Description

Introduction
Les technologies innovantes d’imagerie fonctionnelles contribuent à la priorité sur les Médecines du Futur du CEA. La tomographie par émission de positrons (TEP) est une technique d'imagerie médicale nucléaire largement utilisée en oncologie et en neurobiologie.
La désintégration du traceur radioactif émet des positrons, qui s'annihilent en deux photons de 511 keV. Ces photons sont détectées en coïncidence et utilisées pour reconstituer la distribution de l'activité du traceur dans le corps du patient.
Nous vous proposons de contribuer au développement d’une technologie ambitieuse et brevetée : ClearMind. Le premier prototype est à nos laboratoires. Ce détecteur de photons gamma utilise un scintillant cristal monolithique de haute densité et grand Z, dans lequel sont produits des photons Cherenkov et de scintillation. Ces photons optiques sont convertis en électrons par une couche photo-électrique et multipliés dans une galette à microcanaux. Les signaux électriques induits sont amplifiés par des amplificateurs gigahertz et numérisés par les modules d'acquisition rapide SAMPIC. La face opposée du cristal sera équipée d'une matrice de photo-détecteur en silicium (SiPM).
Aujourd’hui nous disposons d’un premier prototype. Nous travaillons a en construire deux supplémentaires.

Le travail proposé
Vous travaillerez dans un laboratoire d’instrumentation avancé dans un environnement de physique des particules.
Il s’agira d’abord d’optimiser les « composants » des détecteurs ClearMind, pour parvenir à des performances nominales. Nous travaillerons sur les cristaux scintillants, les interfaces optiques, les couches photo-électriques et les photo-détecteurs rapides associés (MCP-PMT et SiPM), les électroniques de lectures.
Il s’agira ensuite de caractériser les performances des détecteurs prototypes sur nos bancs de mesure en développement continu. Les données acquises seront interprétées au moyen de logiciels d’analyse « maison » écris en langage C++ et/ou Python.
Il s’agira enfin de confronter les propriétés mesurées de nos détecteurs à des simulations dédiées (Monté-Carlo sur logiciels Geant4/Gate).
Un effort particulier sera con-sacré au développement de cristaux scintillants ultra-rapides dans le contexte d’une collaboration européenne.
Supervision
Le candidat retenu travaillera sous la supervision conjointe de Dominique Yvon et Viatcheslav Sharyy DRF/ IRFU & BIOMAPS. Le groupe CaLIPSO de l'IRFU & BIOMAPS est spécialisé dans le développement et la caractérisation de détecteurs TEP innovant. Dans le cadre du projet, nous avons une étroite collaboration avec le l’IJCLabs d’Orsay, qui développe nos électroniques de lecture et d’acquisition, le CEA/DM2S qui travaille notamment sur des algorithmes d'IA de confiance, le CPPM de Marseille, qui évalue nos détecteurs dans des conditions d’acquisition d’imagerie TEP et l’UMR BIOMAPS (CEA/SHFJ), travaillant sur les algorithmes de calculs d’image.
Exigences
Des connaissances en physique de l’interaction particules-matière, de la radioactivité et des principes des détecteurs de particules sont indispensables. Un goût prononcé pour l’instrumentation et le travail de laboratoire est recommandé. Il est important d'avoir des compétences de base en programmation, par exemple C++, logiciel de simulation physique Gate/Geant4.
Compétences acquises
Bonne connaissance des technologies de pointe des détecteurs de particules et des tomographes à émission de positrons. Principes et techniques de simulation de l'interaction des particules-matière et les systèmes de détection. Analyse de données complexes.
Contact
Dominique Yvon, dominique.yvon@cea.fr
Viatcheslav Sharyy, viatcheslav.sharyy@cea.fr

Compétences requises

Des connaissances en physique de l’interaction particules-matière, de la radioactivité et des principes des détecteurs de particules sont indispensables. Un goût prononcé pour l’instrumentation et le travail de laboratoire est recommandé. Il est important d'avoir des compétences de base en programmation, par exemple C++, logiciel de simulation physique Gate/Geant4.

Bibliographie

A. Galindo-Tellez, V. Sharyy, C.-H. Sung, M. Follin, L. Cappellugola, S.Curtoni, M. Dupont, C. Morel, D. Breton, J. Maalmi, D. Yvon 'First ClearMind gamma detector prototype for TOF-PET imaging', 2024, JINST, 19 P07037,, doi: 10.1088/1748-0221/19/07/P07037
arXiv:2312.13169

D. Yvon , V. Sharyy, M. Follin, J-P Bard, D. Breton, J. Maalmi, C. Morel, E. Delagnes, “Design study of a scintronic crystal targeting tens of picoseconds time resolution for gamma ray imaging: the ClearMind detector.” 2020, JINST 15 P07029, arXiv:2006.14855 [physics.ins-det]

1 brevet déposé, deux en cours de dépot.

Mots clés

Détecteur Rayonnement Gamma, TOF-PET, Détecteurs Cherenkov, Scintillateurs rapides, MCP-PMT, SiPM