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9ème Journées Jeunes Chercheurs Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003 Construction dune caméra TEP dédiée aux petits animaux Magalie KRIEGUER Inter-University.

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1 9ème Journées Jeunes Chercheurs Aussois, 30/11/ /12/2003 Construction dune caméra TEP dédiée aux petits animaux Magalie KRIEGUER Inter-University Institute for High Energies (IIHE) Vrije Universiteit Brussel

2 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/20032 Plan 1. Quelques rappels sur la tomographie par émission de positons (TEP) 2. TEP dédiée aux petits animaux 3. Projet ClearPET Bloc détecteur Électronique dacquisition Composants Programme Résultats Reconstruction des images

3 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/20033 Plan 1. Quelques rappels sur la tomographie par émission de positons (TEP) 2. TEP dédiée aux petits animaux 3. Projet ClearPET Bloc détecteur Électronique dacquisition Composants Programme Résultats Reconstruction des images

4 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/20034 Détecteurs en coincidence Radio- traceur Principe de la TEP Synthèse du radiotraceur Administration de la molécule au sujet (homme ou animal) Désintégration du radiotraceur et émission dun positon Thermalisation du positon Annihilation: e+ e- => Détection des 2 émis simultanément, avec une energie de 511 keV et avec un angle de 180°

5 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/20035 Sinogramme Reconstruction 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 …) Détecteurs en coincidence

6 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/20036 parcours moyen du e+ Limitations physiques Trajet du positon dans la matière Acolinéarité des 2 émis ( 0.25°) Courte durée de vie des radio-isotopes electron positon IsotopeDemi-vie [min] 15 O C N F109.8

7 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/20037 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

8 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/20038 Plan 1. Quelques rappels sur la tomographie par émission de positons (TEP) 2. TEP dédiée aux petits animaux 3. Projet ClearPET Bloc détecteur Electronique dacquisition Composants Programme Résultats Reconstruction des images

9 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/20039 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 => Haute sensibilité et haute résolution spatiale

10 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/ Plan 1. Quelques rappels sur la tomographie par émission de positons (TEP) 2. TEP dédiée aux petits animaux 3. Projet ClearPET Bloc détecteur Électronique dacquisition Composants Programme Résultats Reconstruction des images

11 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/ Projet ClearPET Dans le cadre de la Collaboration Crystal Clear 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

12 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/ Principaux développements Cristaux (C) = LSO:Ce + LuAP:Ce Grande densité (> 7 g/cm³) Temps de décroissance court (< 100 ns) Grand rendement lumineux Électronique dacquisition Rapide Faible bruit NaIBGOLSO:CeLuAP:Ce* Densité [g/cm³] Temps de décroissance (ns) Rendement lumineux [h /MeV] * Développement en cours à Bogoroditsk en Russie Visualisation Acquisition des données: Lecture Corrections Stockage Analyse des données: Reconstruction des images PMTC Détection

13 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/ 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?

14 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/ Composants de la DAQ 6533 DIO** PXI 8145 RT*** Embarqué sur le tambour PMTC C C C FPGA* PMTC C C C FPGA* … … Ethernet PC *FPGA = Field Programmable Gate Array **DIO = Digital Input Output (National Instrument) ***PXI = Peripheral Component Interconnect eXtensions for Instrumentation (National Instrument)

15 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/ Programme de la DAQ DAQServer HAUTE PRIORITE Transfert des données des FPGA vers les cartes 6533 DIO Analyse des données: - 64bits/évènement - Taux de comptage BASSE PRIORITE Communication RT FIFO Ecriture Lecture Master Paramètres de lacquisition Contrôle de lacquisition DataProcessor Stockage des données en format List Mode (LMF) Visualisation TCP/IP Disque TCP/IP

16 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/ Résultats préliminaires C = cristaux de LSO (8*8) Pas de couplage optique PXI 8145 RT6533 DIO 137 Cs FPGA* Ethernet PC CPMT

17 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/ 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... Ecriture LMF Acquisition LMF.cch +.cch

18 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/ Fichier de sortie (BINAIRE) Format List Mode ID temporel63 bits ID spatial16 bits Énergie et évènements multiples 8 à 21*8 bits Position du tambour (rotation) 16 bits Position du lit (translation) 16 bits Source externe: Position angulaire Position axiale 16 bits Ecriture LMF Acquisition LMF.cch +.cch

19 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/ Reconstruction des images STIR STIR = Software for Tomographic Reconstruction LMF.cch +.cch Recherche coincidences Lecture LMF Images Construction sinogrammes

20 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/ /12/ 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)


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