Nouveaux systèmes d'imagerie médicale exploitant la diffraction X en dispersion d'énergie à l'aide de détecteurs spectrométriques CdZnTe

New medical imaging systems exploiting the energy dispersive X-ray diffraction with spectrometric CdZnTe based detector

• Auteur / Autrice : Damien Barbes
• Direction : Jean-Louis Hazemann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique appliquée
• Date : Soutenance le 04/10/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Hodeau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Adam, Philippe Duvauchelle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Baudelet, Philippe Walter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Technique

Imagerie médicale

Imagerie médicale -- Appareils et matériel

Mots clés libres

Instrumentation

Sciences pour l'ingénieur

Système d'imagerie

Simulation

Instrumentation

Engineering science

Imaging System

Simulation

Résumé

Cette thèse étudie l’intérêt de la mesure de la diffusion cohérente de rayons X dans le cadre de l’imagerie du sein à des fins de diagnostic. Aujourd'hui, la plupart des systèmes d'imagerie médicale par rayons X exploitent le rayonnement transmis à travers les tissus. C’est le cas pour la mammographie, qui est la modalité d’imagerie du sein la plus courante. L'apparition récente de détecteurs résolus en énergie, à base de semi-conducteurs notamment, permet cependant d'envisager l'exploitation en milieu clinique d'un autre phénomène : le rayonnement diffusé cohérent. La mesure de spectres de diffusion peut apporter de nouvelles informations liées à la structure moléculaire des tissus examinés pour mieux les caractériser et ainsi améliorer le diagnostic final. Deux modalités sont envisagées : la détection in vivo de tumeurs du sein, à la suite d’une mammographie présentant un résultat suspect ou l'analyse de biopsie.Le système de mesure de diffusé développé lors de cette thèse exploite les détecteurs résolus en énergie de type CdZnTe, ces derniers présentant des caractéristiques (résolution en énergie, sensibilité, résolution spatiale, compacité) prometteuses pour une utilisation en condition clinique. Il se base par ailleurs sur la pixellisation du détecteur afin de proposer une modalité d’imagerie permettant de caractériser les matériaux ou tissus traversés dans une direction sans translation ni rotation.Cette thèse propose ainsi une étude complète de ce système, articulée autour de trois grandes parties : modélisation puis simulation du système de mesure, développement du traitement des données mesurées par le détecteur afin d’imager et caractériser l’échantillon analysé et enfin, dimensionnement d’un banc expérimental plus complexe intégrant un détecteur complet et un système de collimation multifente. Ces trois parties font par ailleurs l’objet de validations expérimentales associées.

This thesis studies the interest of measuring the coherent scattering of X-rays for breast diagnosis imaging. Nowadays, most of X-ray-based medical imaging techniques use the information of X-rays attenuation through the tissues. It is the case for mammography, the most common breast imaging modality. The recent emergence of energy resolved detectors (based on semiconductors in particular) allows to consider using another phenomenon: the coherent X-ray scattering. Measurement of diffracted spectra can provide new information related to the molecular structure of the examined tissues, in order to improve their characterization and therefore improve the final diagnosis. Two modalities are considered: the breast cancer detection in vivo, following a suspicious mammography result, or biopsy analysis.The coherent scattering measurement system developed during this thesis work uses energy-resolved CdZnTe-based detectors, these detectors combining performances (energy resolution, sensitivity, spatial resolution, and compactness) promising for clinical application. This system is also based on the detector pixelation, which allows to provide an imaging modality capable of characterizing analyzed materials or tissues in one direction without any translation or rotation.A complete study of the measurement system is proposed in this thesis, structured in three main parts: modeling and simulation of the system, development of the processing of the data measured by the detector in order to image and characterize the analyzed sample and finally, designing of a new and more complex experimental setup based on a whole detector and multislit collimation system. An experimental validation is proposed for each of these three parts.