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L'amplificateur de luminance  

 

L'amplificateur de luminance est un tube à vide de forme circulaire contenant un écran d'entrée à base de iodure de césium de grande taille transformant les rayons X en électrons et un écran de sortie de petite taille à base de sulfure de zinc transformant les électrons en lumière.

Les rayons X arrachent des électrons à l'écran d'entrée. Les électrons de l'écran d'entrée ou cathode sont fortement accélérés ( 30 kV ) et attirés par un jeu d'électrodes cylindriques vers l'anode qui est l'écran de sortie. Le choc des électrons arrache des électrons aux atomes constituant l'écran de sortie . Lors de la recombinaison de ces électrons, qui vont changer de couche atomique, cela crée de la lumière.

Par modification des différentes tensions des électrodes de l'amplificateur de luminance on peut agir sur la focalisation . Toujours par le même biais on peut envoyer tout l'écran d'entrée vers l'écran de sortie ou seulement la partie centrale de l'écran d'entrée vers l'écran de sortie: on a réalisé la fonction zoom. On pourra avoir plusieurs tailles de zoom. Il y aura par construction plusieurs tailles d'amplificateurs de luminance. Leur choix dépendra de l'application et aussi de l'espace disponible.

Exemple de taille d'amplificateurs de luminance:

38cm,25cm,17cm,14cm

22cm,15cm

L'amplificateur de luminance est un tube à vide où le vide est très poussé. Il doit donc résister à la pression atmosphérique. Cela explique les formes arrondies de l'enceinte qui doit être rigide et stable tout en étant isolante : on utilise donc de la céramique. La fenêtre de sortie doit laisser passer la lumière : elle est en verre et étant de petite taille elle est plane. La fenêtre d'entrée est de grande taille et doit être la plus radio - transparente possible : elle est en aluminium, fine et sphérique.

Par construction l'amplificateur de luminance est sensible aux champs magnétiques extérieurs (déformation de l'image). Par sa forme sphérique pour l'écran d'entrée l'agrandissement de l'image est différent au milieu de l'image par rapport au bord de l'image. L'image est aussi plus lumineuse en son milieu. L'image subit aussi une déformation plus importante en incidence. En tomographie la hauteur de coupe sera légèrement différente entre le centre et le bord de l'image, surtout en plein format.

L'amplificateur de luminance sera caractérisé par :

La taille de l'écran d'entrée , par exemple 40 cm et celle de l'écran de sortie, par exemple 32 mm.

Le gain : quantité de lumière fournie pour une dose de rayons X donnée.

La résolution spatiale : plus petit détail géométrique visible pour un format donné. On atteint 4 paires de lignes par mm sur 40 cm et 6.8 sur le zoom de 14 cm.

La résolution en contraste : la plus petite variation de lumière visible pour un écart de dose

Le bruit de fond qui va détruire la résolution

Les défauts d'écrans : taches dues à des baisses localisées de rendement des couches sensibles des écrans d'entrée ou de sortie.

Avec le temps les caractéristiques de l'amplificateur de luminance vont évoluer: le gain va baisser et donc le rapport signal sur bruit va se dégrader ainsi que la résolution spatiale pour un contraste donné. Pour maintenir la qualité image il faudrait augmenter la dose au détriment de l'irradiation du patient.

L'image fournie est directement liée à la dose et cela de façon pratiquement instantanée. L'amplificateur de luminance est utilisable en fluoroscopie et en radiographie.

L'image visible fournie est lue par une caméra vidéo. La qualité image globale dépend fortement de la chaîne vidéo et du standard utilisé. Le standard CCIR 625 lignes entrelacées permet de visualiser l'image sur un moniteur grand public ou d'enregistrer une séquence sur un magnétoscope VHS, mais avec une qualité ne permettant pas un diagnostique. Ce signal vidéo analogique peut être converti en digital en une matrice 256x256 sur 1 trame ou 512x512 sur 2 trames. A cause de l'entrelacement il faut enregistrer les lignes paires puis les lignes impaires . Cela est complexe et le standard CCIR est souvent remplacé par des modes nommés "progressiv scan" plus adaptés à la digitalisation et à la haute résolution. A chaque balaage vertical toutes les lignes, donc toute l'image, sont lues.

La caméra de télévision a deux grands modes de fonctionnement totalement différents selon que l'on fait de la radioscopie ou de la radiographie. La radioscopie est le mode le plus simple où l'on filme en temps réel la fenêtre de sortie de l'amplificateur de luminance en balayant cycliquement la cible du tube analyseur d'image de la caméra pour générer le signal vidéo. En radiographie le phénomène est par essence fugitif et de surcroît le système ne sait pas, à l'avance, quelle sera la durée de la radiographie, par exemple 2 mS ou 2 Secondes . Il va falloir utiliser un mode de fonctionnement particulier du tube analyseur d'image où, avant la radiographie, la cible du tube analyseur est réinitialisée. Pendant toute la durée de l'irradiation le tube analyseur d'image est bloqué et donc la lumière de l'amplificateur de luminance va modifier de façon proportionnelle l'état de la cible. Après la radiographie la cible contient donc, de façon virtuelle, l'image: il reste a la lire et a la mémoriser. Ce qui est fait au premier balayage suivant au standard vidéo habituel. Par cette méthode on s'est affranchi de la durée de l'exposition des rayons X par rapport au mode de balayage de la caméra vidéo. Pour obtenir une image toujours correcte un exposeur automatique intègre la quantité de lumière fournie par l'amplificateur de luminance et stoppe les rayons X dès que c'est nécessaire.

On peut donc sur les systèmes actuels utiliser une caméra vidéo qui lit l'écran de sortie de l'amplificateur de luminance et qui converti ce signal en digital en 1024x1024x8bits ou 2048x2048x10bits. Ce signal est mémorisé et pourra être visualisé sur un moniteur dans autre standard par exemple.

La quantité de lumière appliquée sur le tube analyseur de la caméra est gérée par un diaphragme à iris: il permet de régler le noircissement de l'image sans agir sur la dose de rayonnement X .

Sur certaines caméra de télévision le tube analyseur est remplacé par un capteur CCD. Mais ces capteurs à semi conducteurs transformant la lumière en courant ne permettent pas encore la taille 2048 x 2048.

L’amplificateur de brillance et la chaine de télévision étant des dispositifs à comportement linéaire, en application radiologique vu les grands écarts de dose cela conduit à des images saturées ou trop contrastées. Pour atténuer cet effet on utilise une courbe gamma qui amplifie beaucoup les petits signaux et peu les grands signaux.

Cette courbe amplifie aussi plus le bruit de fond et on sélectionne sa valeur selon l’application. Si on souhaite soustraire des images on utilise une courbes linéaire pour avoir un résultat de soustraction cohérent.