Tomographie d’émission monophotonique et tomographie d ...

1 MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 1M decine Nucl aire 2 Tomographie d missionmonophotoniqueettomographie d mission de positonsIr ne BuvatU678 2006MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 2 Plan du cours Introduction- imagerie planaire et imagerie tomographique- Principe de la Tomographie SPECT- Principe- Types de d tecteurs SPECT- Ev nements d tect s en SPECT PET- Principe- Types de d tecteurs PET- Ev nements d tect s en PET- Caract ristiques du PET Mesures de transmission- Motivation- Principe- Mesures de transmission en SPECT- Mesures de transmission en PET- Protocoles d acquisitions mission / transmission Co t et disponibilit des syst mesMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 3 imagerie planaire et imagerie tomographique (1) imagerie planaire : projections 2D sous diff rentes incidences angulaires : int grale du signal dans la direction de projection?

2 imagerie tomographique :coupes d orientation quelconque travers l objet : imagerie 3 DMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 4 imagerie planaire et imagerie tomographique (2)Rayons X : imagerie planaire (2D) = radiographie conventionnelleImagerie tomographique (3D) = tomodensitom trie (scanner)M decine Nucl aire : imagerie planaire (2D) = scintigraphie monophoniqueImagerie tomographique (3D) = Tomographie monophotonique (SPECT) Tomographie par Emission de positons (PET) MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 5 Principe de la Tomographie (Hounsfield, Cormack 1963)**d tecteurd tecteurd tecteurd tecteurM decine Nucl aire : acquisition de projections 2 Dsous diff rentes incidences angulairesScanner X : acquisition de projections 2 Dsous diff rentes incidences angulairesMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 6 Principe de la Tomographie en m decine nucl aire**reconstruction tomographiqued tecteurd tecteurd tecteurd tecteurprojections (2D)coupes (3D)rotation du d tecteur => ensemble de projections 2D1972MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 7La Tomographie d mission monophotonique : SPECTgMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 8 SPECT : principereconstructiontomographiquexyzac quisition d images sous diff rentes incidences angulairesMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 9 Notion de sinogramme en SPECTxqq2q3q1x Ensemble des lignes de projection correspondant une coupeMN2.

3 Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 10 Notion de sinogramme en SPECTd tecteur en position qune projection qcoupe yicoupe yisinogrammecorrespondant la coupe yixyxyxq1 acquisition : P projections X x Y ou Y sinogrammes X x PMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 11 Sinogrammes et projectionsLes sinogrammes et les projections contiennent les m mesinformations : ils ne diff rent que par l organisation aveclaquelle les informations sont repr sent correspondant la coupe ziqUn sinogramme : toute l information relative une coupe,obtenue pour tous les angles de projection : l information relative toutes les coupes,mais pour une incidence angulaire correspondant l angle qzMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 12 Compris ?

4 On dispose de 64 projections de dimension 128 pixels(dans la direction axiale ) x 256 pixels Combien de coupes transaxiales peut-on reconstruiresans interpolation ? Combien de sinogrammes peut-on former partir deces projections ? Quelles sont les dimensions d un sinogramme ? 128 128 64 lignes et 256 colonnesMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 13D tecteurs SPECT : simple t te*- 1 cristal par t te de d tection- typiquement, acquisition de 64 128 projectionsen mode pas pas ( step and shoot ) ou continustatif(gantry)MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 14D tecteurs SPECT : double t tes* sensibilit multipli e par deux proximit des d tecteurs de la r gion explorerMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 15D tecteurs SPECT : triple t tes* sensibilit multipli e par troisMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 16D tecteurs SPECT.

5 Mode corps entierd placement axial du lit images tomographiques corps entier MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 17D tecteurs SPECT d di s certaines applicationsImagerie du seinGamma cam ra classiqueCam ra d di eTornai et al, Duke University Medical CenterMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 18Ev nements d tect s en SPECT photons primairesphotons diffus s**direction apparentedu photon d tect bien localis s sur la ligne de projection information utile localisation erron e diminution du contraste des images biais quantitatifMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 19 Importance des v nements parasites en SPECT Proportion de photons diffus s dans la fen trespectrom trique d acquisition~30% pour le Tc99m >50% pour le Tl201 d pend de la morphologie du patient d pend du radioisotope Correction n cessaire cf cours MN3 nergie d mission nergienb d v nementsd tect sMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 20 imagerie SPECT/CTLocalisation de lal sion au niveau dupelvis sur la t tef morale droiteMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 21La Tomographie d mission de positons : PETb+b-ggMN2.

6 Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 22 Notion de ligne de r ponse (LOR)collimation lectronique*Ligne de r ponse :ligne joignant les 2 d tecteurs ayant re uun signal en co ncidenceligne de co ncidenceMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 23 Notion de sinogramme en PETsinogrammecorrespondant une coupedq1 pixel (x, q) du sinogramme yi : nombre d v nementsenregistr s sur la LOR rep r e par la distance d etl angle q.*+q=0 d1 ligne du sinogramme : v nements enregistr s sur unensemble de LOR parall les => 1 projectionprojectionEnsemble de LOR passant par und tecteur situ es le long d unediagonale du sinogrammeMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 24 PET avec gamma cam ra double t te : principereconstructiontomographiquexyzor ganisation des donn es en sinogrammes ou projectionsprojection**collimation lectronique2 t tesnon collimat esMN2.

7 Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 25 Caract ristiques du PET avec gamma cam ra Syst me versatile possibilit d effectuer des examens PET et SPECT partir du m me instrument Compromis SPECT et PET optimisation difficile du syst me pour un fonctionnement optimal aux nergies SPECT (<200 keV) et PET (511 keV) si cristal pais, bonne efficacit en PET, mais d gradation de la r solution spatiale en SPECT Nombreuses co ncidences non d tect es : singles faible sensibilit de d tection ( , / 5) Sensibilit non stationnaire correction n cessaire**MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 26 PET d di : principereconstructiontomographiquexyzco llimation lectronique**projectionanneau de d tecteurscristal bien adapt 511 keVorganisation des donn es en sinogrammes ou projectionsMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 27 PET avec d tecteurs en anneaublocs de d , 8x8 d tecteursassemblage des blocs en ,1 bucket = 4 blocs= 256 d tecteursassemblage des bucketsen ,1 couronne = 16 buckets = 4096 d tecteursjuxtaposition des ,2 couronnes = 8192 d tecteursaxe dutomographeaxe dutomographeaxe dutomographeMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 28 Exemple de PET avec d tecteurs en anneaubucket1 anneau de d tecteurMN2.

8 Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 29 Caract ristiques du PET avec d tecteurs en anneau Machines d di es configuration optimis e pour le PET Param tres typiques plus de 500 d tecteurs par anneaudiam tre de l anneau ~ 80 cm~ 30 couronnes de d tecteursintervalle entre 2 couronnes ~ 5 mmfen tre de co ncidence t ~ 5 - 20 nsMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 30 Principe du PET temps de volxyzcollimation lectroniqueestimation directe de la position de l annihilation sur la lignede projection(a priori, pas de reconstruction tomographique n cessaire)*t1t2mesure de t2-t1MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 31 Contraintes li es au PET temps de vol Cristal d croissance temporelle tr s rapide BaF2 (0,8 ns) fen tre de co ncidence t ~ 0,4 - 4 ns Emission 10 cm du centre d1-d2 = 20 cm t1-t2 = 667 ps localisation de l missionavec 10 cm d impr cision n cessit d effectuer unereconstruction tomographiqueadapt e 1 tube photomultiplicateur associ chaque cristal simplification de l lectronique pour r duirele temps de traitement des v nements r duction du temps mort*d1d2+10 cmMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 32 Exemple de PET temps de vol.

9 TTV03 Orsay TTV03 SiemensEXACT HRDiam tre des anneaux(cm)Nombre d anneauxNombre de d tecteurspar anneauDimensions descristaux (mm)CristauxR solution spatiale(mm)R solution temporelle894 63247 x 18 x 45 BaF25650 ps82247842,9 x 5,9 x 30 BGO4-PET temps de volPET classique~1980 MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 33 PET temps de vol dans les ann es 80 Faible densit du BaF2 par rapport au BGO (et faiblenum ro atomique) Tubes photomultiplicateurs pas assez rapides, passuffisamment compacts Electronique trop lente Les travaux sur le PET TOF sont arr t s dans les ann es 90MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 34Ce qui a chang r cemment Electronique GHz devient classique D veloppement de TPM plus compacts Nouveaux scintillateurs :- LSO : 500 ps de r solution temporelle sur unmodule PET- LaBr3 : 300 ps- LYSO- LuI3MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 35 Int r t du PET temps de volGroiselle et al, IEEE MIC Conf Rec 2004No TOF700 ps500 ps300 psMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 36Ev nements d tect s en PET*co ncidences vraiesco ncidences diffus esco ncidences fortuites** bien localis s sur la ligne de projection information utile mauvaise localisation diminution du contraste biais quantitatif mauvaise localisation r duction descapacit s de comptage biais quantitatifMN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 37 Vocabulaire PET*Singles.

10 V nement d tect l int rieur de la fen tre en nergie, qqsoit son instant d arriv e par rapport une fen trede co ncidencePrompt : v nement d tect l int rieur de la fen tre en nergie et dans la fen tre de co ncidenceMultiples : 2 prompts dans une fen tre temporelleDelayed : v nements enregistr s dans une fen tretemporelle d cal e (pour correction de co ncidencesfortuites)Random (fortuit) : v nement non co ncident d tect dans lafen tre de co ncidenceScattered (diffus ) : prompts issus d une diffusion ComptonTrues :prompts - (scattered + multiples + randoms)single (qq soit t)prompt (si arriv dansfen tre de co ncidence)MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 38 Importance des co ncidences fortuites en PET Nombre de co ncidences fortuitesNrandom = 2 t S1 S2 proportionnel au carr de l activit A vue par le d tecteur Co ncidences vraies proportionnelles l activit A (fortuits / vrais) proportionnel A R duction des co ncidences fortuites- par r duction de la fen tre de co ncidence une correction reste cependant n cessaire longueur de la fen tre de co ncidenceNb d v nements simplesenregistr par le d tecteur 1MN2 : Tomographie d mission monophotonique et Tomographie d mission de positons - Ir ne Buvat - octobre 2006 - 39 PET 2D : principe**Vue transaxialesepta inter-plansVue axialecouronnes de d tecteurs**lignes demesureMN2.