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Avec le nombre sans cesse croissant de fournisseurs de détecteurs de rayons X numériques à écran plat dans le domaine vétérinaire, une grande partie du discours « technique » est diluée dans un discours « commercial » et les véritables différences technologiques sont faussées. Dans cet esprit, cet article est consacré au décryptage de l’une des principales distinctions dans le matériel à écran plat : les matériaux scintillateurs. Nous aborderons ici les détails de :

• Absorption des rayons X
• Conséquences sur la dose de rayonnement
• Fabrication
• Coût

Absorption des rayons X
La couche scintillatrice d'un détecteur à panneau plat de radiographie numérique (DR) est la couche qui absorbe réellement les rayons X. Les deux matériaux les plus utilisés sont l'oxysulfure de gadolinium et l'iodure de césium (communément appelés respectivement Gadox et Césium).

Ces matériaux sont conçus pour absorber fortement les énergies des rayons X utilisées dans l'imagerie diagnostique. En gros, les rayons X tombent sur une couche de matériau scintillateur,

qui convertit l'énergie des rayons X en lumière visible (généralement de longueur d'onde verte). La lumière verte qui émane de la couche scintillatrice est à son tour lue par un réseau de photodiodes qui convertit l'énergie lumineuse en électrons. Ces électrons activent ensuite une couche de silicium amorphe sur laquelle est imprimée une matrice de transistors à couches minces (TFT) qui constituent des pixels individuels, qui capturent le signal électrique (électrons) et peuvent être lus et traités par un ordinateur pour produire une image.

Mais tout cela se produit bien après l’absorption réelle des rayons X par la couche de scintillation. Lorsque l’absorption se produit, la qualité de l’image est déterminée par ce que l’on appelle le rapport signal/bruit (SNR), c’est-à-dire le nombre de rayons X absorbés par rapport à la précision de leur détection.

The primary benefit of Cesium is high sensitivity to the x-ray signal, allowing lower exposure factors to produce an image. This is why Cesium is heavily used in human radiology (especially pediatrics), where the principal concern is the amount of radiation dose delivered to the patient. The sacrifice to this high sensitivity is an increase susceptibility to noise (lower SNR).  With less dose (lower number of x-rays) comes higher uncertainty of the recorded signal (therefore higher noise).

Avec Gadox, la sensibilité est légèrement diminuée (inférieure au 10%), mais avec la dose de rayonnement supplémentaire pour obtenir le même signal, il y a moins de bruit dans le signal, ce qui entraîne un SNR légèrement plus élevé.

En réalité, d'un point de vue purement matériel, le GadOx et le Césium produisent une qualité d'image très similaire, même s'ils atteignent leurs rapports signal/bruit élevés de manière opposée. La principale différence réside dans la dose de rayonnement, et là encore, nous parlons de différences inférieures à 10%.

Conséquences sur la dose de rayonnement
Mais la dose de radiation est-elle vraiment importante ? Ce n’est pas une question rhétorique, mais une question réelle et valable. La réponse est oui pour les humains et non pour les animaux de compagnie. Cela semble particulièrement cruel, surtout dans un secteur dont l’objectif est la santé animale. Mais la vérité est que l’exposition aux radiations met de nombreuses années à se manifester sous forme d’effets biologiques, et nos animaux de compagnie ne vivent tout simplement pas assez longtemps pour que cela se produise.

En pédiatrie humaine, il s’agit d’un sujet très important car les effets de l’accumulation de doses de rayons X tout au long de la vie peuvent entraîner un cancer. Et c’est pourquoi – et pas pour des problèmes de qualité d’image comme certains le prétendent – le césium est le scintillateur de choix en radiologie humaine.

What about scatter radiation affecting veterinary personnel? Of course we need to protect our staff, and solid training in radiation safety is a crucial factor with any x-ray equipment. But that <10% of dose difference in exposure is not going to make a difference. If you doubt this, please review our article on Exposition aux radiations où vous verrez que même le fait d'être patient pour un examen aux rayons X (qui émet des milliers de fois plus de radiations que la diffusion résultant de l'administration d'un tel examen) a des centaines de fois moins d'impact sur votre espérance de vie que des choses comme l'obésité, ainsi que la consommation d'alcool et de tabac. Revenons à la technologie…

Fabrication
Une autre différence majeure entre les scintillateurs réside dans leur mode de production. Le Gadox est généralement produit de manière « chimique », tandis que le Césium est « cultivé ». Les deux techniques impliquent évidemment beaucoup de chimie, mais le Gadox est généralement mélangé sous forme de poudre avec un époxy liquide jusqu’à obtenir une concentration uniforme et « versé » en fines feuilles où il durcit pour former une couche d’épaisseur précise. Il s’agit d’un processus relativement simple, qui présente des contrôles de qualité plus simples et une variation moindre d’un lot à l’autre et d’un fabricant à l’autre.

Le césium, en revanche, est « pulvérisé » sur un substrat à une concentration donnée, puis « cuit » dans un four, ce qui provoque la formation de cristaux et leur croissance vers le haut et en parallèle. L’avantage est que ces cristaux servent de « tubes lumineux » qui augmentent l’efficacité et la résolution de la lumière du scintillateur, ce qui conduit à la sensibilité plus élevée dont nous avons parlé plus tôt. Le problème est que la qualité du produit final dépend grandement de la concentration du dépôt initial, du profil temps-température du processus de cuisson et de l’angle de croissance des cristaux (s’ils poussent même légèrement en diagonale, leur efficacité diminue considérablement). Vous pouvez en apprendre davantage sur les variations entre les lots et les fabricants dans un prochain article du centre de connaissances « Parfois, le césium n’est pas du césium ».

Le message à retenir de cette section est que, s'ils proviennent d'un fabricant fiable, les panneaux au césium sont une technologie très efficace et fiable. En revanche, s'ils proviennent de fabricants de second rang, la qualité et la cohérence des produits au césium sont, au mieux, douteuses.

Coût
Cela nous amène à la discussion sur la « taxe sur le laiton ». Le Gadox, étant relativement plus simple à fabriquer et ayant une plus longue histoire dans le monde de la radiographie, est généralement moins cher et plus fiable (d'un fabricant à l'autre), le compromis étant une sensibilité à la dose légèrement inférieure. Le prix des panneaux plats utilisés par le Gadox est également plus cohérent sur l'ensemble du marché en raison de l'absence de variabilité.

Les prix des panneaux plats au césium varient quant à eux considérablement sur le marché, tout comme la qualité des produits. Chez les fabricants de premier plan, les panneaux au césium vont coûter un peu plus cher, mais seront beaucoup plus fiables et, grâce à leur sensibilité accrue aux rayons X, produiront la meilleure qualité d'image brute à la dose la plus faible. Là encore, chez les fabricants de second plan, les prix seront plus bas (au niveau des panneaux au Gadox), mais avec des incohérences notables entre les lots et entre les fabricants.

Matériel et logiciel
Il convient toutefois de rappeler que toutes ces différences concernent le matériel et ne présentent qu'une légère variation de sensibilité de l'écran. Tout cela est très secondaire par rapport à l'étape la plus importante du processus d'acquisition : le traitement de l'image. Les différences mineures au niveau des pixels ne donnent que les données d'image brutes, qui sont pratiquement inutiles en termes de diagnostic.

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