Evaluation pour la quantification en tomographie d'émission monophotonique

• Auteur / Autrice : Georges El Fakhri
• Direction : Habib Benali
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Imagerie médicale
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Paris 11
• Jury : Président / Présidente : Alain Prigent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Habib Benali, Alain Prigent, Yves Bizais, Stephen.C Moore, Michel Tararine, Andrew Todd-Pokropek
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yves Bizais, Stephen.C Moore

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tomographie d'émission monophotonique

Photons

Tomographie

Médecine nucléaire

Résumé

Bien que de nombreuses méthodes de correction aient été proposées pour améliorer la fiabilité de la quantification en SPECT, il n’existe pas actuellement de méthodologie ''standard'' pour évaluer leurs performances en fonction de l'objectif poursuivi. Ce travail de thèse se propose d’élaborer et de mettre en œuvre une méthodologie d'évaluation pour l'étude de la quantification en SPECT. Cette méthodologie vise d'abord à déterminer comment la diffusion, l'atténuation, la réponse variable du collimateur (RVC) et la résolution spatiale finie (RSF) affectent la quantification. Ceci permet de déduire l'importance relative des corrections à effectuer en fonction de la tâche de quantification considérée. La méthodologie développée repose sur la simulation de Monte Carlo et sur les acquisitions physiques sur gamma caméra. Pour étudier les rôles respectifs des différents facteurs affectant la quantification en SPECT, il est nécessaire de disposer de données représentatives des données acquises en routine clinique, tout en ayant une connaissance parfaite et aussi complète que possible de la réalité sous-jacente. Pour répondre à ces exigences, notre stratégie d'évaluation repose en partie sur des simulations de Monte Carlo. La simulation de données réalistes nous a conduit à compléter le code PHG, pour modéliser la diffusion cohérente et l'émission de photons gamma associés à la raie caractéristique K du Plomb. La simulation a été validée notamment en comparant les caractéristiques spectrales et spatiales des données simulées pour différentes géométries à celles des données correspondantes simulées par d’autres codes ou acquises sur gamma caméras. La méthodologie d'évaluation a été élaborée de sorte que l'effet de chacun des facteurs affectant la quantification puisse être individualisé. Différents critères d’’intérêt clinique ont été définis et analysés en fonction des phénomènes affectant les données. La méthodologie d'évaluation a été mise en œuvre dans le cadre d'études au Tc-99m sur fantôme cardiaque anthropomorphique (myocarde sain de lcm d'épaisseur) simulé par Monte Carlo et acquis sur gamma caméra. Ainsi, nous avons montré que l'atténuation est l'obstacle principal à la quantification et qu'il est inutile de corriger de la diffusion sans corriger de l'atténuation. Dans les organes de grande taille (e. G. Le foie), la correction de diffusion associée à la correction d'atténuation permet de mesurer la concentration d'activité. Avec une erreur de l'ordre de 5% (~16% avec correction d'atténuation seulement et ~90% sans aucune correction). Pour des structures de petite taille (e. G. , paroi ventriculaire gauche), la correction de l'atténuation doit s'accompagner des corrections de diffusion, de RVC et de RSF afin d'obtenir une erreur d'estimation de l'activité de l'ordre de 5% (~22% avec correction de 1 'atténuation seulement, ~30% avec corrections de l'atténuation+diffusion, et ~20% avec corrections de l'atténuation+diffusion+RVC). La correction de la RVC est la correction déterminante pour améliorer la résolution (amélioration de -25%). Les corrections de diffusion et d’atténuation sont essentielles pour restituer l'uniformité de la carte polaire d'un myocarde présentant une distribution d'activité uniforme puisqu'elles permettent d'obtenir une uniformité de 95%, proche de la valeur idéale (100%}. Enfin, le contraste est principalement amélioré par la correction de la RVC (amélioration de ~22%) et de la diffusion (amélioration de~10%). Cependant, les corrections de la RVC et de la diffusion détériorent le rapport signal-sur-bruit de ~30% et de ~16% respectivement. Ces prévisions ont été confirmées en mettant en œuvre des méthodes de correction sur des données simulées et acquises dans des conditions expérimentales semblables. Une méthode de simulation de Monte Carlo des acquisitions en transmission a été élaborée pour étudier l'impact de la diffusion dans les données en transmission sur la précision des coefficients d'atténuation et sur la quantification dans le volume reconstruit. Nous avons ainsi montré que la présence de photons diffusés dans les données en transmission n'affectait pas l'uniformité, le contraste ou le rapport signal-sur-bruit dans les données reconstruites. Cependant, les données en transmission et en émission doivent être toutes deux corrigées de la diffusion pour obtenir une quantification absolue fiable (erreur< 5%) dans les données corrigées de l'atténuation. La méthodologie présentée permettra d'étudier d'autres configurations (autres géométries d'acquisition, autres radioéléments, autres organes) afin de déterminer si l'importance relative des différents phénomènes et corrections reste similaire. L'importance relative des différents effets dans les acquisitions multi-isotopiques, peu étudiées jusqu'à présent, peut aussi être envisagée. Enfin, notre méthodologie d'évaluation élaborée pour des tâches de quantification pourrait être adaptée à des tâches de détection, en imagerie cardiaque (détection d'ischémies) ou en oncologie.