M

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GAMMA CAMERA (détection)
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Les détecteurs à rayons g sont
- les chambres à ionisations
- les détecteurs semi-conducteurs
- les détecteurs à scintillations
Seuls ces derniers sont effectivement utilisables
en scintigraphie.
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scintillateurs
émission décroissance
indice de densité hygroscopie
rendement (lmaxnm)
(µs) réfraction (g/cm3)
lumineux
() NaI(Tl) 415
0.23 1.85 3.67
oui
100 CsI(Na) 420 0.63
1.84 4.51
oui 85 BaF2
325 0.63 1.49
4.88 non
20 CsF 390
0.005 1.48 4.64
oui
3-5 Bi4Ge3O12 480 0.30
2.15 7.13
non 12 CdWO4 540
5.0 2.3
7.9 non
40 Plastique 400 0.002-0.02
variable 1.06
non 30
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Le NaI(Tl) présente les avantages suivants
- rendement lumineux élevé
- linéarité de la réponse en énergie de keV à
10Mev

• résolution énergétique relativement bonne
  (faible dispersion damplitude des impulsions
  produites)

- fabrication aisée de cristaux de grande
dimension
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cristal NaI pur
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dopage du cristal NaI avec du Thallium
Lionisation des atomes consiste en lémission
dune onde électromagnétique dénergie E 3eV
(0.4µm).
Le cristal est dopé avec du Thallium (1/10000 à
1/50000 atomes constituant le cristal pur de NaI
) afin de créer deux fines bandes de conduction à
lintérieur de la large bande interdite (GAP).
Ces bandes de conductions supplémentaires vont
permettre le passage entre la bande de conduction
et bande de valence de NaI.
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cristal NaI avec des traces de Tl NaI(Tl)
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Bande supérieure du Tl ? bande inférieure du
Tl luminescence par fluorescence ( 60-80)
Impuretés (pièges) ? bande Tl ou bande NaI
luminescence par phosphorescence (20-40)
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interactions rayons g / cristal NaI (Tl)
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interactions rayons g / cristal NaI (Tl)
µpe(E)..effet photoélectrique
µR(E)...diffusion Rayleigh (cohérente)
µC(E)...diffusion Compton (incohérente)
µp(E)production de paires
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µpe(E)..effet photoélectrique
Absorption complète de lénergie du photon g par
un atome au niveau électronique.
Latome libère lexcès dénergie par lémission
dun électron dénergie cinétique TE - B (B
énergie de liaison de lélectron).
Lémission des électrons est suivie dun
réarrangement électronique. Ceci saccompagne de
lémission de rayons X (photons de fluorescence).

A leur tour ces photons peuvent éjecter (par
effet photoélectrique interne) des électrons
secondaires (électrons Auger) .
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effet photoélectrique
13
effet photoélectrique
effet photoélectrique
réarrangement électronique
émission rayon X
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µR(E)...diffusion Rayleigh (cohérente)
Le photon g est faiblement dévié de sa
trajectoire.
La quantité dénergie transférée à lélectron ne
permet ni lionisation ni lexcitation de
latome.
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diffusion cohérent
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diffusion cohérent
e-
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µC(E)...diffusion Compton (incohérente)
Lénergie du photon g est plus au moins
absorbée lors des chocs quil subit sur les
couches électroniques périphérique.
Cette énergie est transmise comme énergie
cinétique à lélectron qui est précipité vers
lavant.
Ayant perdu une partie de son énergie le photon
est dévié de sa trajectoire initiale et poursuit
sa route avec une énergie E lt E0.
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diffusion Compton
19
diffusion Compton
20
diffusion Compton
e-
21
µp(E)production de paires
22
production de paires
23
production de paires
matérialisation
g Eg0.511MeV
annihilation
180
g Eg0.511MeV
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détecteur à scintillations
25
détecteur à scintillations
Cristal
Photomultiplicateur
signal
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pont diviseur
sortie
HT
C
C
R
C
R
R
R
R
R
R
R
R
R
anode
cathode
dynodes
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détecteur à scintillations
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détecteur à scintillations
Cristal Photomultiplicateur
ne-
1e-
NaI(Tl) Al cathode
dynodes anode
29
spectromètre g
30
Le spectre énergetique des rayons g
Définition un spectre est une distribution des
nombres (intensité) en fonction dun
paramètre.
Le spectre énergetique des rayons g est la
distribution des nombres (intensité) des rayons
g en fonction de lénergie. N
f(E)
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spectromètre g
32
réponse énergétique
transition
(E0 DE/2)
33
réponse énergétique
Causes
effet photoélectrique
diffusion élastique et inélastique
agitation thermique
etc
Fluorescence et phosphorescence polychrome
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réponse énergétique
Leffet photoélectrique corresponde à la
transformation complète de lénergie primaire du
photon g en énergie dionisation donc en
intensité lumineuse dans un volume de cristal
très petit.
Lumière ( 400nm)
Cristal NaI(Tl)
1 g
n g
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réponse énergétique
Lors de leffet Compton la transformation de
lénergie primaire du photon g en énergie
dionisation est plus ou moins complète.
Le résultat est une distribution dintensités
lumineuses dans un volume de cristal très grand.
Lumière ( 400nm)
Cristal NaI(Tl)
1 g
n g
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Photopic
37
Photopic
Les paramètres physiques
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Spectre dénergie
Photopic
Bruit de fond
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Spectre dénergie
la résolution énergétique
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interactions rayons g / matière
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interactions rayons g / matière
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diffusion Compton dans un milieu
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Le spectre énergétique est composée de photopic
et de la somme des distributions des diffusés
Compton de différents ordres
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Photopic
diffusés Compton de différents ordres
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réponse  mathématique 
fonction DIRAC
distribution COMPTON
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La distribution est convoluée par la réponse
énergétique
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convolution
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spectre total photopic diffusion Compton
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spectre total photopic diffusion Compton
-----photopic
-----diffusion dordre 1
-----diffusion dordre 2
-----diffusion dordre 3
-----diffusion dordre 4
-----total
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effet de la résolution énergétique sur la
séparation photopic / diffusés E0140keV(Tc99m)
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effet de la résolution énergétique sur la
séparation des g E1140keV(Tc99m)
E2160keV(I123)
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collimateur
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Le collimateur est une partie essentielle des
systèmes de mesure utilisés en Médecine
Nucléaire. Son rôle est double
- définir un champ de vue pour la localisation
spatiale des sources radioactives
- protéger le détecteur des irradiations
parasites
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angle solide
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angle solide
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collimateur cylindrique
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FIN