Etude fondamentale de la scintillation organique sous excitation X : application à la détection et à la dosimétrie en imagerie médicale
Langue Anglais
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Modalités de diffusion de la thèse :
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Thèse confidentielle jusqu'au 19/01/2020.
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Thèse soumise à l'embargo de l'auteur jusqu'au 19/01/2017 (communication intranet).
Auteur : Torres Ruiz, Mauricio Nicolàs
Date de soutenance : 18-12-2014
Directeur(s) de thèse : Jung, Jean-Marc - Barillon, Rémi
Établissement de soutenance : Strasbourg
Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
École doctorale : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
Discipline : Physique
Classification : Physique
Mots-clés libres : Scintillation organique, Dosimétrie rayons X, Dose d’excitation, Dose d’ionisation, Fluorescence de recombinaison, Instrumentation, Étude de déclin de fluorescence, TCSCP (Time-Correlated Single Photon Counting)
Mots-clés :
- Scintillateurs organiques
- Rayons X
- Dosimétrie
- Imagerie médicale
Résumé : La scintillation organique correspond au phénomène d’émission de lumière par un matériau moléculaire à la suite de l’excitation de celui-ci par un rayonnement externe d’énergie donnée. Lors de l’interaction, le dépôt d’énergie induit des transitions électroniques peuplant des états dont la plupart se désexcite de manière non radiative, à l’exception d’une, entre le premier état électronique singulet et l’état fondamental de la molécule. Lors de cette relaxation, un photon de fluorescence est émis. Cette émission a deux origines : i) l’excitation directe par le rayonnement primaire et les électrons secondaires ; elle donne lieu à une émission dite rapide ou prompte ; ii) l’ionisation par le rayonnement primaire et les électrons secondaires ; elle donne lieu à une émission dite lente ou différée. Ce travail de recherche fondamentale, à la fois théorique et expérimental, fait l’analyse de toutes les étapes du processus, de l’interaction primaire à l’émission de fluorescence, de manière à relier la dose déposée à la quantité de lumière émise, à des fins d’applications en dosimétrie médicale. Il repose sur la mesure des déclins de fluorescence de deux molécules modèles, l’anthracène et le paraterphényle, excitées par un flux continu de rayons X, et la séparation des contributions rapide et lente de la lumière émise, aux énergies médicales. Une modélisation analytique des processus physiques conduisant à l’émission de lumière, au regard de la dose déposée, a ensuite été effectuée, faisant apparaître de nombreux résultats originaux. Dans un premier temps, un dispositif expérimental original a été développé, basé sur la technique TCSPC (Time-Correlated Single Photon Counting), afin de pouvoir mesurer des déclins temporels de fluorescence en résolution nanoseconde et sous flux d’irradiation continu. Dans un second temps, nous avons développé une nouvelle approche mathématique permettant d’extraire finement les composantes rapides et lentes du signal. L’analyse des résultats a montré, pour la première fois, l’existence d’un rapport R constant et uniquement fonction du matériau, entre les rendements d’excitation et d’ionisation. Le caractère constant de ce rapport ne peut être attribué qu’à un mécanisme d’autoionisation moléculaire au sein d’un matériau se comportant intrinsèquement comme une chambre d’ionisation proportionnelle pour l’ionisation secondaire de basse énergie. Ceci est en accord total avec la linéarité observée entre l’intensité totale de lumière différée (ionisation) et la dose mesurée par une chambre d’ionisation proportionnelle. Une étude plus approfondie des mécanismes d’excitation, au regard du rapport R, a également permis de montrer, pour la première fois, une proportionnalité directe entre l’intensité totale de la lumière prompte et le dépôt d’une dose que nous avons baptisé dose d’excitation. Cette dose a été observée comme étant de 4 à 14 fois supérieure à celle mesurée par une chambre d’ionisation. Ce résultat original majeur devra impérativement conduire à des études futures afin de mieux comprendre les dégâts infligés à la matière organique et biologique par les excitations.
Type de contenu : Text
Format : PDF
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2014STRAE042
Type de ressource : Thèse
