Development of the XEMIS2 liquid xenon Compton camera for 3-gamma imaging : studies and optimization of scintillation light measurements
Développement de la caméra Compton au xénon liquide XEMIS2 pour l'imagerie 3-gamma : études et optimisation des mesures de la lumière de scintillation
Résumé
The work described in this thesis is focused on the studies and optimization of scintillation light measurements in an innovative XEnon Medical Imaging System, named XEMIS2, consisting of a liquid xenon Compton camera, designed for low activity small animal 3-gamma imaging. The main objective of XEMIS2 involves the 3D localization of a radiopharmaceutical labeled with a specific radio-nuclide, such as Scandium-44, and the reduction of the administered activity while preserving the image quality. In XEMIS2, the scintillation light mainly provides the gamma-rays interaction time. A set of photomultiplier tubes are distributed around the active volume to measure it. Besides, a self-triggered scintillation light measurement system has been specially developed for XEMIS2 to carry out. The data acquisition prototype has been implemented and qualified in the XEMIS1 under the XEMIS2 operation conditions. The experimental results indicate that the dedicated detection system has a good performance in scintillation light measurement. Furthermore, it is possible to spatially pre-localize the gamma-rays interactions and achieve the virtual fiducialization of the active volume by matching the scintillation signals with the ionization signals through an algorithm on the basis of the light collection map, which contributes to reducing the occupancy of the TPC (Time Projection Chamber) in the context of increasing the injected activity to shorten the exposure time.
Les travaux décrits dans cette thèse sont centrés sur les études et l'optimisation des mesures de la lumière de scintillation dans un système d'imagerie médicale innovant, appelée XEMIS2. Il est constitué d'une caméra Compton au xénon liquide, conçue pour une imagerie 3-gamma des petits animaux à faible activité. L'objectif principal de XEMIS2 est la localisation en 3 dimensions d'un radiopharmaceutique marqué avec un radionucléide spécifique, tel que le Scandium-44, et la réduction de l'activité administrée tout en préservant la qualité de l'image. Dans XEMIS2, la lumière de scintillation fournit principalement le temps d'interaction des rayons gamma. Un ensemble de photomultiplicateurs sont répartis autour du volume actif pour le mesurer. En outre, un système de mesure de la lumière de scintillation auto-déclenché a été spécialement développé pour XEMIS2 afin d’effectuer une prise de données continue avec un temps mort électronique négligeable. Le prototype d'acquisition de données a été implémenté et qualifié dans le prototype XEMIS1 en prenant en compte les conditions de fonctionnement propres à XEMIS2. Les résultats expérimentaux indiquent que ce système de détection dédié a de bonnes performances dans la mesure de la lumière de scintillation. De plus, en corrélant les signaux de scintillation avec les signaux d'ionisation par un algorithme sur la base de la carte de collection de lumière, il est possible de pré-localiser spatialement les interactions des photons gamma et ainsi de réaliser la fiducialization virtuelle du volume actif. Ceci contribue à réduire l'occupation de la TPC (Time Projection Chamber) dans le cadre d’une possible augmentation de l’activité injectée afin de raccourcir le temps d'exposition.
Origine : Version validée par le jury (STAR)