Détecteur optique (Cherenkov) de photons 511keV, rapide et efficace, pour l'imagerie TEP

par Clotilde Canot

Projet de thèse en Physique des particules

Sous la direction de Viatcheslav Sharyy.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Particules, hadrons, énergie et noyaux: Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation , en partenariat avec DSM-Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    La Tomographie par Emission de Positrons (TEP) est une technique d'imagerie utilisée largement dans le traitement de cancer et dans les recherches neurobiologiques. Il s'agit de détecter deux photons de 511 keV produits par l'annihilation d'un positron dans les tissus. Elle image ainsi l'activité biologique des organes. Mesurer avec une très bonne précision la différence de temps de détection des deux photons permet d'améliorer la qualité d'image. Dans cette thèse nous proposons de développer un détecteur innovant en utilisant la détection de la lumière Cherenkov produite par la conversion des photons de 511 keV. Nous attendons une résolution meilleure que 150 picosecondes. Deux configurations sont à étudier, un détecteur utilisant un cristal « radiateur Cherenkov » et un détecteur qui utilise un liquide innovant, couplé avec le photo-multiplicateur optimisé pour la détection de la lumière Cherenkov. Le travail de thèse inclut : Simulation de détecteur avec le logiciel Geant4 et participation à la conception et au développement des détecteurs. Réalisation et du montage du détecteur, dans tous ses aspects: mécanique et électronique (analogique et numérique).Caractérisation et optimisation des performances de détection. Projection vers le détecteur TEP « taille clinique » avec la technologie développée.

  • Titre traduit

    Fast and Efficient Optical Cherenkov Detector for PET


  • Résumé

    Positron emission tomography (PET) is a nuclear imaging technique widely used in oncology. Decay of the tracer emits positrons, which annihilate in the nearby tissue. Two gamma quanta with the energy 511 keV are produced by positron annihilation and allow one to reconstruct the annihilation vertex and distribution of the tracer activity in the body of the patient. The time-of-flight (TOF) technique allows one to improve the signal-to-noise ratio in full body scans and therefore the image quality, or, alternatively, to reduce the dose injected, keeping the same image quality. This technique measures the difference in time between the two annihilation photons in addition to their position. In this thesis we propose to develop an innovative detector using the Cherenkov photons produced by electrons from the photo-ionization conversions of 511 keV gamma. We expect to reach a time resolution better than 150 psec. We propose to study two configurations. The first uses the heavy crystal as a Cherenkov radiator, the second uses the heavy liquid radiator. In both configuration the photo-multiplier optimized for the detection of the Cherenkov light will be used. The Ph.D. study will consist in the detectors simulation with Geant4 software, development of the detector concept, construction and commissioning of the mechanical and electronics part of the detectors. The final step will be the characterization and optimization of the detector performances and extrapolation of the developed technology to the “clinical size” PET detector.