Optimisation de l'architecture HiSens, une nouvelle architecture de gamma-caméra CdZnTe haute sensibilité pour l'imagerie clinique

Optimization of HiSens, a high sensitivity CdZnTe gamma-camera architecture dedicated to the clinical imaging applications

• Auteur / Autrice : Charlotte Robert
• Direction : Irène Buvat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie médicale -- Qualité de l'image

Mots clés libres

Spect

Détecteur pixellisé CZT

Collimation

Optimisation

Dqe

Résumé

Dans le but de dépasser le compromis résolution spatiale/sensibilité des gamma-caméras d'Anger, l'architecture HiSens est étudiée depuis plusieurs années. Cette architecture, basée sur l'utilisation d'un détecteur semi-conducteur CdZnTe, exploite la localisation 3D précise des interactions au sein du détecteur. Cette thèse s'inscrit dans ce cadre. Tout d'abord, une méthodologie de quantification de la qualité du volume reconstruit est mise en place. Cette étape permet de valider en mode planaire, par la simulation ainsi que par l'expérience, les intérêts potentiels de l'architecture. Afin d'en optimiser les paramètres, un outil de calcul de DQE (Detective Quantum Efficiency), adapté à l'imagerie gamma, est développé en mode d'acquisition planaire. Une optimisation de l'ouverture du collimateur pour deux applications, cardiaque et scintimammographique, est réalisée. Elle montre qu'un gain supérieur à un facteur 3 en sensibilité peut être obtenu pour une distance source-collimateur de 5 cm, à résolution identique voire meilleure, grâce à l'architecture HiSens. Dans le cadre de cette étude, le paramètre distance collimateur-détecteur est ajusté. Ce paramètre, qui permet un gain notable en qualité image pour les objets hautes fréquences, fait aujourd'hui l'objet d'un brevet et d'une validation expérimentale. Finalement, un programme de calcul de DQE en mode tomographique est développé. Celui-ci permet de caractériser, par exemple, la variation des performances dans le champ de vue. Grâce à ce programme, une méthodologie d'optimisation des caractéristiques système pour l'application cardiaque en mode tomographique est introduite. Elle clôture ces travaux de thèse.

To overcome the Anger camera spatial resolution/sensitivity trade-off, the HiSens architecture has been studied for several years. This architecture, based on pixelated CZT detectors, takes advantage of the accurate 3D localization of the interactions inside the detector. This work is dedicated to this architecture. First, a quantification methodology is introduced. This step allows preliminary simulation-based and experimental evaluation of the architecture in planar acquisition mode. A DQE (Detective Quantum Efficiency) calculation tool, aiming at optimizing the HiSens parameters in planar acquisition mode, is then proposed and used for two applications (cardiac imaging and scintimammography). Lt shows that, considering a 5 cm source-collimator distance, the system sensitivity can be increased by 3 while maintaining or improving the spatial resolution thanks to the HiSens architecture. Ln this study, the collimator-to-detector distance parameter is made scalable. We show that its adjustment can advantageously increase the high frequency content of the reconstructed images. The effect of this parameter is experimentally validated in this work and has been besides patented. Finally, a SPECT DQE calculation tool is developed. This one, permitting to describe the system performances inside the field-of-view, is used, at the end of the work, to suggest a methodology allowing to determine the optimal collimation parameters for cardiac SPECT applications.