Développement et caractérisation d’un nouvel instrument dédié à l’autoradiographie β

Développement et caractérisation d’un nouvel instrument dédié à

l’autoradiographie βJ. Samaratia, G. Charpaka, P. Coulona, M. Leguayb, P. Lerayb, S. Luponeb, L. Luquinb, V. Metivierb, M. Meynadiera, E. Morteaub,

D. Thersb

aBiospace Mesures, 10 rue Mercoeur, 75011 PARISbSubatech, UMR Université de Nantes, Ecole des Mines de Nantes, IN2P3/CNRS, 44307 NANTES

Plan

• L’autoradiographie β

• Les techniques existantes

• Le PIM β-Imager :– Principe de détection– L’électronique d’acquisition– Le « trigger »– Résultats obtenus en 3H et en 14C

• Conclusion

L’AUTORADIOGRAPHIE β• Technique d’imagerie qui permet la localisation de la distribution d’un élément

marqué à l’aide d’un isotope (ex.: 3H, 14C..) dans des coupes tissulaires.

Coupe de rat marqué au 3H Coupe de rein marqué au 3H

(avec la permission de Biospace Mesures)

Techniques actuelles• Films ou émulsions

photographiques

• avantages: simplicité, faible coût, excellente résolution spatiale (20μm).

• inconvénients: faible sensibilité (pour des émetteurs de faible énergie) => temps d’exposition long (plusieurs mois), réponse non linéaire et saturation.

• Ecrans phosphores

• avantages: réponse linéaire, sensibilité bcp plus élevée que le film (réduction du temps d’exposition), résolution spatiale (< 200μm).

• Inconvénients: saturation, impossibilité de détecter du 3H avec les plaques usuelles.

• Détecteurs gazeux (mode PPAC)• avantages: linéarité quasi parfaite, très grande sensibilité , résolution spatiale (< 200μm), détection du 3H possible.•Inconvénients: nécessite un dispositif lourd (système gaz, HT)

Détecteurs gazeux: + image en ligne - le rendre plus facile d’utilisation

Principe de détection PIM(Parallel Ionisation Multiplier)

Etage de diffusionE ~4kV/cm sur 4 mm

Cathode Source β

Particule β incidente

Espaceur 300 μm

Microgrille

Plan d’anodePads(750750μm2

)

Etage d’amplificationE ~20kV/cm sur 300 m

Ne/10% iC4H10

Description du détecteur

Mécanique du détecteur• Microgrille Ni

• Caractéristiques: pas de 50 μm, ø trou de 39 μm, largeur du barreau 11 μm et épaisseur de la grille 6 μm.

Plancher de lecture• Caractéristiques: 102400 pixels (320×320) de 750 μm de côté

• Multiplexage géométrique du plancher: 2 pistes par ligne de pads et 1 pad sur 4 connecté à la même piste pour limiter le nombre de voies d’électronique

Plancher de lecture(connectique (vias) entre les pads et les pistes)

Profondeur: 142 μmProfondeur: 58 μm

Electronique de lecture• Lecture des pistes par 20 cartes GASSIPLEX => 1280 voies d’électronique

pour lire les données de 102400 pixels !!

• La chaîne électronique qui permet d’enregistrer l’information reçue par les pads qui sera écrite sur le disque d’un PC.

• Traitement de l’information 1.2 μs après l’entrée d’une particule dans le volume gazeux (cf trigger).

• Electronique détermine le temps mort de l’acquisition.

• Possibilité d’enregistrer jusqu’à 10000 évts./s.

Electronique d’acquisition

Le « trigger »

• Détermine le temps d’arrivée de chaque particule β dans le détecteur.

• Difficulté: grande surface => bruit important => développement d’une électronique spécifique dédiée.

Electronique trigger

• 0.5μs en X• 200 mV en Y.

Résultats avec une source de 14C• Eamplification= 21.7 kV/cm

Edérive= 4 kV/cm

• efficacité de reconstruction ~ 50%

• résolution ~ 60 m (FWHM)

200 m

500 m

300 m

1.5 mm

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30 35 40Distance (mm)

Comp

tage (

coup

s)

• Eamplification=21.7 kV/cm Edérive=4 kV/cm

• efficacité de reconstruction ~ 75%

• résolution ~ 50 m (FWHM)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 5 10 15 20 25Distance (mm)

Com

ptag

e (c

oups

)

80 m 100 m70 m50 m 60 m 90 m

Résultats avec une source de 3H

Conclusion

Résultats encourageants obtenus sur une lame => optimisation.

Passage à une grande surface => plusieurs lames en conservant une résolution < 100 μm (FWHM) avec une efficacité 50 % en 14C et 70 % en 3H.