Écran radioluminescent à mémoire - Définition

Introduction

Les écrans radioluminescents à mémoire (ERLM), appelés également écrans photostimulables ou plaques au phosphore photostimulables, sont aujourd'hui très largement utilisés dans le domaine de la radiologie / radiographie numérique (CR - Computed Radiography). Ils sont concurrencés par les capteurs plans numériques (Flat Panel). Ils se sont substitués aux films radiographiques argentiques dans la majorité des cabinets, laboratoires médicaux et hôpitaux. Ce sont des écrans souples réalisés aux formats des écrans « luminecents » conventionnels (ces derniers, appelés écrans renforçateurs, sont obligatoirement couplés avec des films argentiques sous le nom de couples écrans-film), et utilisables dans les mêmes cassettes. Ils ont la particularité de pouvoir stocker l'énergie transmise par les rayonnements ionisants, tels que les rayons X, dans une structure cristalline radiosensible. Par la suite, cette énergie est restituée par photostimulation laser.

Brièvement, le cycle d'utilisation d'un ERLM comporte trois expositions : une première exposition aux radiations ionisantes (X, gamma, ..) « écrit » l'image, une seconde exposition à un faisceau étroit de lumière visible (typiquement un laser HeNe) « lit » l'image ligne par ligne, et une dernière exposition à une lumière visible intense (typiquement plusieurs tubes néon) « efface » l'image en vue d'un nouveau cycle d'utilisation du même ERLM.

Composition

L'ERLM est constitué d'une couche protectrice recouvrant une couche active de particules photoluminescentes mélangées dans un liant (la taille des grains est de l'ordre de 5 µm), qui est ensuite déposée sur un support opaque de polyéthylène. Les particules photoluminescentes sont constituées de cristaux de fluoro-halogénure de baryum dopé avec une très faible concentration d'ions d’europium bivalents (BaFBr:Eu²⁺). Cette formule a été mise au point au début des années 80 par Fujifilm (inventeur des ERLM, dénommés à l'époque « système FCR »). Elle s'inspire notamment du « phosphore » BaFCl:Eu²⁺ qui constitue la couche radiosensible des écrans « conventionnels » à émission de luminescence spontanée.

Domaines d'application

Les ERLM sont utilisés pour détecter différents types de rayonnements ou particules, dans différents domaines de la physique nucléaire, tels qu'en radiologie médicale, en métrologie nucléaire ou en CND (Contrôle Non Destructif industriel). Pour la détection des particules bêta de faible énergie et les Alpha, trop facilement atténués, l'ERLM généralement proposé par les fabricants est dépourvu de sa couche protectrice. En neutronographie, et plus généralement en détection neutronique, la couche active est enrichie de gadolinium afin d'augmenter son efficacité (on peut également se contenter de plaquer un écran à forte teneur en hydrogène devant un ERLM classique). Enfin, les ERLM sont sensibles à une grande gamme d'énergies de particules bêta et de rayonnements X ou gamma, comprise entre quelques KeV et plusieurs dizaines de MeV (au-delà d'énergies X et gamma de 200 KeV, c'est-à-dire pour des énergies à grand pouvoir de pénétration, il devient souhaitable d'utiliser un écran métallique à Z élevé plaqué devant l'ERLM pour améliorer son efficacité de détection : écrans Pb, Ta, qui favorisent la production d'électrons à faible pouvoir de pénétration ..). Ils sont efficaces et linéaires dans une très large dynamique d'exposition s'étendant des très bas niveaux de dose, tel que le rayonnement naturel, jusqu'à plusieurs Gray (la radio-résistance de la couche sensible est typiquement limitée à une dose absorbée de l'ordre d'une dizaine de Gray). Cette large dynamique de réponse linéaire à une exposition fait en sorte qu'une erreur sur les constantes d'exposition sera bien plus facilement tolérée par un ERLM que par un film argentique dont la courbe sensitométrique de type sigmoïde a une dynamique de 2 décades seulement.

Les ERLM et les scanners associés trouvent d'autres applications importantes, notamment en biologie moléculaire ou dans le domaine de la diffraction de rayons X.

La résolution des ERLM s'approche de celle obtenue avec les films argentiques dans la plupart des applications. À faible dose (< 1 mGy), nécessitant des films très rapides associés à des écrans renforçateurs, les images obtenues avec les ERLM sont généralement mieux résolues. A dose moyenne, la grande sensibilité et la dynamique linéaire importante des ERLM compense largement sa résolution limitée. A plus forte dose (> 1 Gy), certains films à simple émulsion permettent d'observer des détails plus fins et mieux contrastés (du fait de la non linéarité du film).

Le processus de création d'une image confère d'autres avantages aux ERLM, vis à vis des films argentiques :

• Les ERLM peuvent être exposés à la lumière dès lors qu'aucune image latente n'est mémorisée dans sa couche sensible. Ceci rend le stockage des écrans et les manipulations aisées (exemple : chargement des cassettes). Lorsqu'une image est mémorisée, il n'est pas utile d'utiliser une chambre noire pour décharger la cassette : une intensité lumineuse inférieure à 10 lux, soit approximativement l'éclairement d'une nuit de pleine lune, est alors tolérée lors des manipulations qui ne doivent toutefois pas être trop longues (la plupart des fabricants proposent aujourd'hui, notamment pour la radiologie médicale, des appareils à déchargement et lecture automatique, ce qui évite toutes manipulations à la lumière des écrans exposés) ;
• Aucun produit chimique n'est nécessaire durant le processus de création de l'image, ce qui supprime les coûts d'évacuation et de retraitement des déchets chimiques et préserve l'environnement ;
• Le format numérique des images permet une exploitation très élaborée et ciblée quasi immédiate, notamment au moyen de logiciels toujours plus performants de traitement rapide d'images et d'aide au diagnostic (CAD). Les images et résultats peuvent être partagés sur les réseaux informatiques (internet, DICOM) en vue de traitements, diagnostics, et d'archivages (PACS), intra ou extra-laboratoires/hôpitaux.