Évaluation d'un détecteur à photodiode à avalanche couplé à un cristal scintillateur : application à la tomographie par émission de positons à haute résolution spatiale
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Publication date
1989Author(s)
Martel, Charles
Abstract
L'intérêt de la tomographie par émission de positons comme moyen d'investigation médicale repose sur la possibilité qu'offre cette méthode de visualiser et de quantifier de façon non-traumatisante les fonctions physiologiques et biochimiques du corps humain. En principe, la tomographie par positons permet de mesurer la distribution de radiotraceurs jusqu'à une précision spatiale de l'ordre de 2 à 3 mm, cette limite théorique étant déterminée par la portée des positons dans les tissus et la non-colinéarité d'émission de la radiation d'annihilation. Le système de détection qui permet intrinsèquement de tendre vers cette limite théorique est réalisé par l'assemblage de petits détecteurs discrets (section = 3 mm) sur un anneau. Ces détecteurs, dit à couplage unique, sont formés d'un cristal scintillateur, à haut pouvoir d'arrêt et grande section photoélectrique (à 511 keV), couplé à un photodétecteur, généralement un tube photomultiplicateur. Étant donné l'encombrement de ce dernier, il est impossible de réaliser un tomographe à anneaux multiples nécessaire aux acquisitions volumiques. Des systèmes de détection, basés sur une technique d'encodage de la lumière de scintillation, résolvent ce problème par le couplage de plus d'un cristal scintillateur par voie photodétectrice. Ces systèmes ne permettent pas toutefois de tendre vers la limite théorique à cause de l'imprécision liée à la technique d'encodage. Le module de détection RCA C30994E évalué dans ce travail et mis en marché par la compagnie R.C.A., apporte une meilleure solution, par l'utilisation comme photodétecteur, d'une photodiode à avalanche de très petite dimension (4x4 mm). Cependant, celle-ci pose, par son niveau de bruit et son faible gain (= 100 versus 10 6 -10 8 pour un tube photomultiplicateur), des contraintes d'utilisation importantes. Le but du présent travail consiste à vérifier les possibilités d'application du module RCA C30994E (couplé à un pré-amplificateur adapté) en tomographie par émission de positons à haute résolution spatiale par la mesure de ses caractéristiques de résolution en temps, en énergie, et de réponse spatiale. L'étude systématique de 20 modules RCA C30994E a montré, qu'en moyenne, des résolutions en énergie et en temps de 30 % FWHM et 15 ns FWHM sont respectivement obtenues. Ces performances sont compatibles avec celles requises en tomographie par émission de positons. L'étude de la réponse spatiale a montré qu'un tomographe basé sur le module RCA C30994E peut atteindre une résolution spatiale, intrinsèque au système de détection, du même ordre que la limite théorique fixée par la portée des positons et la non-colinéarité d'émission de la radiation d'annihilation. L'analyse a également permis d'isoler les diverses contributions de la résolution spatiale et de tirer des conclusions sur leur importance relative.