Étude de la collecte de lumière dans les cristaux à scintillation utilisés en tomographie d'émission par positrons à haute résolution

• Main Author: Carrier, Christian
• Other Authors: [non identifié]
• Language: French
• Published: Université de Sherbrooke 1988
• Online Access: http://hdl.handle.net/11143/11707

En tomographie par émission de positrons (TEP), le principal facteur limitant la résolution spatiale au niveau de l'image est la résolution intrinsèque de l'appareil. Cette résolution intrinsèque est essentiellement déterminée par la précision de la mesure de position d'interaction des photons gamma au niveau de l'anneau de détection. Pour atteindre la résolution théorique maximale permise par le principe de la TEP, les détecteurs doivent être discrets et leur section doit être de l'ordre de 3mm. Le couplage un à un de scintillateurs discrets avec des photodétecteurs conventionnels devient extrêmement difficile, voire impossible dans le cas où la réalisation d'anneaux multiples est désirée. Pour résoudre ce problème nous proposons l'usage d'un nouveau type de photodétecteur à l'état solide de très petite dimension: une photodiode à avalanche (PDA). Le choix de ce photodétecteur comporte néanmoins des limitations au niveau du rapport signal sur bruit pour la mesure en coïncidence des événements, tout semi-conducteur étant intrinsèquement bruyant. Pour que l'implantation des photodiodes à avalanche en TEP soit viable, il devient essentiel d'optimiser le signal issu du détecteur: une technique permettant d'arriver à cette fin consiste à maximiser la fraction du signal lumineux incident sur la diode en modifiant la géométrie du cristal utilisé ainsi que la disposition des réflecteurs apposés sur ses surfaces. Le but du présent travail consiste donc en la recherche de configurations de cristal optimales en vue de leur application en TEP. La première partie portera sur la modélisation théorique du comportement des photons dans le volume des cristaux en utilisant des géométries à haut niveau de symétrie. La géométrie parallélépipède rectangle sera étudiée plus en détail, celle-ci étant la plus couramment utilisée en TEP. Nous mettrons ainsi en évidence l'importance de la fraction confinée de la lumière de scintillation dans le volume des cristaux à indice de réfraction élevé (e.g. Germanate de Bismuth: 65% pour un cristal parallélépipède rectangle nu). Dans un second temps, des configurations de cristaux plus complexes seront étudiées par simulation Monte Carlo sur ordinateur. Enfin la validité des modèles ainsi que diverses configurations représentatives seront testées expérimentalement sur les cristaux. Les résultats suggèrent qu'un gain en signal de plus de 30% est possible par rapport à un module de détection déjà disponible sur le marché. Ce gain tient son origine de l'élimination complète des modes piégés dans le volume par la brisure de la symétrie du scintillateur et de l'optimisation de la fraction active de couplage entre le photodétecteur et le plan de détection. Une configuration de module utilisant deux scintillateurs de natures différentes (Germanate de Bismuth et Orthosilicate de Gadolinium), sera également proposée, cette configuration permettant d'obtenir une information sur la profondeur d'interaction dans la section de l'anneau.