La résolution et la linéarité spatiale

La figure 3.16 résume les performances spatiales pour les différentes configurations de l’imageur. Nous ne présentons ici que les résultats obtenus avec une source γ de 511keV. Le spectre Compton des γ s’étalant sur une gamme d’énergie plus faible que le spectre d’absorp-tion du 18F (pour la configuration avec 2 SiPMs et un guide de 1 mm, le nombre moyen de photons collectés est de 200 et 320 pour des photons γ ou des positons respectivement), nous obtenons une résolution spatiale en moyenne 15% meilleure en β. La distorsion ne présente en revanche pas de différence significative selon le type de rayonnement incident. Comme attendu, on observe pour toutes les configurations que la résolution spatiale se dégrade avec l’augmentation de l’épaisseur du guide, à cause de l’élargissement de la distribution de lumière sur le capteur (fig. 3.16). Sa troncation sur les bords entraine également une

ation des sy stèmes de détection 105

Figure 3.16 – Performances de résolution et de distorsion (facteur de resserrement et biais non-linéaire) pour les configurations avec deux matrices de SiPMs (haut), une seule matrice avec un scintillateur "témoin" continu (milieu) et une seule matrice avec un scintillateur "témoin" pixelisé (bas). Tous les scintillateurs sont des scintillateurs plastiques. Les résultats sont présentés pour le scintillateur "signal" (bleu) et le scintillateur "témoin" (rouge). La résolution, le facteur de resserrement et le biais non-linéaire moyens sont calculés pour tous les points sources de la région centrale (◦) ou

dégradation de la résolution spatiale sur la zone périphérique. Ceci s’explique en partie par la diminution du nombre de charges collectées. Le facteur de resserrement de l’image augmente lui aussi avec l’épaisseur du guide de lumière (la pente de la courbe de linéarité en position diminue), car une plus grande proportion de la lumière de scintillation est tronquée par les bords avant d’avoir atteint la matrice. En revanche, le biais non-linéaire dans la partie centrale s’améliore avec l’épaisseur du guide car l’étalement de la lumière permet alors de toucher plus de deux SiPMs quelque soit la position d’interaction, ce qui améliore la qualité du barycentrage. L’effet de troncation par les bords ne se fait alors sentir au centre que pour des fortes épaisseurs de guide de lumière. Pour les faibles épaisseurs de guide, la lumière est par contre susceptible de ne s’étaler pour certaines positions que sur un ou deux pixels. La reconstruction tend alors à rapprocher le barycentre du centre du pixel le plus chaud conduisant à une inhomogénéité de la réponse spatiale (fig. 3.17 et 3.16). Cet effet très net sur la partie centrale est également visible sur la périphérie qui commence par décroître pour des épaisseurs faibles de guide lumière avant d’augmenter à cause des effets de bord. Pour la configuration avec deux matrices de SiPMs, l’inhomogénéité de la distorsion dans la partie centrale du détecteur se stabilise à sa valeur minimale pour une distance d’environ 1 mm. La résolution moyenne sur l’ensemble du champ de vue pour un guide de 1 mm est de 0,8 mm et le biais non-linéaire moyen sur les parties centrales et périphériques est respectivement de 0,08 et 0,19 mm. La configuration utilisant un scintillateur de GSO continu pour le détecteur "témoin" présente une résolution spatiale améliorée d’environ 40% par rapport à celle du scintillateur plastique (0,54 mm FWHM). Sa distorsion est en revanche très proche avec des biais non-linéaires moyens de 0,07 et 0,19 mm. L’amélioration de la résolution est due au numéro atomique plus élevé du GSO, qui accroît la proportion de γ interagissant par effet photoélectrique et donc l’énergie moyenne déposée.

Figure 3.17 – Images simulées dans le cas de la configuration avec deux SiPM, sans guide de lumière (gauche) ou avec un guide de 1mm (droite)

Pour les configurations utilisant une seule matrice et un scintillateur "témoin" continu, la résolution spatiale et la distorsion du scintillateur "signal" se comportent de manière identique à celles de la configuration avec deux matrices de SiPMs lorsque l’épaisseur de milieu diffusant interposé est équivalente. La résolution du scintillateur "témoin" se dégrade par contre beaucoup moins vite avec l’épaisseur du guide, puisque celle-ci n’affecte que la

partie de la lumière émise en direction du scintillateur "signal". Pour les mêmes raisons, le resserrement observé avec le scintillateur "témoin" varie peu et se stabilise très rapidement autour d’une épaisseur de guide de 2 mm.

Dans le cas de la configuration avec un scintillateur "témoin" pixelisé, seules les perfor-mances du scintillateur "signal" sont représentées sur la figure 3.16. En effet, la pixelisation du scintillateur "témoin" guidant très fortement la lumière, le signal est systématiquement reconstruit au centre du pixel dans lequel il a interagi. Il n’est donc plus possible de remonter à la position d’un évènement avec une résolution supérieure au pas des pixels (3,2 mm). L’éclairage γ uniforme de cette configuration a montré que chaque pixel était clairement résolu avec un pourcentage d’évènements attribués au mauvais pixel ne dépassant pas 6% quelque soit l’épaisseur du guide de lumière. Concernant les performances du scintillateur "signal", on obtient, à épaisseur de milieu diffusant interposé équivalente, une résolution spatiale et une distorsion légèrement améliorée par rapport à la configuration avec un scintillateur arrière continu, car la pixellisation du scintillateur arrière restreint la dispersion de la lumière. Les performances comparables obtenues avec les scintillateurs pixelisés plastique et LYSO démontrent que la différence d’indice optique entre ces deux matériaux n’impacte pas de manière significative l’étalement de la lumière issue du scintillateur "signal".

3.2.2.6 Conclusion sur la géométrie de l’imageur positon : un compromis entre