Construction d

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Construction dune caméra TEP dédiée aux petits
animaux

• Magalie KRIEGUER
• Inter-University Institute for High Energies
  (IIHE)
• Vrije Universiteit Brussel
• krieguer_at_hep.iihe.ac.be

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Plan

• Quelques rappels sur la tomographie par émission
  de positons (TEP)
• TEP dédiée aux petits animaux
• Projet ClearPET
• Bloc détecteur
• Électronique dacquisition
• Composants
• Programme
• Résultats
• Reconstruction des images

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Plan

• Quelques rappels sur la tomographie par émission
  de positons (TEP)
• TEP dédiée aux petits animaux
• Projet ClearPET
• Bloc détecteur
• Électronique dacquisition
• Composants
• Programme
• Résultats
• Reconstruction des images

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Principe de la TEP

• Thermalisation du positon
• Annihilation e e- gt ??
• Détection des 2 ? émis simultanément, avec une
  energie de 511 keV et avec un angle de 180

• Synthèse du radiotraceur
• Administration de la molécule au sujet (homme ou
  animal)
• Désintégration du radiotraceur et émission dun
  positon

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Reconstruction tomographique

• Intégration de lactivité le long de chaque ligne
  (ou tube) de réponse
• Projections de lobjet selon différents angles
• SINOGRAMME
• Reconstruction de la distribution spatiale de
  lactivité avec des algorithmes (rétroprojection
  filtrée, méthode itérative )

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Limitations physiques

• Trajet du positon dans la matière
• Acolinéarité des 2 ? émis
• (? 0.25)
• Courte durée de vie des radio-isotopes

Isotope Demi-vie min
15O 2.03
11C 20.4
13N 9.96
18F 109.8
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Limitations pratiques

• Sensibilité
• Densité du scintillateur
• Résolution spatiale
• Taille des pixels
• Arrangement des pixels
• Rendement de scintillation
• Rapport signal sur bruit
• Coïncidences fortuites
• Coïncidences diffusées
• Rendement de scintillation
• Temps de décroissance du scintillateur

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Plan

• Quelques rappels sur la tomographie par émission
  de positons (TEP)
• TEP dédiée aux petits animaux
• Projet ClearPET
• Bloc détecteur
• Electronique dacquisition
• Composants
• Programme
• Résultats
• Reconstruction des images

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TEP dédiée aux petits animaux

• Utilisée pour la recherche
• Pharmaceutique
• Biomédicale
• Intérêts
• Études in-vivo
• Imagerie fonctionnelle
• Moins danimaux étudiés
• Contraintes
• Doses de radiotraceur injecté très faibles
• Organes étudiés très petits
• gt Haute sensibilité et haute résolution spatiale

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Plan

• Quelques rappels sur la tomographie par émission
  de positons (TEP)
• TEP dédiée aux petits animaux
• Projet ClearPET
• Bloc détecteur
• Électronique dacquisition
• Composants
• Programme
• Résultats
• Reconstruction des images

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Projet ClearPET

• Dans le cadre de la Collaboration Crystal Clear
  http//crystalclear.web.cern.ch/crystalclear
• 5 tomographes en construction à Bruxelles,
  Jülich, Lyon, Lausanne et Séoul
• Objectifs
• Recherches entreprises au niveau de
• Tête de détection
• Cristal (C) Photomultiplicateur (PMT)
• Électronique dacquisition
• Analyse des données

Résolution spatiale ? 2mm FWHM
Sensibilité ? 2 (20 kcps/MBq)
Résolution pour le calcul de la profondeur dinteraction ? 5 mm FWHM
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Principaux développements

• Cristaux (C) LSOCe LuAPCe
• Grande densité (gt 7 g/cm³)
• Temps de décroissance court (lt 100 ns)
• Grand rendement lumineux

• Électronique dacquisition
• Rapide
• Faible bruit

NaI BGO LSOCe LuAPCe
Densité g/cm³ 3.67 7.13 7.4 8.34
Temps de décroissance (ns) 230 300 35-45 17
Rendement lumineux h?/MeV 43000 8200 27000 11400
Développement en cours à Bogoroditsk en Russie Développement en cours à Bogoroditsk en Russie Développement en cours à Bogoroditsk en Russie Développement en cours à Bogoroditsk en Russie Développement en cours à Bogoroditsk en Russie
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Acquisition des données (DAQ)

• Comment contrôler lacquisition des données ?
• Comment gérer les relations entre tous les
  systèmes de la DAQ (PC, FPGA, PXI,) ?
• Comment transférer les données des têtes de
  détection au PC dacquisition ?
• Comment et sous quel format stocker les données ?
• Comment transférer ces données vers le système
  danalyse ?
• Comment obtenir les meilleures performances
  (vitesse et fiabilité) pour notre système
  dacquisition?

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Composants de la DAQ
FPGA Field Programmable Gate Array
DIO Digital Input Output (National Instrument)
PXI Peripheral Component Interconnect eXtensions for Instrumentation (National Instrument)
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Programme de la DAQ
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Résultats préliminaires

• C cristaux de LSO (88)
• Pas de couplage optique

7 15 23 31 39 47 55 63
6 14 22 30 38 46 54 62
5 13 21 29 37 45 53 61
4 12 20 28 36 44 52 60
3 11 19 27 35 43 51 59
2 10 18 26 34 42 50 58
1 9 17 25 33 41 49 57
0 8 16 24 32 40 48 56
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Fichier de sortie (ASCII)

• Type de géométrie
• Diamètre des anneaux
• Date et heure de début de lacquisition
• Type, poids et genre de lanimal
• Taille et espacement axial et tangentiel pour
  tous les éléments du scanner
• Isotope utilisé
• Activité injectée
• ...

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Fichier de sortie (BINAIRE)
Format List Mode Format List Mode
ID temporel 63 bits
ID spatial 16 bits
Énergie et évènements multiples 8 à 218 bits
Position du tambour (rotation) 16 bits
Position du lit (translation) 16 bits
Source externe Position angulaire Position axiale 16 bits 16 bits
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Reconstruction des images
Recherche coincidences
Lecture LMF
Images
Construction sinogrammes
STIR
LMF .cch .cch
STIR Software for Tomographic
Reconstruction http//stir.irsl.org
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Conclusion

• Développement doutils informatiques dans
  différents langages de programmation
• Intégration de ces outils dans les recherches des
  autres groupes de la collaboration
• Comparaison des performances du tomographe de
  Bruxelles avec les résultats des simulations
  réalisées avec GATE (Geant4 Application for
  Tomographic Emission)
• Construction ultérieure dun tomographe dédiée à
  la mammographie (ClearPEM)