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La correction datténuation des images de
Tomographie par Émission de Positons (TEP)
utilisant les images de Tomodensitométrie (TDM)
Guillaume BONNIAUD Service de Physique -
Institut Gustave ROUSSY
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1- La Tomographie par Émission de Positons (TEP)
quest-ce que ?
2- Un biais de détection en TEP latténuation
NP Nsource.exp- ? µ(L).dL
3- La Correction dAtténuation (CA) en TEP à
partir des images de Tomodensitométrie (TDM)
4- La TEP, le TDM et la CA en pratique clinique
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1- La Tomographie par Émission de Positons (TEP)

• La TEP est une modalité dimagerie fonctionnelle

• Imagerie fonctionnelle imagerie permettant
  lanalyse de la fonction des organes par la
  détection dune molécule marquée (traceur
  radioactif), caractéristique de la fonction à
  étudier, administrée à lorganisme.

Injection dun radiotraceur émetteur de positons

• La TEP en cancérologie

Fonction activité tumorale et métastatique gt
La cellule cancéreuse consomme plus de glucose
que les autres cellules
Molécule marquée analogue du glucose marqué par
un émetteur de positons, le 18F-Fluoro-déoxyglucos
e (18FDG)
Détection caméra dédiée à la détection des
positons
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1- La Tomographie par Émission de Positons (TEP)

• Principe de la détection en TEP (1)

• Lémission de positons (?)

1. Émission du positon
Injection dun radiotraceur émetteur ?
2. Thermalisation (interaction positon - matière)
sur quelques mm
3. Annihilation (interaction positon thermalisé
électrons des couches supérieures de la matière)
Fixation de ?
4. Émission de 2 photons de 511keV en opposition
(180 ? 0,3)
Ce sont les photons dannihilation qui vont être
détectés
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1- La Tomographie par Émission de Positons (TEP)

• Principe de la détection en TEP (2)

• La détection des photons dannihilation

Ligne de coïncidence Fenêtre
temporelle (quelques ns) fenêtre
spectrale (350 à 650 keV)
Ligne de Réponse (LOR)
Chaque LOR contient le nombre de positons émis
sur cette ligne
Détection en coïncidence de lignes de réponse
(LOR)
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1- La Tomographie par Émission de Positons (TEP)

• Principe de la détection en TEP (3)

• Représentation graphique de la détection en
  coïncidence le sinogramme

Sinogramme
Ligne de Réponse (LOR)
1 pixel N (nombre de coïncidences)
Sinogramme 1 point représente une LOR
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1- La Tomographie par Émission de Positons (TEP)

• Reconstruction des images TEP

• Acquisition de Lignes de Réponse (LOR) LOR1,
  LOR2, LOR3,

LOR2
(chaque LOR contient le nombre de positons émis
sur cette ligne)

• Les algorithmes de reconstruction dimages
  restituent, à partir de lensemble des LOR
  acquises, la distribution 3D des émissions de
  positons dans le champ de vue de la caméra TEP

LOR4
LOR1
LOR3

• Deux types dalgorithmes de reconstruction
  dimages
• reconstructions analytiques / itératives

Visualisation de la reconstruction sous forme
dimages transverses, sagittales et coronales
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1- La Tomographie par Émission de Positons (TEP)

• Limitations de la technique de détection en TEP

• Détection de coïncidences

Lémission de positon nest pas sur la LOR
détectée bruit

• Diffusées

• Fortuites

Coïncidences  vraies  (signal) 1 des
coïncidences détectées en 3D

• Résolution spatiale finie des détecteurs

• Atténuation des photons dannihilation dans le
  patient

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2- Latténuation en TEP

• Latténuation en TEP (1)

• Atténuation des photons dannihilation (511 keV)

Ligne de Réponse (LOR)

• Latténuation en TEP
• - Ne dépend pas du lieu démission sur la LOR à
  lintérieur de lobjet
• - Dépend uniquement de la densité du milieu
  atténuant sur la LOR.

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2- Latténuation en TEP

• Latténuation en TEP (2)

• Influence sur la détection

Nthéorique ? n(L).dL avec L LOR
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2- Latténuation en TEP

• Conséquences (1)

• Perte de signal gt évènements non détectés

Objet homogène
Image
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2- Latténuation en TEP

• Conséquences (2)

• Quantification erronée
• gt erreur dans la restitution du nombre
  démissions de positons de lobjet dans limage

• Atténuation inégale suivant la profondeur
• gt détection des lésions profondes difficile

Image TEP transverse non corrigée de latténuation
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3- La Correction dAtténuation (CA) en TEP

• Comment corriger de latténuation ?

• Solution théorique exacte

N ? n(L).FCA.dL avec FCA Exp
(?µ(L).dL) (L LOR)
gt Pondération des projections par un Facteur de
Correction dAtténuation (FCA)

• Détermination du FCA

Le calcul du FCA nécessite la connaissance de la
cartographie 3D des coefficients datténuation
gt Utilisation du TDM (Tomodensitomètre ou
scanner à RX)
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3- La CA en TEP utilisant les images TDM

• Problèmes

• Les rayons X utilisés en TDM sont émis suivant
  un spectre continu de rayonnement de freinage
  (40-140 keV) alors que les photons dannihilation
  des positons sont mono-énergétiques (511 keV).

• Lénergie de ces deux rayonnements est différente

• Relation non linéaire des coefficients
  datténuation entre 70 et 511 keV

Retrouver la cartographie 3D des coefficients
datténuation à 511keV nécessite une conversion
des coefficients datténuation du TDM
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3- La CA en TEP utilisant les images TDM

• La conversion des coefficients datténuation

• Définition dune énergie effective du faisceau
  de rayons X utilisé en TDM (Eeff ? 70 keV)

• Conversion de 70 à 511 keV par segmentation des
  images TDM

511 keV
Segmentation
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3- La CA en TEP utilisant les images TDM

• Synthèse

Images TEP CA
Algorithme de reconstruction
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3- La CA en TEP utilisant les images TDM

• Résultats

• Qualitatif CA induit diminution du
  contraste/amélioration de la détection

CA des images TEP par TDM adoptée en clinique

• Quantitatif CA par TDM  robuste 

• Exemple

Non corrigée
Corrigée
Coupe transverse
Coupe coronale
Coupe sagittale
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4- La TEP, le TDM et la CA en pratique clinique

• La TEP en pratique clinique

• Déroulement dun examen

• Injection du 18FDG (à jeun)
• Repos de 45 minutes au minimum
• Examen TEP (45 minutes environ)

• La lecture des images TEP recherche des
  hyperfixations pathologiques

• La CA utilisant le TDM impose la meilleur
  concordance possible entre la position du patient
  pendant lexamen TEP et lexamen TDM

gt machines hybrides TEP et TDM couplés
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4- La TEP, le TDM et la CA en pratique clinique

• A quoi ressemble une caméra TEP-TDM ?

• Le TEP-TDM Biograph de Siemens

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4- La TEP, le TDM et la CA en pratique clinique

• Le TEP-TDM en clinique

• La fusion dimage TEP-TDM

TDM information anatomique
TEP TDM information anatomique ET
fonctionnelle
TEP information fonctionnelle
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4- La TEP, le TDM et la CA en pratique clinique

• Le TEP-TDM en clinique

• La correction datténuation utilisant les images
  TDM

Artefacts de corrections possibles (Produit de
contraste/Prothèses)
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Conclusion

• Avantages/Inconvénients de la CA des images TEP
  utilisant les images TDM

• Le but de ma thèse évaluer limpact de la
  statistique des images TDM sur la détectabilité
  en TEP corrigée de latténuation

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Remerciements

• Bernard AUBERT
• Jérémy COULOT
• Frédéric LAVIELLE
• Marcel RICARD