourpre (émission) afin d'éviter toute interférence. Le signal lumineux est converti en signal électrique, puis amplifié (tube photomultiplicateur) avant d'être échantilloné et numérisé par un convertisseur analogique-numérique. Principe de fonctionnement de l'ERLM.(D'après (3)). 7- Propriétés intrinsèques Absorption des rayons X * Spectre de stimulation laser He-Ne , 633nm * Spectre de lumière émise pic à 390nm (bleu-pourpre) Dans la plage d'efficacité maximale (300 à 500nm) du tube photomultiplicateur. Les deux spectres ci-dessus sont suffisamment différents pour éviter toute interférence entre le rayonnement de stimulation I.R. et le rayonnement émis lors du retour à l'équilibre du cristal. Spectre d'émission et de stimulation du fluorohalide de baryum.(D'après (2)). * Rémanence de la luminescence photostimulée, elle est de 0,8 micro-seconde (BaFX:Eu2+,avec X=Br).Il n'y a pas de parasitage des pixels adjacents lors du balayage laser. * Conservation de l'image latente: 24h après l'exposition au rayonnement X, le pouvoir de réémission a diminué de 35%. L'atténuation de l'image latente dépend de la température de stockage, elle est compensée lors de la lecture par un règlage de la sensibilité du tube photomultiplicateur, et du gain de l'amplificateur. En pratique, le temps écoulé entre l'exposition et la lecture ne constitue pas une contrainte. * Latitude de pose: elle exprime la réponse du détecteur soumis à une exposition d'intensité croissante de rayons X. La linéarité est parfaite pour des doses de 5 microRoentgens à 50 milliRoentgens, soit une dynamique de 40dB, ou 104 (différence entre la plus faible et la plus forte énergie détectée), nettement supérieure à celle du film argentique photosensible (102) ou de l'amplificateur de luminance (103) La luminescence est de ce fait proportionnelle au flux de rayons X capté, que ce soit dans les tissus mous, ou dans les tissus osseux. Courbes de réponse d'un système écran/film et d'un ERLM.(D'après (2)). La réponse du couple écran/film est limitée à 1.102 (en raison de sa forme sigmoïde elle n'offre une linéarité que sur une faible étendue des expositions, entre 1 mGy et 0,1 mGy).La réponse de l'ERLM étant linéaire sur une grande étendue d'exposition (entre 0,1 mGy et 10 mGy) les risques de sur ou sous-exposition sont limités. 8-Pré-traitement de l’image Société FUJI La grande latitude de pose impose un calibrage du système de lecture. Celui-ci s'effectue par un pré-balayage, à l'aide d'un faisceau laser d'intensité réduite (1,8 mm de diamètre) qui explore un élément sur quatre de l'écran. L'analyse de la lumière émise (segmentation) donne un histogramme de la répartition de l'énergie stockée sur l'ensemble de l'écran.(un histogramme est une courbe représentative des différents constituants d'un objet à définir selon des critères choisis) L'opérateur doit indiquer le type d'examen,ou l'organe examiné. Ceci permet d'ajuster la sensibilité et le latitude du système, en adaptant la tension d'amplification du tube photomultiplicateur. Les différentes expositions de chaque pixel sont recensées, puis comparées à l'histogramme standard correpondant à l'organe ou examen choisi. On peut ainsi localiser la zone utile par la définition de S1 et S2. La comparaison à l'histogramme standard permet de déterminer deux valeurs fondamentales pour optimiser la prise des clichés: "L" et "S". K K = CONSTANTE S = --------- mA x kV2 x s D D = Dose = ------------------ d2 S = valeur d'amplification du signal lu S = 200 correspond à une dose sur l'ERLM de 12mGy ou 0.258 mC / Kg L est déterminé entre S1 et S2 sur l'histogramme S1 L = log -------- Si L = 2 , S2 est 100 fois > à S1 (log 100 = 2) S2 La valeur de "L" est dépendante du kilovoltage. Un kilovoltage bas entrainera un manque de pénétration des structures L sera supérieur à 2,7 Un haut kilovoltage uniformisera la pénétration, L sera inférieur à 1,8 La valeur de "S" est liée aux mAs. Une surexposition importante "lisse"les petites structures (pouvant aller jusqu'à un "flash" dans les opacités.), la valeur de S sera basse. Une sous-exposition importante donnera plus de grain, la valeur de S sera haute. A titre indicatif: +/- 5 kV entraine une variation du "L" de +/- 0,1 50% de mAs en moins double la valeur de "S". "L" et "S" constituent ainsi les critères de travail indiquant les constantes adéquates. L (kV) compris entre 1,8 et 2,2 S (mAs) compris entre 200 et 400 Des valeurs inférieures indiquent des constantes (kV et mAs) uploads/Litterature/ ecrans-radio-luminescents-a-memoire-sommaire.pdf