D. Giovagnoli, Sara Diglio, Didier Roy, Julien Masbou, S. Acounis, Dominique Thers, Dimitris Visvikis, Nicolas Pillet, Mounir Abaline, S. Bouvier, Françoise Kraeber-Bodéré, Julien Bert, L. Royer, Yuwei Zhu, Michel Chérel, E. Morteau, S. Manen, R. Vandaele, J.S. Stutzmann, H. Chanal, Y. Xing, N. Beaupère, Thomas Carlier, Patrick Le Ray, Frederic Lefevre, Jean-Pierre Cussonneau, Jérôme Idier, Clotilde Canot, J.L. Beney, Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées (SUBATECH), Université de Nantes - Faculté des Sciences et des Techniques, Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Laboratoire de Physique de Clermont (LPC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne (UCA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), Université de Nantes (UN), Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Nantes - Faculté des Sciences et des Techniques, Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École Centrale de Nantes (ECN), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
International audience; We report the study of direct measurement of ionization charges in an innovative liquid xenon Compton camera of small animal imaging, named XEMIS2. It was combined with a novel 3γ medical imaging modality, showing a "TOF-like" PET performance, targeted to reduce the administered activity diametrically while preserving the image quality in oncology diagnosis. For the Compton cones reconstruction, the sequential low energy electronic recoils from Compton scattering of third γray (∼ 1 MeV) are measured directly from ionization signals under a high electric field of 2 kV/cm. The Geant4/NEST simulations studies reveal that the intrinsic energy and spatial resolutions of charges carriers measuring in liquid xenon are dominated respectively by the electron-ion recombination and the abstruse trajectory of recoil electrons. Besides, a novel ASIC front-end electronic, XTRACT, and data acquisition chain were developed, dedicated to optimizing the accuracy and efficiency of ionization signals measurement in XEMIS2. It allows a continuous read-out with ultra-low charges threshold and negligible deadtime per individual channel. The performing characteristics were calibrated in the prototype XEMIS1 under the XEMIS2 operation condition, showing a good homogeneous charge linearity response. Meanwhile, the data processing and analysis were developed, where the charge measurement has been optimized through Monte Carlo simulations. I. INTRODUCTION T HE personalized medicine as the heart of healthcare priorities of the 21 st century requires molecular imag-Manuscript