La seconde configuration de l’imageur positon

Pour réaliser la caractérisation des performances de la configuration avec une seule matrice, nous avons assemblé grâce à de la graisse optique une matrice de SiPMs, un scintillateur "témoin" pixélisé en LYSO, un guide de lumière et un scintillateur "signal" en plastique recouvert du revêtement réfléchissant spéculaire (fig. 4.29). Afin d’optimiser nos chances de discriminer les deux scintillateurs, nous avons évalué une configuration avec un guide de lumière de 2 mm. Le détecteur est éclairé à l’aide d’une source de 22Na à travers la même mire que celle utilisée pour la caractérisation de la configuration avec deux SiPMs (cf. §4.1.4.1). Comme pour cette dernière, la correction d’uniformité de la réponse de la matrice de SiPMs présentée au paragraphe 4.1.2.3.1 est mise en œuvre. L’algorithme de reconstruction optimisé au paragraphe 4.1.4.1.4 a également été utilisé (barycentrage avec un seuil de 4 photoélectrons).

4.1.4.2.1 Discrimination des scintillateurs

La discrimination des scintillateurs "signal" et "témoin" est basée sur le calcul, pour chaque évènement, de l’écart type de la distribution en charge σ et du ratio en charge entre le pixel le plus chaud et la somme des autres pixels rZ. Afin de déterminer le seuil optimal

Figure 4.29 – Composants de la seconde configuration de l’imageur positon basée sur l’utilisation d’une seule matrice de SiPMs.

de discrimination en σ et rZ en fonction de la position du point d’interaction reconstruit, l’image a été découpée en 16×16 zones et nous avons tracé pour chacune d’entre elles la distribution des rZ et des σ. Contrairement aux simulations, nous n’avons pas accès à la distribution séparée associée à chaque scintillateur, mais à la somme des deux. Nous ne pouvons donc pas choisir le seuil en charge en déterminant celui qui offre l’erreur minimale. Nous avons donc considéré que le seuil optimal correspond au minimum local situé entre les deux distributions des scintillateurs "signal" et "témoin" (fig. 4.30).

La figure 4.30 présente les distributions de rZ et σ pour deux régions sur la diagonale

Figure 4.30 – Distributions de rz (gauche) et σ (droite) pour des positions d’interaction proche du centre (rouge) ou de la périphérie du détecteur (bleu).

de l’image de la mire. On observe que si les pics de la distribution pour rZ correspondant à chaque scintillateur sont bien distincts au centre du détecteur, ceux-ci se rapprochent à la périphérie et la discrimination se dégrade. La troncation de la lumière par les bords du détecteur diminue en effet la contribution des queues et augmente donc rZ, mais aussi les fluctuations statistiques dues au plus faible nombre de photons récupérés. Pour permettre une bonne discrimination des scintillateurs, il est donc nécessaire d’adapter le niveau du seuil en fonction de la position d’interaction. Pour rZ, le seuil optimal augmente lorsqu’on s’approche des bords du détecteur. Par rapport aux résultats des simulations présentées au chapitre 3 (cf §3.2.2.4), la discrimination des scintillateurs est moins bonne que prédite. Le rapport des valeurs moyennes des distributions en rZ pour les 2 scintillateurs dans la partie centrale du détecteur est d’environ 6,6 pour les simulations contre 5 pour les mesures. De manière plus significative, les largeurs des distributions sont également plus importantes (de 0,16 et 0,52 pour le scintillateur "signal" et le scintillateur "témoin" dans le cas des simulation contre 0,3 et 0,73 pour les mesures). Comme l’ont montré les simulations, et comme le confirment les mesures, la distribution de σ permet une moins bonne discrimination des scintillateurs. Ainsi, pour les évènements les plus au centre, deux pics peuvent être distingués mais ce n’est plus le cas près des bords (fig. 4.30). La méthode de discrimination retenue est donc celle basée sur la mesure de rZ.

La figure 4.31 présente l’image obtenue avant discrimination des scintillateurs. On observe 16 points correspondants à l’interaction des γ de 511 keV émis par la source de

22Na dans les 16 pixels du scintillateur LYSO. Ceux-ci étant couplés un à un aux SiPMs de la matrice, et la pixellisation guidant fortement la lumière, l’algorithme de barycentrage les reconstruits au centre de chaque SiPM. Sur la version saturée de l’image, on observe la présence d’un bruit de fond dû à l’interaction des rayonnements γ dans le scintillateur "signal". La présence de structures dans ce fond (lignes rejoignant les centres des SiPMs)

s’explique par le fait que le LYSO contient du176Lu qui est un émetteur β−

. Les électrons émis peuvent exciter deux pixels du scintillateur simultanément en traversant la couche de peinture

Figure 4.31 – Images obtenues en éclairant la mire avec la source de 22Na avant discrimination des scintillateurs en pleine dynamique (gauche) ou saturée afin que la contribution des évènements β et γ interagissant dans le scintillateur "signal" soit visible (droite).

Figure 4.32 – Images des scintillateurs "signal" (gauche) et "témoin" (droite) obtenues après dis-crimination. L’image du scintillateur "témoin" a été saturée afin que la contribution des évènements de faible intensité soit visible.

séparatrice. La position d’interaction est alors reconstruite par l’algorithme de barycentrage sur une ligne entre les deux pixels. On visualise également les points correspondants aux trous de la mire générés par l’interaction des positons dans le scintillateur "signal". La figure 4.32 présente les résultats obtenus après avoir appliqué la discrimination des scintillateurs en utilisant les seuils optimaux définis lors de la phase préliminaire. On observe que les trous de la mire ont parfaitement été retirés de l’image du scintillateur "témoin". On retrouve également les lignes rejoignant les centres des pixels. Ces structures sont bien visibles pour les zones proches du centre de la matrice, mais n’apparaissent plus lorsqu’on est près du coin de l’imageur ce qui montre la difficulté de discriminer les événements issus des deux scintillateurs dans cette zone. Sur l’image du scintillateur "signal", on visualise très distinctement les points correspondants aux trous de la mire. Les points chauds correspondants à l’interaction des photons γ dans les pixels du LYSO ont parfaitement été retirés. Le bruit de fond γ est également très uniforme au centre de l’image, mais des inhomogénéités apparaissent à la périphérie. Celles-ci illustrent la difficulté à bien discriminer les événements des scintillateurs "signal"et "témoin" près des bords du détecteur. Ainsi, on observe à la périphérie de l’image "signal" des modulations d’intensité du comptage dues à la discrimination imparfaite des

évènements du signal "témoin".

4.1.4.2.2 Performances spatiales

Les performances d’imagerie de la seconde configuration de l’imageur ont été mesurées en irradiant la mire avec une source de204Tl. La méthode de discrimination des scintillateurs présentée précédemment a été mise en œuvre pour distinguer le signal β provenant du scintillateur "signal" du bruit intrinsèque du scintillateur LYSO "témoin". Nous obtenons une résolution spatiale de 0,67±0,19 mm et 1,49±1 mm pour le centre et la périphérie respecti-vement. Le facteur de resserrement est de 0,94±0,05 et le biais non-linéaire à la périphérie de 0,3±0,3 mm. Ces performances dégradées d’imagerie par rapport à la configuration avec deux matrices s’expliquent par le fait que l’on utilise un guide de lumière de 2 mm qui étale

plus la lumière et rend donc la méthode de barycentrage plus sensible à la troncation de la distribution de lumière par les bords absorbants du scintillateur.