IMAGERIE QUANTITATIVE À L`IODE

Table des matières
UNIVERSITE DE NANTES
FACULTE DE MEDECINE
IMAGERIE QUANTITATIVE À L’IODE-124 EN TOMOGRAPHIE
PAR ÉMISSION DE POSITONS DU PETIT ANIMAL
THESE DE DOCTORAT
Ecole Doctorale BIOLOGIE SANTE
Discipline : Physique
Spécialité : Physique Médicale
présentée
et soutenue publiquement par
Nadège ANIZAN
Le 18 octobre 2010, devant le jury ci-dessous
Président M. Jacques Barbet, Directeur de Recherche, CNRS, Nantes
Rapporteurs M. André Pèlegrin, Directeur de Recherche, INSERM, Montpellier
M. Dimitris Visvikis, Chargé de Recherche, INSERM, Brest
Examinateur Mme Irène Buvat, Directeur de Recherche, CNRS, Orsay
Directeur de thèse
M. Manuel Bardiès, Directeur de Recherche, INSERM, Nantes
Co-Encadrant de thèse
Mme Cecilia Hindorf, Professeur associé des universités, ONIRIS Nantes

Table des matières
TABLE DES MATIÈRES
INTRODUCTION GÉNÉRALE 1
CHAPITRE I : LA TOMOGRAPHIE PAR ÉMISSION DE POSITONS 4
I.1 Introduction 4
I.2 Principes de l’imagerie TEP 4
I.2.1 Principe général 4
I.2.2 Les radiotraceurs émetteurs de positons 5
I.2.3 L’interaction des photons avec la matière 7
I.2.4 La détection des photons 9
I.2.4.1 Caractéristiques des scintillateurs 9
I.2.4.2 Le photomultiplicateur 10
I.2.4.3 La chaîne de détection 11
I.2.5 Les différents événements détectés 13
I.2.6 La reconstruction en TEP 14
I.2.6.1 Les projections 14
I.2.6.2 Les méthodes de reconstructions analytiques 16
I.2.6.3 Les méthodes de reconstruction itératives 17
I.2.6.4 Le rééchantillonnage des données 20
I.2.7 Les performances de la TEP 21
I.2.7.1 La résolution spatiale 21
I.2.7.2 La sensibilité 22
I.2.7.3 Le taux de comptage et la fraction de coïncidences diffusées 23
I.3 La quantification en imagerie TEP 23
I.3.1 Le parcours du positon 23
I.3.1.1 Problématique 23
I.3.1.2 Solutions 24
I.3.2 La non colinéarité des photons 25
I.3.3 L’atténuation des photons 26
I.3.3.1 Problématique 26
I.3.3.2 Solutions 26
I.3.4 La diffusion des photons 28
I.3.4.1 Problématique 28
I.3.4.2 Solutions 29
I.3.5 Les photons simples émis par les isotopes « non purs » 32
I.3.5.1 Problématique 32
I.3.5.2 Solutions 33

Table des matières
I.3.6 La profondeur d’interaction dans le cristal 35
I.3.6.1 Problématique 35
I.3.6.2 Solutions 36
I.3.7 La diffusion dans le cristal 36
I.3.7.1 Problématique 36
I.3.7.2 Solutions 37
I.3.8 La variation de réponse des détecteurs 37
I.3.8.1 Problématique 37
I.3.8.2 La normalisation 37
I.3.9 Le temps mort 38
I.3.9.1 Problématique 38
I.3.9.2 Solutions 40
I.3.10 L’effet de volume partiel 41
I.3.10.1 Problématique 41
I.3.10.2 Solutions 42
I.4 L’imagerie TEP du petit animal 43
I.4.1 Historique 43
I.4.2 Les innovations technologiques 44
I.4.2.1 Arrangement géométrique des détecteurs 45
I.4.2.2 Amélioration du bloc de détection 45
I.4.2.3 La multimodalité 45
I.5 Conclusion 46
CHAPITRE II : OPTIMISATION DES PARAMÈTRES D’ACQUISITION POUR
L’IMAGERIE A L’IODE-124 AVEC LA CAMÉRA TEP INVEON 47
II.1 Introduction 47
II.2 La caméra TEP Inveon de Siemens 47
II.3 Le taux de comptage 50
II.3.1 Méthode 50
II.3.2 Résultats 54
II.3.2.1 Optimisation de la fenêtre en énergie 54
II.3.2.2 Comparaison des taux de comptage de l’iode-124 et du fluor-18 55
II.3.2.3 Taux de comptage spécifique à l’iode-124 56
II.3.3 Discussion 58
II.4 La sensibilité 59
II.4.1 Méthode 59
II.4.2 Résultats et discussion 59
II.4.2.1 Comparaison des sensibilités de l’iode-124 et du fluor-18 59
II.4.2.2 La sensibilité de l’iode-124 60
II.5 La résolution spatiale 60

Table des matières
II.5.1 Méthode 60
II.5.2 Résultats et discussion 61
II.6 Quantification de l’activité et précision des corrections d’atténuation et de diffusé 62
II.6.1 Méthode 62
II.6.2 Résultats 65
II.6.2.1 Région uniforme 65
II.6.2.2 Région avec les capillaires 67
II.6.2.3 Région avec les inserts air et eau 69
II.6.3 Discussion 71
II.7 Conclusion 73
CHAPITRE III : VALIDATION DE LA MODÉLISATION DE LA CAMÉRA TEP
INVEON AVEC GATE 75
III.1 Introduction 75
III.2 La modélisation Monte-Carlo pour l’imagerie 75
III.2.1 Principe de la modélisation Monte-Carlo 75
III.2.1.1 La génération des nombres aléatoires 75
III.2.1.2 Méthodes d’échantillonnage 76
III.2.1.3 Exemple du transport des photons dans la matière 77
III.2.2 La plateforme de simulation GATE 78
III.2.2.1 Généralités 78
III.2.2.2 Les différents outils disponibles dans GATE 79
III.2.2.3 La modélisation d’un système de détection 81
III.3 La modélisation de l’Inveon 85
III.3.1 La géométrie de détection 85
III.3.2 L’électronique de mise en coïncidence 86
III.3.3 L’analyse des données 87
III.3.3.1 Le mode-liste QuickSilverTM 88
III.3.3.2 La conversion des données root en mode-liste QuickSilverTM 89
III.4 Optimisation de la modélisation avec la mesure des taux de comptage au fluor-18 90
III.4.1 Méthodes 90
III.4.2 Résultats 91
III.4.2.1 Optimisation du nombre de particules simulées 91
III.4.2.2 Optimisation des paramètres pour la modélisation des singles 93
III.4.2.3 Optimisation des paramètres pour la modélisation des coïncidences 95
III.4.3 Discussion 99
III.5 Modélisation des taux de comptage à l’iode-124 101
III.5.1 Méthode 101
III.5.2 Résultats 101
III.5.3 Discussion 103

Table des matières
III.6 Evaluation de la méthode d’estimation des taux de comptage 104
III.6.1 Méthode 104
III.6.2 Résultats 104
III.6.3 Discussion 108
III.7 Spectre en énergie 109
III.7.1 Méthode 109
III.7.2 Résultats et discussion 110
III.8 La sensibilité 112
III.8.1 Méthode 112
III.8.2 Résultats et discussion 113
III.9 La résolution spatiale 114
III.9.1 Méthode 114
III.9.2 Résultats et discussion 115
III.10 Conclusion 118
CHAPITRE IV : CORRECTION DES COÏNCIDENCES- ET APPLICATIONS 119
IV.1 Introduction 119
IV.2 Etude sur fantôme 119
IV.2.1 Modélisation 119
IV.2.1.1 Méthode 119
IV.2.1.2 Résultats et discussion 121
IV.2.2 Expérimentation 124
IV.2.2.1 Méthode 124
IV.2.2.2 Résultats et discussion 124
IV.2.3 Conclusion 127
IV.3 Etude expérimentale sur souris 127
IV.3.1 Méthode 127
IV.3.2 Résultats 129
IV.3.2.1 Influence du temps d’acquisition 129
IV.3.2.2 Influence de la fenêtre en énergie 131
IV.3.2.3 Influence de l’algorithme de reconstruction 133
IV.3.2.4 Influence de la correction d’atténuation et de diffusé 134
IV.3.2.5 Influence de la correction des coïncidences- 136
IV.3.2.6 Distribution du Syndecan 1 marqué à l’iode-124 138
IV.3.3 Discussion 140
IV.4 Conclusion 142
CONCLUSION GÉNÉRALE ET PERSPECTIVES 144
Conclusion 144