Contributions aux développements instrumentaux de la caméra XEMIS2, aux mesures embarquées de l'ionisation et de la scintillation

Contributions to instrumental developments for the XEMIS2 camera, on-board ionization and scintillation measurements

• Auteur / Autrice : Dingbang Cai
• Direction : Dominique Thers
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique subatomique (nucléaire et des particules)
• Date : Soutenance le 04/07/2024
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Ginés Martinez Garcia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Thers, Damien Neyret, Marie-Laure Gallin-Martel, Mariangela Settimo, Étienne Testa
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Damien Neyret, Marie-Laure Gallin-Martel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie pour le diagnostic

Imagerie médicale

Xénon

Imagerie par rayonnement gamma diffusé

Mots clés libres

Xénon liquide

PMTs

Lumière de scintillation

Imagerie médicale

Imagerie 3-Gamma

Chambre de projection temporelle

Liquid xenon

PMTs

Scintillation light

Medical imaging

3-Gamma imaging

Time projection chamber

Résumé

Les travaux décrits dans cette thèse sont centrés sur l'évolution de l'imagerie médicale nucléaire, des techniques d'imagerie fondamentales aux innovations actuelles, avec un focus particulier sur la caméra XEMIS2. Cette caméra Compton au xénon liquide est conçue pour l'imagerie 3-gamma des petits animaux à faible activité. L'objectif principal de XEMIS2 est de localiser en trois dimensions un radiopharmaceutique marqué avec un radionucléide spécifique, tel que le Scandium-44, tout en réduisant l'activité administrée sans compromettre la qualité de l'image.La thèse se concentre ensuite sur le développement et les performances de la caméra XEMIS2. Elle couvre les principes opérationnels des chambres de projection temporelle au xénon liquide (LXeTPCs), l'utilisation de la grille de Frisch pour améliorer les performances des chambres d'ionisation, et le processus complexe de la calibration des signaux de scintillation dans XEMIS2 en utilisant la méthode Time over Threshold (TOT). Les efforts d'optimisation des résultats de calibration sont également abordés. En résumant ces avancées technologiques et méthodologiques, la thèse offre une perspective historique et une analyse prospective des impacts potentiels de ces technologies sur les diagnostics médicaux et la recherche.

The work described in this thesis focuses on the evolution of nuclear medical imaging, from fundamental imaging techniques to current innovations, with a particular focus on the XEMIS2 camera. This liquid xenon Compton camera is designed for 3-gamma imaging of small, low-activity animals. The main objective of XEMIS2 is to localize in three dimensions a radiopharmaceutical labeled with a specific radionuclide, such as Scandium-44, while reducing the administered activity without compromising image quality. The thesis then focuses on the development and performance of the XEMIS2 camera. It covers the operational principles of the liquid xenon time projection chambers (LXeTPCs), the use of the Frisch grid to improve the performance of the ionization chambers, and the complex process of calibrating the scintillation signals in XEMIS2 using the Time over Threshold (TOT) method. Efforts to optimize calibration results are also discussed. By summarizing these technological and methodological advances, the thesis provides a historical perspective and a prospective analysis of the potential impact of these technologies on medical diagnostics and research.