Conception et réalisation d'un module de détection d'un tomographe à émission de positrons dédié à l'imagerie du petit animal

Design and realization of a detector module for a position emission tomography system dedicated to small animals

• Auteur / Autrice : Samuel Salvador
• Direction : David Brasse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Positons

Tomographes

Résumé

Le système de micro-Tomographie par Emission de Positrons (TEP) en développement dans le groupe ImaBio fait partie intégrante de la plateforme d’imagerie multimodale du petit animal AMISSA. Il est conçu sur la base d’une géométrie axiale innovante où les cristaux scintillants de LYSO:Ce sont orientés parallèlement à l’axe de rotation du système. La matrice de 768 cristaux ainsi formée est insérée entre deux photodétecteurs multivoies à galettes de microcanaux assurant sa lecture. Les positions d’interaction des photons γ sont alors mesurées dans les trois dimensions. Un dispositif électronique dédié assure le traitement des charges collectées, formant avec la matrice et les photodétecteurs, un module de détection. Cette conception s’affranchit ainsi des contraintes liées aux géométries radiales en autorisant le placement des modules au plus près du petit animal. Ce travail de thèse a permis de valider expérimentalement et par simulation le concept du micro-TEP axial proposé. L’optimisation des performances du module, par le revêtement des cristaux et par leur longueur, améliore la technique du partage de lumière dans la mesure de la profondeur d’interaction avec une précision inférieure à 1,5 mm. Le suivi des interactions des photons γ dans les modules, propre à une approche 3D, a été validé par des simulations montrant ainsi qu’un imageur micro-TEP basé sur cette géométrie permet d’atteindre une efficacité de détection que les tomographes actuels ne peuvent obtenir. Un système à quatre modules composés de cristaux de 25 mm possèdera une résolution spatiale volumétrique inférieure à 1 mm3 pour une efficacité de détection de 15 %.

The micro-Positron Emission Tomography (PET) is an essential part of the Multimodality Imaging Systems for Small Animals AMISSA developed by the ImaBio team. It is based on an innovative axial geometry where LYSO:Ce crystals are oriented parallel to the rotating axis. The matrix of 768 crystals is read at both ends by two microchannel plates photodetectors delivering output charges. The γ photons interaction positions are then measured in the three dimensions. The collected charges are acquired and processed by a dedicated electronic composing a detector module with the matrix and the photodetectors. This design overcomes the constraints of radial PET geometries by allowing the placement of the detector modules closer to the small animal. The experimental and simulation works performed in this thesis validate the axial geometry concept of the proposed micro-PET. The detector module has been optimized by the crystal length and coating in order to obtain a spatial resolution to a value under 1. 5 mm by measuring the depth of interaction with the light sharing method. The tracking of the γ photons interactions inside a module, specific to a 3D detection, has been validated by simulations. These ones show that an axial micro-PET system is able to obtain a detection efficiency greater than actual imaging devices. A system composed by four modules made with crystals of 25 mm length will achieve a spatial resolution under 1 mm3 and a detection efficiency of 15%.