Etude et optimisation d'une sonde gamma état solide à détection indirecte

by Jérôme Chavanelle

Doctoral thesis in Physique

Under the supervision of Michel Parmentier.

defended on 2003

in Besançon , in a partnership with Université de Franche-comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .

  • Alternative Title

    Study and optimization of a solid state gamma ray probe using indirect detection


  • Abstract

    Nuclear medicine is a powerful technique which allows to obtain functional information on the studied organ. At present, gamma ray imaging devices use mainly an indirect detection method, in which a scintillator crystal is coupled to photomultiplier tubes. These gamma-cameras are bulky, senstive to magnetic fields and a high voltage power supply is required. These drawbacks don't exist if one replaces the photomultiplier tubes by pin photodiodes. However, these components have no internal gain. Thus, signal delivered by the photodiodes is very weak and the performances of this kind of detector are significantly impaired by electronic noise. In order to design a high performance detector, it is necessary to optimize at the same time the electronic signal to noise ratio and the collection of the light produced by the scintillator crystal. These two points are the aim of this thesis. A monte carlo simulation of light photon transport was developed in order to optimize crystal shape, dimensions and surface properties, for improve light collection by the photodiode. A detailed study of noise souces led to develop and achieve an amplifier adapted to photodiode currents and to obtain an exploitable signal. Tests of two prototype performances allow to characterize energy resolution over a range of energies going from 122 kev to 662 kev. For an optimal configuration of the crystal-photodiode unit, an energy resolution of 15,1% was obtained at 140 kev.


  • Abstract

    La medecine nucleaire est une technique puissante permettant d'obtenir une information fonctionnelle sur l'organe etudie. Les detecteurs gamma actuels utilisent principalement une methode de detection indirecte ou un cristal scintillateur est couple a des tubes a vide. Ces gamma-cameras sont volumineuses, sensibles aux champs magnetiques et necessitent une alimentation haute tension. Ces inconvenients n'existent pas si on remplace les tubes photomultiplicateurs par des photodiodes pin. Cependant, ces composants sont depourvus de gain interne. Le signal delivre par les photodiodes est donc tres faible et le bruit electronique va degrader de maniere importante les performances de ce type de detecteur. Il est necessaire pour concevoir un appareil de qualite, d'optimiser a la fois le rapport signal sur bruit de l'electronique et la collection de la lumiere produite par le cristal scintillateur. Ces deux points constituent ce travail de these. Une simulation par methode de monte carlo du transport des photons visibles a ete developpee pour etudier les influences de la forme, des dimensions et des etats de surface du cristal scintillateur sur la collection de la lumiere par la photodiode. Une etude detaillee des sources de bruits a permis le developpement et la realisation d'une electronique d'amplification adaptee au courant delivre par la photodiode et d'obtenir un signal exploitable. Les tests des performances de deux prototypes ont permis de caracteriser les resolutions energetiques sur une gamme d'energies allant de 122 kev a 662 kev. Pour une configuration optimale de l'ensemble cristal-photodiode une resolution energetique de 15,1% a ete obtenue a 140 kev.

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Informations

  • Details : 184 p. ; 30 cm
  • Notes : Reproduction de la thèse autorisée
  • Annexes : Bibliogr. p.175-184

Where is this thesis?

  • Library : Bibliothèque universitaire Sciences - Sport (Besançon).
  • Available for PEB
  • Odds : SCI.BESA.2003.72
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