Démonstrateur optique CaLIPSO pour l’imagerie TEP clinique et préclinique

L’imagerie TEP repose a l’heure actuelle sur des detecteurs a base de cristaux scintillants ou de semi-conducteurs. Le projet CaLIPSO propose de tirer parti a la fois de l’emission de lumiere (par effet Cerenkov) et de l’ionisation du milieu de detection, pour realiser un detecteur de resolution temporelle et spatiale amelioree. Le milieu de detection, le TriMethylBismuth liquide a temperature ambiante, de par sa forte teneur en Bismuth, permet une detection par effet photoelectrique efficace. Cette etude a pour objectif de concevoir et d’optimiser le detecteur optique du projet CaLIPSO, afin de prouver le concept de la detection de photons de 511 keV par effet Cerenkov dans le TMBi, et de caracteriser les performances d’un tel detecteur en termes de resolution temporelle et efficacite de detection. Un premier demonstrateur a valide le principe de detection reposant sur l’effet Cerenkov, bien que ses performances soient decevantes. C’est la raison pour laquelle nous avons entrepris un effort d’optimisation en simulation Monte Carlo dans Geant4, afin d’ameliorer la collection de la lumiere Cerenkov dans le detecteur, et donc son efficacite de detection et sa resolution temporelle. Avant, nous avons mesure les proprietes optiques du TMBi (indice de refraction, absorption et diffusion de la lumiere), afin d’etre capables de modeliser la propagation de la lumiere Cerenkov dans le detecteur. Nous avons egalement optimise par simulation Monte Carlo l’outil permettant la mesure de resolution en temps, un cristal scintillant de YAP:Ce couple a un PMT. Cela a permis une mesure plus fine de la resolution temporelle du demonstrateur. A l’issue de ces travaux, nous avons construit un second demonstrateur optique. On mesure alors une efficacite de detection de l’ordre de 32% pour une resolution en temps de 660 ps (FWHM). L’efficacite mesuree prouve que le detecteur est pleinement efficace a detecter les conversions photoelectriques du photon de 511 keV (27% des photons incidents). Plusieurs optimisations technologiques sont proposees pour ameliorer la resolution temporelle, et esperer a l’avenir une mesure du temps de vol des photons gamma.