gamma - caméra Gérard Maurel IFMEM 2006

II historique : scintigraphe à balayage gamma - caméra Plan I introduction II historique : scintigraphe à balayage III principe de la gamma-caméra IV modes d’acquisition des images V tep VI autres détecteurs VII qualité de l’image scintigraphique

gamma - caméra I introduction 1 principe 2 historique

I introduction 1 principe

I introduction 1 principe

I introduction 1 principe

I introduction 1 principe

1 introduction 1B principe de la Scintigraphie 1 administration d'un RP émetteur g 2 image de la distribution du RP dans l'organe cible

1B principe de la Scintigraphie 1 introduction 1B principe de la Scintigraphie 1 administration d'un RP émetteur g 2 image de la distribution du RP dans l'organe cible caractéristiques : 1 image fonctionnelle : visualise la partie fonctionnelle de l'organe 2 dépend de la pharmacodynamie du RP: modification de la distribution du RP en fonction du temps

I introduction 2 historique a fixation mesure de la fixation de l'Iode 131 sur la thyroïde chaîne de comptage g

I introduction 2 historique a fixation mesure de la fixation de l'Iode 131 sur la thyroïde chaîne de comptage g 3 2

I introduction 2 historique a fixation sélection des photons contribuant à la mesure : collimateur spectrométrie

I introduction 2 historique b image : scintigraphe à balayage déplacement de la sonde devant le patient couplage mécanique à un système d'impression encore utilisé couplé à un ordinateur

I introduction 2 historique b scintigraphe à balayage déplacement de la sonde devant le patient couplage mécanique à un système d'impression encore utilisé couplé à un ordinateur

I introduction 2 historique b scintigraphe déplacement de la sonde devant le patient couplage mécanique à un système d'impression encore utilisé couplé à un ordinateur défauts : - pas de dynamique - très lent (mesure point par point)

I introduction 2 historique b scintigraphe défauts : - pas de dynamique - très lent (mesure point par point) c gamma-caméra de ANGER (1956) - grand cristal NaI - système de localisation dans le plan

I introduction 2 historique a sonde mesure fixation b scintigraphe c gamma-caméra de ANGER (1956) - grand cristal NaI - système de localisation dans le plan d tomographie (clinique 1975) traitement informatique e caméra TEP (clinique 1998)

II scintigraphe à balayage 1 Principe 2 propriétés du collimateur gamma - caméra I introduction II scintigraphe à balayage 1 Principe 2 propriétés du collimateur 3 intérêt et limites 4 version numérique III principe de la gamma-caméra IV modes d’acquisition des images V tep VI autres détecteurs VII qualité de l’image scintigraphique

II scintigraphe à balayage remarque : intérêt historique mais également mêmes problèmes que dans la gamma-caméra

sonde avec collimateur chaîne de comptage II scintigraphe à balayage 1 Principe : sonde avec collimateur chaîne de comptage couplage mécanique à un système d'impression

2 propriétés du collimateur sélectionne les photons incidents II scintigraphe à balayage 1 Principe : sonde avec collimateur, chaîne de comptage couplage mécanique à un système d'impression 2 propriétés du collimateur sélectionne les photons incidents sensibilité dépend de la distance multitrou augmente la sensibilité

2 propriétés du collimateur sélectionne les photons incidents II scintigraphe à balayage 2 propriétés du collimateur sélectionne les photons incidents sensibilité dépend de la distance multitrou augmente la sensibilité

2 propriétés du collimateur II scintigraphe à balayage 2 propriétés du collimateur sélectionne les photons incidents sensibilité dépend de la distance multitrou augmente la sensibilité

pas d'enregistrement dynamique pas de quantification II scintigraphe à balayage 3 intérêt et limites image à l'échelle 1 repérage anatomique robuste très lent pas d'enregistrement dynamique pas de quantification

II scintigraphe 4 version numérique

II scintigraphe 4 version numérique

III principe de la gamma-caméra 1 description 2 localisation I introduction II scintigraphe à balayage III principe de la gamma-caméra 1 description 2 localisation 3 image numérique 4 variantes IV modes d’acquisition des images V tep VI autres détecteurs VII qualité de l’image scintigraphique

III principe de la gamma-caméra grand cristal d'INa collimaté associé à un système de localisation de l'interaction du photon incident avec le cristal

III principe de la gamma-caméra 2 description

III principe de la gamma-caméra 2 description a tête - blindage - collimateur - cristal - ensemble de photomultiplicateurs - système de localisation

III principe de la gamma-caméra 2 description a tête - blindage - collimateur - cristal - ensemble de photomultiplicateurs - système de localisation

III principe de la gamma-caméra 2 description a tête - blindage - collimateur - cristal ensemble de photomultiplicateurs - système de localisation

III principe de la gamma-caméra 2 description b statif support de tête mécanique des mouvements de la tête : - manuels, mécaniques commandés - programmés : tomo, corps entiers sécurités : manuelle, de contact vérifier la libre circulation de la tête

III principe de la gamma-caméra 2 description c console de commande - spectrométrie - paramètres image: temps, nb événements - mode (statique, dyn, corps entier, tomo) - matrice image, profondeur image - nombre d'images - écran de contrôle

III principe de la gamma-caméra 2 description d informatique associée

III principe de la gamma-caméra 2 description d informatique associée

III principe de la gamma-caméra 3 constitution de l'image a localisation suivant un axe

3 constitution de l'image a localisation suivant un axe exemple 1 numéro PM 1 2 3 nb e- produits par PM 8 14 8 valeur résistances 1 3 2 2 3 1 nb e- après résistance 6 2 7 7 2 6 somme e- à gauche 6 7 2 =15 e- X- somme e- à droite 2 7 6 =15 e- X+ différence X+ - X- = 15 - 15 = 0

3 constitution de l'image a localisation suivant un axe exemple 2 numéro PM 1 2 3 nb e- produits par PM 16 10 4 valeur résistances 1 3 2 2 3 1 nb e- après résistance 12 4 5 5 1 3 somme e- à gauche 12 5 1 =18 e- X- somme e- à droite 4 5 3 =12 e- X+ différence X+ - X- = 12 - 18 = - 6

III principe de la gamma-caméra 3 constitution de l'image b localisation dans le plan

III principe de la gamma-caméra 3 constitution de l'image b localisation dans le plan normalisation du signal : X = X+ - X- X+ + X-

III principe de la gamma-caméra 3 constitution de l'image b localisation dans le plan normalisation du signal : X = X+ - X- X+ + X- c visualisation

III principe de la gamma-caméra 4 collimateur a paramètres des collimateurs parallèles

III principe de la gamma-caméra 4 collimateur a paramètres des collimateurs parallèles énergie du rayonnement (pic le plus élevé) énergie élevée --> septa épais

III principe de la gamma-caméra 4 collimateur a paramètres des collimateurs parallèles

III principe de la gamma-caméra 4 collimateur a paramètres des collimateurs parallèles haute résolution : trous de petite dimension grande hauteur --> image statique haute sensibilité : trous de grande largeur petite hauteur --> image dynamique

4 collimateur b autres collimateurs obsolètes

4 collimateur b autres collimateurs petit organe : pinhole à fentes cerveau

III principe de la gamma-caméra 5 informatique a limites de la caméra analogique * modes limités : - statique - dynamique - corps entier * pas de quantification * pas de traitement à posteriori

III principe de la gamma-caméra 5 informatique b gamma-caméra couplée à un système informatique avantages - mode tomographique - traitement de l'image - quantification, courbe dynamique = outil standard

III principe de la gamma-caméra 5 informatique b gamma-caméra couplée à un système informatique - conversion analogique numérique (CAN) des coordonnées X et Y de chaque photon stockage dans la matrice image : incrément de 1 du pixel de coordonnées XY - traitement de l'image

5 informatique C Image Numérique matrice initialisée à 0

5 informatique C Image Numérique matrice initialisée à 0 1 + 1 événement 1

5 informatique C Image Numérique matrice initialisée à 0 1 + 2éme événement 1

5 informatique C Image Numérique matrice initialisée à 0 2 + 3éme événement 2 1

5 informatique C Image Numérique 22 44 66

5 informatique C Image Numérique 22 44 66

III principe de la gamma-caméra 5 informatique c paramètres de l’image numérique taille de la matrice : 64x64 dynamique 256x256 statique profondeur du pixel : 8 bits (0 > 255) 16 bits (65535)

III principe de la gamma-caméra 6 caméra tomographique : standard

III principe de la gamma-caméra 6 caméra tomographique double cerceau

III principe de la gamma-caméra 6 caméra tomographique cantilever

III principe de la gamma-caméra 7 VARIANTES DE GAMMA CAMERA a deux têtes - petites têtes à 90°: coeur, cerveau? - grandes têtes: corps entier b trois têtes : cerveau, tomo rapide c suivant architecture

II scintigraphe à balayage III principe de la gamma-caméra I introduction II scintigraphe à balayage III principe de la gamma-caméra IV modes d’acquisition des images V tep VI autres détecteurs VII qualité de l’image scintigraphique

IV modes d’acquisition des images 1 statique 2 dynamique synchronisée (gated) 4 corps entier 5 tomographie 6 mode liste

IV modes d’acquisition des images 1 statique matrice image caractérisée par : - dimension ex : 256 * 256 durée de l'acquisition ( cumul d'évènements)

IV modes d’acquisition des images 2 dynamique série d'images statiques rapides : 1 image par sec ( reflux) lentes 1 image par minute (vidange de l'estomac) fonction du phénomène temporel à voir

2 dynamique série d'images statiques rapides : 1 image par sec ( reflux) lentes 1 image par minute (vidange de l'estomac) fonction du phénomène temporel à voir

IV modes d’acquisition des images 3 synchronisée (gated) ex : cavités cardiaques en fonction du cycle 1 cycle = 1 sec systole = 100ms trop court pour image correcte -> enregistrement synchro à l'ECG

3 synchronisée (gated)

IV modes d’acquisition des images 3 synchronisée (gated)

IV modes d’acquisition des images 3 synchronisée (gated)

IV modes d’acquisition des images 4 corps entier champ > caméra déplacement continu du détecteur devant le patient détecteur

FUSION d’IMAGE

IV modes d’acquisition des images 5 tomographie image = coupe transverse (idem scanner X) a acquisition - acquisition des projections sur 360°

IV modes d’acquisition des images 5 tomographie a acquisition

IV modes d’acquisition des images 5 tomographie b reconstruction

IV modes d’acquisition des images 5 tomographie b reconstruction - rétroprojection filtrée - reconstruction itérative

IV modes d’acquisition des images 5 tomographie b reconstruction - rétroprojection filtrée - reconstruction itérative rétroprojection itératif

IV modes d’acquisition des images 5 tomographie c traitement de l’image superposition des coupes transverses -> image 3D

IV modes d’acquisition des images 6 mode liste liste des événements avec leurs coordonnées et top de synchro toutes les ms ex : X1Y1; X2Y2; X3Y3; top; X4Y4; ... -> reconstruction des images à posteriori

II scintigraphe à balayage III principe de la gamma-caméra I introduction II scintigraphe à balayage III principe de la gamma-caméra IV modes d’acquisition des images V caméra tep VI autres détecteurs VII qualité de l’image scintigraphique

V caméra tep Tomographique à Emission de Positons 1 principe de l'imagerie en coïncidence REA émetteur de positons (ex Fluor18) annihilation positon - électron > 2 photons gamma de 511Kev même direction et sens opposés

1 principe de l'imagerie en coïncidence V caméra tep 1 principe de l'imagerie en coïncidence > 2 photons gamma de 511Kev même direction et sens opposés

V caméra tep 1 principe de l'imagerie en coïncidence trajectoire > reconstruction tomographique

trajectoire > reconstruction tomographique V caméra tep 1 principe de l'imagerie en coïncidence trajectoire > reconstruction tomographique - pas de collimateur > sensible - rapport signal sur bruit élevé 18F desoxy-glucose (analogue du glucose) > localisation des métastases

V caméra tep 2 variantes de détecteurs de positons a TEP standart petits cristaux BGO ou LSO

V caméra tep 2 variantes de détecteurs de positons b C-PET 6 cristaux de caméra (INa)

V caméra tep 2 variantes de détecteurs de positons c Cedet : caméra 2/3 têtes avec coïncidence système hybride cristaux épais (2cm) (INa)

TEP cristaux BGO

V caméra tep 3 tendance des nouveaux TEP Pb: quantification absolue de l'activité fixée dans une tumeur importance : dosimétrie > thérapeutique = quête du Graal car absorption des rayonnements par les tissus

carte des coefficients d'atténuation obtenue par source scellée V caméra tep tendance des nouveaux TEP quantification absolue de l'activité fixée dans une tumeur importance : dosimétrie > thérapeutique = quête du Graal car absorption des rayonnements par les tissus solution 1 : carte des coefficients d'atténuation obtenue par source scellée

carte des coefficients d'atténuation obtenue par source scellée V caméra tep tendance des nouveaux TEP solution 1 : carte des coefficients d'atténuation obtenue par source scellée solution 2 : coupler un scanner X et un tep dans le même appareil

coupler un scanner X et un tep dans le même appareil V caméra tep tendance des nouveaux TEP solution 2 : coupler un scanner X et un tep dans le même appareil

correction d’atténuation : tient compte de la densité des poumons V caméra tep tendance des nouveaux TEP solution 2 : coupler un scanner X et un tep dans le même appareil autres intérêts correction d’atténuation : tient compte de la densité des poumons tep scanner

Morpho-TEP TEP-TDM PET-CT

Morpho-TEP

- fusion d’image scanner + tep > repérage anatomique V caméra tep tendance des nouveaux TEP solution 2 : coupler un scanner X et un tep dans le même appareil autres intérêts correction d’atténuation : tient compte de la densité des poumons - fusion d’image scanner + tep > repérage anatomique

fusion d’images

II scintigraphe à balayage III principe de la gamma-caméra I introduction II scintigraphe à balayage III principe de la gamma-caméra IV modes d’acquisition des images V tep VI autres détecteurs VII qualité de l’image scintigraphique

VI autres détecteurs 1 ostéodensitomètre : double faisceau (RX ou gadolinium) pour mesure densité osseuse

VI autres détecteurs 1 ostéodensitomètre

VI autres détecteurs 2 sondes per-opératoires tumeurs bénignes et métastases

VI autres détecteurs 3 détecteur a photomultiplicateur localisateur petit champ (10 cm) > petits organes : thyroïde

VI autres détecteurs 3 détecteur a pm localisateur petit champ (10 cm) petits organes : thyroïde

VI autres détecteurs 3 détecteur a pm localisateur petit champ (10 cm) petits organes : thyroïde

VI autres détecteurs 4 détecteur CdTe petit champ (10 cm)

VI autres détecteurs 5 autres a détecteurs cérébraux - cristal cylindrique creux (aspect) - barreaux détecteurs en carré (tomomatic) : Xe b scani caméra double barreau détecteur pour corps entier

II scintigraphe à balayage III principe de la gamma-caméra I introduction II scintigraphe à balayage III principe de la gamma-caméra IV modes d’acquisition des images V tep VI autres détecteurs VII qualité de l’image scintigraphique

VII qualité de l’image scintigraphique 1 homogénéité du champ de détection 2 sensibilité de détection 3 résolution spatiale 4 résolution en énergie

VII qualité de l’image scintigraphique 1 homogénéité du champ de détection même sensibilité de détection dans tout le champ 2 sensibilité de détection augmentée en élargissant les trous du collimateur

VII qualité de l’image scintigraphique 2 sensibilité de détection : augmentée en élargissant les trous du collimateur 3 résolution spatiale : améliorée par un collimateur de grande hauteur contrôle : étalement latéral de l'image d'un cathéter radioactif

VII qualité de l’image scintigraphique 3 résolution spatiale : améliorée par un collimateur de grande hauteur contrôle : étalement latéral de l'image d'un cathéter radioactif

VII qualité de l’image scintigraphique 4 résolution en énergie : largeur à mi-hauteur du pic photoélectrique fenêtre de sélection en énergie (spectrométrie : élimine le rayonnement diffusé)

VII qualité de l’image scintigraphique 4 résolution en énergie : largeur à mi-hauteur du pic photoélectrique fenêtre de sélection en énergie (spectrométrie : élimine le rayonnement diffusé)