Développement expérimental d'un télescope Compton au xenon liquide pour l'imagerie médicale fonctionnelle

Experimental development of a liquid xenon compton telescope for functional medical imaging

• Auteur / Autrice : Tugdual Oger
• Direction : Jacques Martino
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Constituants élémentaires et physique théorique
• Date : Soutenance le 06/01/2012
• Etablissement(s) : Nantes, Ecole des Mines
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire SUBATECH Nantes / SUBATECH
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Thers, Michel Chérel, Pascal Dauguet, Ioannis Giomataris, Laurent Ménard, Pol-Bernard Gossiaux
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alain Falvard, Jules Gascon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tomographie par émission

Xénon

Imagerie médicale

Mots clés libres

Xénon liquide

TPC

Imagerie compton

Liquid xenon

TPC

Compton imaging liquid xenon

TPC

Compton imaging

Résumé

L’imagerie 3γ est une nouvelle technique d’imagerie médicale nucléaire qui a été proposée au laboratoire Subatech. Cette technique consiste à localiser tridimensionellement la position de la désintégration d’un radioisotope innovant émetteur (β+, γ), le 44Sc. Il s’agit pour cela d’associer la détection des deux photons gamma de 511 keV issus de la désintégration d’un positon, assurée par une couronne de détecteurs de tomogaphie à émission de positon, à la détection dutroisième photon par un télescope Compton au xénon liquide. La position de l’interaction entre le photon et le xénon, ainsi que l’énergie déposée, sont relevées grâce à la mesure du signal d’ionisation à l’aide d’un chambre MICROMEGAS (MICROMEsh GAseousStructure), tandis que le déclenchement de l’acquisition et la mesure du temps de l’interaction sont assurés parla détection du signal de scintillation. Le principe de la TPC est ainsi utilisé pour l’imagerie Compton.Afin de faire la preuve expérimentale de faisabilité de l’imagerie 3γ, un prototype de petite dimension, XEMIS (XEnon Medical Imaging System), a été développé.Cette thèse constitue une étape importante vers cette preuve de faisabilité. Les travaux qui y sont exposés portent sur la caractérisation de la réponse du détecteur pour un faisceau de gammas de 511 keV et sur l’analyse des données qui en sont issues. La mesure des résolutions en énergie et temporelle seront exposés, ainsi que celle de la pureté du xénon liquide.

3γ imaging is a new nuclear medical imaging technique which has been suggested by Subatech laboratory. This technique involves locating three-dimensional position of the decay of an innovative radioisotope (β+, γ) emitter the 44Sc. The principle consist in the detection of two photons of 511 keV gamma rays from the decay of the positron, provided by a PET ring detector, associated to the detection of the third photon by a Liquid xenon Compton telescope. The energy deposited in the interaction between the photon and xenon and its position are identified by measuring the ionization signal with a MICROMEGAS chamber (MicroMesh Gaseous Structure), while the trigger and time measurement of the interaction are provided by the detection of thescintillation signal. The principle of the TPC is thus usedto Compton imaging.In order to demonstrate experimentally the feasibility of imaging 3γ, a small prototype, XEMIS (Xenon MedicalImaging System) was developed. This thesis is an important step towards the proof of feasibility. In this work are exposed the characterization of the detector response for a beam of 511 keV gamma rays and the analysis of data derived from it. The measurement of energy and time resolutions will be presented, as well as the purity of the liquid xenon.