Modélisation et caractérisation d'un système TEMP à collimation sténopée dédié à l'imagerie du petit animal

Modeling and characterization of a SPECT system with pinhole collimation for the imaging of small animals

• Auteur / Autrice : Benjamin Auer
• Direction : David Brasse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 07/03/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrice Laquerriere
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Jan, Manuel Bardiès

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physique médicale

Modélisation tridimensionnelle

Imagerie moléculaire

Animaux de petite taille

Tomographie d'émission monophotonique

Mots clés libres

Simulations Monte Carlo

Matrice système

Reconstruction itérative 3D quantitative

Tomographie par Emission MonoPhotonique (TEMP)

Correction de l’atténuation et de la diffusion

Monte Carlo simulations

System Matrix

Quantitative Iterative 3D reconstruction

Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT)

Attenuation and Scattering correction

Résumé

Le développement de plusieurs méthodes de reconstruction quantitatives dédiées à la Tomographie par Emission Mono Photonique du petit animal a été au cœur de cette thèse. Dans cette optique, une modélisation rigoureuse par simulation Monte Carlo du processus d’acquisition du système disponible, a été mise en place et validée. La modélisation matricielle combinée à l’algorithme de reconstruction itératif OS-EM, a permis la caractérisation des performances du système. Les valeurs de sensibilité et de résolution spatiale tomographique sont respectivement de 0,027% au centre du champ de vue et de 0,87 mm. Les limitations majeures des méthodes Monte Carlo nous ont conduit à développer une génération matricielle efficace et simplifiée des effets physiques occurrents dans le sujet. Mon approche, basée sur une décomposition de la matrice système, associée à une base de données pré-calculées, a démontré un temps acceptable pour un suivi quotidien (1h), conduisant à une reconstruction d’images personnalisée. Les approximations inhérentes à l’approche mise en place ont un impact modéré sur les valeurs des coefficients de recouvrement, une correction d’environ 10% ayant été obtenue.

My thesis focuses on the development of several quantitative reconstruction methods dedicated to small animal Single Photon Emission Computed Tomography. The latter is based on modeling the acquisition process of a 4-heads pinhole SPECT system using Monte Carlo simulations.The system matrix approach, combined with the OS-EM iterative reconstruction algorithm, enabled to characterize the system performances and to compare it to the state of the art. Sensitivity of about 0,027% in the center of the field of view combined with a tomographic spatial resolution of 0,87 mm were obtained.The major drawbacks of Monte Carlo methods led us to develop an efficient and simplified modeling of the physical effects occurring in the subject. My approach based on a system matrix decomposition, associated to a scatter pre-calculated database method, demonstrated an acceptable time for a daily imaging subject follow-up (1h), leading to a personalized imaging approach. The inherent approximations of the scatter pre-calculated approach have a moderate impact on the recovery coefficients results, nevertheless a correction of about 10% was achieved.