Conclusion sur la géométrie de l’imageur positon : un com-

La configuration de l’imageur per-opératoire basée sur l’utilisation de deux matrices de SiPMs présente des performances optimales pour une épaisseur du guide de lumière de 1mm. On obtient pour cette épaisseur une résolution spatiale sub-millimétrique sur tout le champ de vue (0,8 mm FWHM), une homogénéité de réponse maximale et un biais non-linéaire moyen inférieure à 0,09 mm (biais non-linéaire moyen sur les parties centrales et périphériques de 0,05 et 0,18 mm). Avec cette épaisseur de guide, la distance entre les scintillateurs "signal" et "témoin" est de l’ordre de 2,5 mm (l’épaisseur de la matrice montée sur son circuit imprimé est d’environ 1,45 mm) (cf. §4.1.2.1). Comme illustré dans la figure 3.14, cette distance permet d’obtenir une très bonne efficacité de réjection du bruit de fond avec une faible sensibilité à la variation de sa distribution spatiale. Cette capacité de réjection peut être renforcée en utilisant un scintillateur "témoin" en GSO à la place du scintillateur plastique, afin de minimiser l’erreur statistique sur l’estimation du bruit de fond γ et donc de diminuer la propagation des erreurs lors du processus de soustraction (Le nombre d’événements γ détectes par le GSO est environ 7 fois plus important qu’avec le plastique pour une même géométrie de source).

La configuration de l’imageur avec deux matrices de SiPMs est celle qui offre les meilleures performances spatiales. Néanmoins, son épaisseur totale est supérieure à 6 mm (cf. §4.1.4.1) et la nécessité d’implémenter deux matrices et leurs électroniques associées augmente son coût. L’architecture avec une seule matrice de SiPMs représente une alterna-tive pour dépasser ces limites. Equipée d’un scintillateur LYSO pixelisé et d’un guide de lumière de 1 mm, d’épaisseur, cette configuration permet d’atteindre une résolution moyenne submillimétrique (0,9 mm FWHM), une bonne capacité de discrimination des scintillateurs (environ 2% d’erreur) et une faible distorsion (biais non-linéaire moyen à la pente sur les parties centrales et périphériques de 0,06 mm et 0,14 mm). Ce montage présente donc des performances très légèrement inférieures à celui avec deux matrices, mais possède l’avantage d’être plus compact, avec une épaisseur inférieure à 4 mm, et d’être moins coûteux. Par contre, la pixelisation du scintillateur "témoin" ne permet plus d’accéder à une image continue

de la contamination γ. L’étude sur l’efficacité de la réjection gamma a toutefois montré que la distribution du nombre d’évènements gamma détecté sur le scintillateur "témoin" varie très peu sur une petite échelle spatiale de l’ordre du millimètre. Une estimation du bruit échantillonné sur des zones de détection de 3,2×3,2 mm2 est donc normalement suffisante pour rejeter efficacement la contamination γ.

3.2.3 Conclusion

Cette étude théorique nous a tout d’abord permis de montrer que le modèle de SiPM présentant les performances les plus adaptées à notre application per-opératoire était le MPPC33-50-BB. Ce choix nous a ensuite guidé dans la conception géométrique globale de la sonde de comptage. De la même manière, les simulations Monte Carlo mises en œuvre pour l’optimisation de l’imageur positon ont permis de mieux comprendre l’impact de l’architecture et des dimensions de l’ensemble scintillateur-guide de lumière-matrice sur les performances en termes d’efficacité de rejection du bruit de fond γ, de résolution spatiale et de distorsion. Dans le chapitre suivant, nous présenterons le développement et la caractérisation expérimentale des premiers prototypes de la sonde de comptage et de l’imageur positon conçus selon les géométries de détection optimale qui viennent d’être définies.

Développement des nouveaux

systèmes de détection per-opératoire

de positons

L’étude théorique présentée dans le chapitre 3 nous a permis de déterminer la configu-ration géométrique optimale des nouveaux systèmes de détection β per-opératoire, en termes de sensibilité, de performances spatiales, de réjection du bruit de fond γ et de compacité. A partir de ces résultats, les premiers prototypes de l’imageur et de la sonde de comptage ont été développés. Le chapitre 4 détaille la mise en œuvre de ces deux prototypes en décrivant leurs caractéristiques composant par composant. La caractérisation et l’optimisation des performances intrinsèques des détecteurs per-opératoires, mesurés sur des sources scellées, seront ensuite présentées. L’impact de la tension d’alimentation et de la température sur ces performances est notamment étudié. Les performances globales des détecteurs déterminées dans un contexte radioactif plus réaliste avec des sources non scellées seront rapportées au chapitre 5.

4.1 L’imageur miniaturisé

Le principe de fonctionnement général et les principales caractéristiques de l’imageur β per-opératoire ont déjà été présentés au chapitre 2 (cf. §3.1.2.2). Nous rappelons que le proto-type de faisabilité possède un champ de vue de 13,6×13,6 cm2. La première configuration de l’imageur est constituée d’un empilement de deux modules élaborés autour d’un scintillateur couplé via un guide de lumière en PMMA à une matrice de 16 SiPMs de 3×3 mm2. La seconde configuration de l’imageur est constituée de deux scintillateurs séparés par un guide de lumière et couplés à une seule matrice de SiPMs. L’énergie déposée par une particule β ou un rayonnement γ interagissant dans l’un des scintillateurs est convertie en spot de lumière de scintillation dont l’étalement sur la matrice de SiPMs est controlé par le guide de lumière. Pour chaque évènement détecté, la charge collectée sur les 16 pixels de la matrice est lue individuellement par une électronique multi-voies, puis transférée jusqu’à un ordinateur d’acquisition pour le traitement et la reconstruction de la position d’interaction et de l’énergie déposée.

Les différentes caractéristiques géométriques, physiques et électriques de chaque com-posant de la chaîne de détection et d’acquisition vont maintenant être décrites en détail. La

caractérisation et l’optimisation des performances intrinsèques des deux configurations de l’imageur positon seront ensuite présentées en fonction du choix du revêtement optique du scintillateur, des paramètres de contrôle des SiPMs (tension d’alimentation et température) et de l’algorithme de reconstruction de l’image.