Conception du scanner TEP Tchérenkov, corps entier, temps de vol en utilisant un logiciel de simulation GATE
Auteur / Autrice : | Marharyta Alokhina |
Direction : | Viatcheslav Sharyy, Igor Kadenko |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Imagerie médicale et radioactivité |
Date : | Soutenance le 20/09/2018 |
Etablissement(s) : | Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Kiïvsʹkij nacìonalʹnij unìversitet imeni Tarasa Ševčenka (Kiïv) |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1991-....) |
établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019) | |
Jury : | Président / Présidente : Achille Stocchi |
Examinateurs / Examinatrices : Viatcheslav Sharyy, Igor Kadenko, Achille Stocchi, Gérard Montarou, Klaus Peter Schäfers, Oleg Bezshyyko | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Gérard Montarou, Klaus Peter Schäfers |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Dans cette thèse, nous présentons la conception et l’étude de performance d’un tomographe par émission de positrons (TEP) corps entier utilisant la radiation Cherenkov avec capacité de temps-de-vol (projet PECHE). Nos résultats et les conclusions sont basés sur la simulation GATE pour la configuration du scanner suivante: cristal de fluorure de plomb attaché à un photomultiplicateur à micro-canaux. C’est un cristal de haute densité, transparent pour les photons ultraviolet, et possède la fraction photoélectrique la plus élevé de 46%. Le photomultiplicateur choisi est un détecteur de grande taille, rapide et pixélisé avec une efficacité quantique raisonnable, de 25% à une longueur d'onde de 400 nm. Grâce à ces propriétés, il est possible d’envisager un détecteur efficace de gamma de 511 keV avec une épaisseur de cristal de 10 mm (une longueur d'interaction) et donc de minimiser la longueur et dispersion des trajectoires de photons, résultant à une résolution temporelle optimisée. Nous avons étudié les configurations différentes de détecteur élémentaire tels que le cristal avec les épaisseurs de 10 et 20 mm, le diamètre de l'anneau de détection de 80 et 90 cm, diverses options de le revêtement de cristal (noir, blanc diffus et poli) et deux interfaces optiques (collage moléculaire et assemblage conventionnel avec un gel optique). Pour une configuration optimale, nous avons choisi un scanner TEP à trois anneaux avec un diamètre de l'anneau de 80 cm, cristal de 10 mm d'épaisseur, et un blindage en plomb. Le collage moléculaire donne une meilleure photo-collection comparée à configuration avec un gel optique. Nous avons estimé le potentiel du scanner envisagé en utilisant les tests recommandés par la norme NEMA NU 2-2012. En particulier, nous avons évalué le taux de comptage de bruit équivalent (NECR), la résolution spatiale, coefficients de recouvrement de contraste de l'image et la variabilité de bruit de fond pour le fantôme de qualité d’image. La reconstruction des images est faite en utilisant l'algorithme itératif temps-de-vol implémenté dans la plate-forme de reconstruction « open source » CASToR récemment développée. Nous avons conclu qu’un scanner corps entier utilisant la lumière Cherenkov pourrait atteindre des performances comparables à celles d'un tomographe classique à scintillation grâce à son excellente résolution temps-de-vol. L'utilisation du rayonnement Cherenkov permet d'atteindre une résolution en temps-de-vol encore meilleure. Il est limité actuellement par la dispersion de temps de transit des photomultiplicateurs existants, un faible nombre de photons optiques détectés et une efficacité de collecte de photons dans un cristal limitée. Les limitations physiques identifiées dans cette étude seront abordées dans le développement du futur photodétecteur amélioré utilisant le radiateur PbWO₄, qui permet de concevoir un scanner TEP corps entier avec une excellente performance temps-de-vols.