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Guillaume BONNIAUD Service de Physique - Institut Gustave ROUSSY La correction datténuation des images de Tomographie par Émission de Positons (TEP) utilisant.

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1 Guillaume BONNIAUD Service de Physique - Institut Gustave ROUSSY La correction datténuation des images de Tomographie par Émission de Positons (TEP) utilisant les images de Tomodensitométrie (TDM)

2 2- Un biais de détection en TEP : latténuation 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 1- La Tomographie par Émission de Positons (TEP) : quest-ce que ? ? N P = N source.exp[- µ(L).dL]

3 1- La Tomographie par Émission de Positons (TEP) 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. La TEP est une modalité dimagerie fonctionnelle La TEP en cancérologie: Fonction : activité tumorale et métastatique => La cellule cancéreuse consomme plus de glucose que les autres cellules Molécule marquée : analogue du glucose marqué par un émetteur de positons, le 18 F-Fluoro-déoxyglucose ( 18 FDG) Détection : caméra dédiée à la détection des positons Injection dun radiotraceur émetteur de positons

4 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 + Fixation de + Photon de 511keV 2. Thermalisation (interaction positon - matière) sur quelques mm 3. Annihilation (interaction positon thermalisé – électrons des couches supérieures de la matière) 4. Émission de 2 photons de 511keV en opposition (180 0,3°) Ce sont les photons dannihilation qui vont être détectés

5 1- La Tomographie par Émission de Positons (TEP) Principe de la détection en TEP (2) Injection dun radiotraceur émetteur + Ligne de coïncidence Détection en coïncidence de lignes de réponse (LOR) Ligne de Réponse (LOR) La détection des photons dannihilation Ligne de coïncidence = Fenêtre temporelle (quelques ns) + fenêtre spectrale (350 à 650 keV) Émission en opposition des 2 photons dannihilation Chaque LOR contient le nombre de positons émis sur cette ligne Anneau de détection

6 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 : 1 point représente une LOR Ligne de coïncidence 1 pixel = N (nombre de coïncidences) R r Ligne de coïncidence Sinogramme Ligne de Réponse (LOR) Anneau de détection

7 1- La Tomographie par Émission de Positons (TEP) R econstruction des images TEP Acquisition de Lignes de Réponse (LOR) : LOR 1, LOR 2, LOR 3, … LOR 1 LOR 2 LOR 3 LOR 4 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 Deux types dalgorithmes de reconstruction dimages : reconstructions analytiques / itératives (chaque LOR contient le nombre de positons émis sur cette ligne) Visualisation de la reconstruction sous forme dimages transverses, sagittales et coronales Anneau de détection

8 1- La Tomographie par Émission de Positons (TEP) Limitations de la technique de détection en TEP Fortuites Résolution spatiale finie des détecteurs Atténuation des photons dannihilation dans le patient Détection de coïncidences : Diffusées Lémission de positon nest pas sur la LOR détectée = bruit Coïncidences « vraies » (signal) ~ 1% des coïncidences détectées en 3D Anneau de détection

9 2- Latténuation en TEP Atténuation des photons dannihilation (511 keV) 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. Anneau de détection Ligne de Réponse (LOR) Ligne de coïncidence Latténuation en TEP (1) :

10 2- Latténuation en TEP Influence sur la détection N théorique = n(L).dL avec L = LOR Ligne de coïncidence 1 pixel = N (nombre de coïncidences) R r Sinogramme N mesuré = n(L) affecté par latténuation.dL avec L = LOR Latténuation en TEP (2) :

11 Objet homogène Perte de signal => évènements non détectés 2- Latténuation en TEP Image Nombre démission de postions Profil transverse Nombre démission de postions Profil transverse Conséquences (1) :

12 Quantification erronée => erreur dans la restitution du nombre démissions de positons de lobjet dans limage Atténuation inégale suivant la profondeur => détection des lésions profondes difficile 2- Latténuation en TEP Comment va-t-on corriger les images TEP de latténuation des photons dannihilation ? Image TEP transverse non corrigée de latténuation Conséquences (2) :

13 Comment corriger de latténuation ? Solution théorique exacte => Pondération des projections par un Facteur de Correction dAtténuation (FCA) 3- La Correction dAtténuation (CA) en TEP N = n(L).FCA.dL avec FCA = Exp ( µ(L).dL) (L = LOR) Détermination du FCA => Utilisation du TDM (Tomodensitomètre ou scanner à RX) Le calcul du FCA nécessite la connaissance de la cartographie 3D des coefficients datténuation

14 Problèmes 3- La CA en TEP utilisant les images TDM Les rayons X utilisés en TDM sont émis suivant un spectre continu de rayonnement de freinage ( keV) alors que les photons dannihilation des positons sont mono-énergétiques (511 keV). Lénergie de ces deux rayonnements est différente Retrouver la cartographie 3D des coefficients datténuation à 511keV nécessite une conversion des coefficients datténuation du TDM Energie (keV) Signal relatif Relation non linéaire des coefficients datténuation entre 70 et 511 keV

15 La conversion des coefficients datténuation 3- La CA en TEP utilisant les images TDM Conversion de 70 à 511 keV par segmentation des images TDM Définition dune énergie effective du faisceau de rayons X utilisé en TDM (E eff 70 keV) µ poumons µ tissus mous µ os Segmentation µ poumons µ tissus mous µ os Conversion µ 70keV => µ 511keV 70 keV 511 keV

16 Synthèse 3- La CA en TEP utilisant les images TDM Images TDM (E eff =70keV) Sinogrammes TDM (E eff =70keV) Images TEP CA Algorithme de reconstruction reformatage Conversion Sinogrammes TEP CA Sinogrammes TDM (E=511keV) x Intégration Sinogrammes TEP non CA

17 3- La CA en TEP utilisant les images TDM Résultats Qualitatif : CA induit diminution du contraste/amélioration de la détection Quantitatif : CA par TDM « robuste » Exemple : Corrigée Coupe transverse Coupe coronale Coupe sagittale CA des images TEP par TDM adoptée en clinique Non corrigée

18 4- La TEP, le TDM et la CA en pratique clinique La TEP en pratique clinique Injection du 18 FDG (à jeun) Repos de 45 minutes au minimum Examen TEP (45 minutes environ) Déroulement dun examen : 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 => machines hybrides : TEP et TDM couplés

19 4- La TEP, le TDM et la CA en pratique clinique A quoi ressemble une caméra TEP-TDM ? Le TEP-TDM Biograph de Siemens

20 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 : information fonctionnelle TEP – TDM : information anatomique ET fonctionnelle Meilleure localisation anatomique des zones dhyperfixation pathologiques

21 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)

22 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 Lacquisition des images de TDM est rapide Les images TDM apportent une information anatomique importante A Le TDM est une modalité dimagerie irradiante (dose au patient) Les éventuels artefacts du TDM peuvent se propager dans les images TEP corrigées de latténuation I

23 Remerciements Bernard AUBERT Jérémy COULOT Frédéric LAVIELLE Marcel RICARD


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