Study and application of reconstruction algorithm to determine the interaction posistion in gamma ray scintillation detectors

The thesis focuses on the simulation and reconstruction of readout data, obtained from a gamma-ray detector, composed by photodetectors matrix coupled with a scintillator crystal. In particular, it presents the outcomes of the in-depth examination of three major research enquiries: matching of simulated and experimental data; improvement of the reconstructed image Field Of View (FOV) and both the spatial and the energy resolutions compared to simple methods as the Centroid algorithm; evaluation of the gamma-ray depth of interaction in the scintillator volume. The main reconstruction program implemented and adopted is based on a least square error algorithm. One of the most innovative aspects of the dissertation consists in the fact that this reconstruction algorithm does not need any training and its performances can be validated with experimental data. Furthermore, the latter were obtained from setups with different crystal and photodetectors configurations and energies, thus to test the algorithm in the maximum variety of conditions, improving the robustness and flexibility of the code implemented.

La presente tesi tratta della simulazione e ricostruzione dei dati ottenuti da rivelatori di raggi gamma, composti da una matrice di foto-rivelatori accoppiata con un cristallo scintillatore. Vengono quindi presentati i risultati ottenuti dall'analisi approfondita di tre filoni di ricerca: ricerca di una corrispondenza tra dati simulati e sperimentali; ottimizzazione della qualità dell'immagine ricostruita, in particolare tramite l'allargamento del campo visivo e il miglioramento della ricostruzione della risoluzione energetica e spaziale, rispetto a quanto ottenibile tramite metodi più semplici, come, ad esempio, l'algoritmo del baricentro; valutazione della profondità di assorbimento dei raggi gamma nel volume dello scintillatore. Il programma di ricostruzione implementato e adottato è costituito su un algoritmo di ottimizzazione basato sul metodo dei minimi quadrati. Uno degli aspetti più innovativi della tesi consiste nel fatto che questo algoritmo di ricostruzione non richiede alcuna fase di addestramento e che il simulatore ottico, su cui si basano le ricostruzioni, richiede un numero limitato di parametri fisici del sistema da emulare. I dati sperimentali, usati nella fase di validazione dell'algoritmo di ricostruzione, sono stati ottenuti da diverse configurazioni, con diverse geometrie di cristallo differenti energie della sorgente gamma, in maniera tale da testare l'algoritmo tramite un'ampia varietà di condizioni, garantendo in tal maniera la robustezza e la flessibilità del codice implementato.