Conception et caractérisation d'un dosimètre à fibre scintillante pour des applications en imagerie diagnostique et interventionnelle

Cette thèse a pour sujet le développement d’un détecteur à fibre scintillante plastique pour la dosimétrie des faisceaux de photons de basses énergies. L’objectif principal du projet consiste à concevoir et caractériser cet instrument en vue de mesurer la dose de radiation reçue au cours des examens d’imagerie diagnostique et interventionnelle. La première section est consacrée à la conception de six différents systèmes et à l’évaluation de leur performance lorsqu’ils sont exposés à des rayonnements de hautes et basses énergies. Tous les systèmes évalués présentaient un écart type relatif (RSD) de moins de 5 % lorsqu’ils étaient exposés à des débits de dose de plus de 3 mGy/s. Cette approche systématique a permis de déterminer que le tube photomultiplicateur répondait le mieux aux conditions d’exposition propres à la radiologie. Ce dernier présentait une RSD de moins de 1 % lorsque le débit de dose était inférieur à 0.10 mGy/s. L’étude des résultats permis également de suggérer quelques recommandations dans le choix d’un système en fonction de l’application recherchée. La seconde partie concerne l’application de ce détecteur à la radiologie interventionnelle en procédant à des mesures de dose à la surface d’un fantôme anthropomorphique. Ainsi, plusieurs situations cliniques ont été reproduites afin d’observer la précision et la fiabilité du détecteur. Ce dernier conserva une RSD inférieure à 2 % lorsque le débit de dose était supérieur à 3 mGy/min et d’environ 10 % au débit le plus faible (0.25 mGy/min). Les mesures sur fantôme montrèrent une différence de moins de 4 % entre les mesures du détecteur et celles d’une chambre d’ionisation lors du déplacement de la table ou du bras de l’appareil de fluoroscopie. Par ailleurs, cette différence est demeurée sous les 2 % lors des mesures de débit de dose en profondeur. Le dernier sujet de cette thèse porta sur les fondements physiques de la scintillation dans les scintillateurs plastiques. Les différents facteurs influençant l’émission lumineuse ont été analysés afin d’identifier leur contribution respective. Ainsi, la réponse du détecteur augmente de près d’un facteur 4 entre un faisceau de 20 kVp et 250 kVp. De ce signal, la contribution de la fluorescence produite dans la fibre claire était inférieure à 0.5 % lorsque les fibres étaient exposées sur 10 cm par des faisceaux de 20 à 250 kVp. Le phénomène d’extinction de la fluorescence par ionisation a également été étudié. Ainsi, l’atténuation du signal variait en fonction de l’énergie du faisceau et atteignit environ 20 % pour un faisceau de 20 kVp. En conclusion, cette étude suggère que les détecteurs à fibres scintillantes peuvent mesurer avec précision la dose de radiation reçue en imagerie diagnostique et interventionnelle, mais une calibration rigoureuse s’avère essentielle.

The FIREDASS (Fire Detection and Suppression Simulation) Model

The FIREDASS (FIRE Detection And Suppression Simulation) project is concerned with the development of fine water mist systems as a possible replacement for the halon fire suppression system currently used in aircraft cargo holds. The project is funded by the European Commission, under the BRITE EURAM programme. The FIREDASS consortium is made up of a combination of Industrial, Academic, Research and Regulatory partners. As part of this programme of work, a computational model has been developed to help engineers optimise the design of the water mist suppression system. This computational model is based on Computational Fluid Dynamics (CFD) and is composed of the following components: fire model; mist model; two-phase radiation model; suppression model and detector/activation model. The fire model - developed by the University of Greenwich - uses prescribed release rates for heat and gaseous combustion products to represent the fire load. Typical release rates have been determined through experimentation conducted by SINTEF. The mist model - developed by the University of Greenwich - is a Lagrangian particle tracking procedure that is fully coupled to both the gas phase and the radiation field. The radiation model - developed by the National Technical University of Athens - is described using a six-flux radiation model. The suppression model - developed by SINTEF and the University of Greenwich - is based on an extinguishment crietrion that relies on oxygen concentration and temperature. The detector/ activation model - developed by Cerberus - allows the configuration of many different detector and mist configurations to be tested within the computational model. These sub-models have been integrated by the University of Greenwich into the FIREDASS software package. The model has been validated using data from the SINTEF/GEC test campaigns and it has been found that the computational model gives good agreement with these experimental results. The best agreement is obtained at the ceiling which is where the detectors and misting nozzles would be located in a real system. In this paper the model is briefly described and some results from the validation of the fire and mist model are presented.