9ème journées jeunes chercheurs aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003 construction dune caméra tep...
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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 Brusselkrieguer@hep.iihe.ac.be
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
9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003 3
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
9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003 4
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°
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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
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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
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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
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Plan
1. Quelques rappels sur la tomographie par émission de positons (TEP)
2. TEP dédiée aux petits animaux3. Projet ClearPET
Bloc détecteur Electronique d’acquisition
Composants Programme Résultats
Reconstruction des images
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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
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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
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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
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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
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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?
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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)
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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
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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
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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
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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
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Reconstruction des images
STIR
STIR = Software for Tomographic Reconstructionhttp://stir.irsl.org
LMF.cch + .cch
Recherchecoincidences
Lecture LMF ImagesConstructionsinogrammes
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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)
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