Construction d’une caméra TEP dédiée aux petits animaux

9ème Journées Jeunes Chercheurs

Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

Construction d’une caméra TEP dédiée aux petits

animaux

Magalie KRIEGUERInter-University Institute for High Energies (IIHE)

Vrije Universiteit [email protected]

9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003 2

Plan

1. Quelques rappels sur la tomographie par émission de positons (TEP)

2. TEP dédiée aux petits animaux3. Projet ClearPET

Bloc détecteur Électronique d’acquisition

Composants Programme Résultats

Reconstruction des images


Plan







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 d’un positon

Thermalisation du positon Annihilation: e+ e- => Détection des 2 émis

simultanément, avec une energie de 511 keV et avec un angle de 180°


Sinogramme

Reconstruction

Reconstruction tomographique

Intégration de l’activité le long de chaque ligne (ou tube) de réponse

Projections de l’objet selon différents angles: SINOGRAMME

Reconstruction de la distribution spatiale de l’activité avec des algorithmes (rétroprojection filtrée, méthode itérative …)

Détecteurs en coincidence


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

Isotope Demi-vie [min]15O 2.03

11C 20.413N 9.9618F 109.8


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


Plan



Bloc détecteur Electronique d’acquisition




TEP dédiée aux petits animaux Utilisée pour la recherche

Pharmaceutique Biomédicale

Intérêts Études in-vivo Imagerie fonctionnelle Moins d’animaux étudiés

Contraintes Doses de radiotraceur injecté très faibles Organes étudiés très petits

=> Haute sensibilité et haute résolution spatiale


Plan







Projet ClearPET Dans le cadre de la Collaboration Crystal Clear

http://crystalclear.web.cern.ch/crystalclear 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 d’acquisition Analyse des données

Résolution spatiale 2mm FWHM Sensibilité 2% (20 kcps/MBq) Résolution pour le calcul de la profondeur d’interaction

5 mm FWHM


Principaux développements

Cristaux (C) = LSO:Ce + LuAP:Ce Grande densité (> 7 g/cm³) Temps de décroissance court (< 100 ns) Grand rendement lumineux

Électronique d’acquisition

Rapide Faible bruit

NaI BGO LSO:Ce LuAP:Ce*

Densité [g/cm³] 3.67 7.13 7.4 8.34

Temps de décroissance (ns) 230 300 35-45 17

Rendement lumineux [h/MeV] 43000 8200 27000 11400

* Développement en cours à Bogoroditsk en Russie

VisualisationAcquisition des

données: Lecture

Corrections Stockage

Analyse des données:

Reconstruction

des images

PMTC

Détection


Acquisition des données (DAQ)

Comment contrôler l’acquisition 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 d’acquisition ? Comment et sous quel format stocker les données

? Comment transférer ces données vers le système

d’analyse ? Comment obtenir les meilleures performances

(vitesse et fiabilité) pour notre système d’acquisition?


Composants de la DAQ

6533 DIO**

PXI 8145 RT***

Embarqué sur le tambour

PMTC

PMTC

PMTC

PMTC

FPGA*

PMTC

PMTC

PMTC

PMTC

FPGA*

…

…

Ethernet

PC

* FPGA = Field Programmable Gate Array

** DIO = Digital Input Output (National Instrument)

*** PXI = Peripheral Component Interconnect eXtensions for Instrumentation (National Instrument)


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 PRIORITECommunication

RT FIFO

EcritureLecture

Master

Paramètres de l’acquisition

Contrôle de l’acquisition

DataProcessor

Stockage des données en format List Mode (LMF)

Visualisation

TCP/IP

TCP/IP

Disque

TCP/IP


Résultats préliminaires

C = cristaux de LSO (8*8)

Pas de couplage optique7 15 23 31 39 47 55 63

6 14 22 30 38 46 54 62

5 13 21 29 37 45 53 61

4 12 20 28 36 44 52 60

3 11 19 27 35 43 51 59

2 10 18 26 34 42 50 58

1 9 17 25 33 41 49 57

0 8 16 24 32 40 48 56

PXI 8145 RT6533 DIO

137 Cs

FPGA*

EthernetPC

C PMT


Fichier de sortie (ASCII)

Type de géométrie Diamètre des anneaux Date et heure de début

de l’acquisition Type, poids et genre de

l’animal Taille et espacement axial

et tangentiel pour tous les éléments du scanner

Isotope utilisé Activité injectée ...

Ecriture LMFAcquisition LMF.cch + .cch


Fichier de sortie (BINAIRE)

Format List Mode

ID temporel 63 bits

ID spatial 16 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 angulairePosition axiale

16 bits16 bits

Ecriture LMFAcquisition LMF.cch + .cch



STIR

STIR = Software for Tomographic Reconstructionhttp://stir.irsl.org

LMF.cch + .cch

Recherchecoincidences

Lecture LMF ImagesConstructionsinogrammes


Conclusion

Développement d’outils 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 d’un tomographe dédiée à la mammographie (ClearPEM)

Construction d’une caméra TEP dédiée aux petits animaux

Documents

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