Construction d’une caméra TEP dédiée aux petits animaux

1. Construction d’une caméra TEP dédiée aux petits animaux Magalie KRIEGUER Inter-University Institute for High Energies (IIHE) Vrije Universiteit Brussel krieguer@hep.iihe.ac.be

2. Plan • Quelques rappels sur la tomographie par émission de positons (TEP) • TEP dédiée aux petits animaux • 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 • Quelques rappels sur la tomographie par émission de positons (TEP) • TEP dédiée aux petits animaux • 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. Radio- traceur Détecteurs en coincidence Principe de la TEP • Thermalisation du positon • Annihilation: e+ e- =>  • Détection des 2  émis simultanément, avec une energie de 511 keV et avec un angle de 180° • Synthèse du radiotraceur • Administration de la molécule au sujet (homme ou animal) • Désintégration du radiotraceur et émission d’un positon 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

5. Sinogramme Détecteurs en coincidence 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 …) 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

6. parcours moyen du e+  electron  positon Limitations physiques • Trajet du positon dans la matière • Acolinéarité des 2  émis ( 0.25°) • Courte durée de vie des radio-isotopes 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

7. 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 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

8. Plan • Quelques rappels sur la tomographie par émission de positons (TEP) • TEP dédiée aux petits animaux • Projet ClearPET • Bloc détecteur • Electronique d’acquisition • Composants • Programme • Résultats • Reconstruction des images 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

9. 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 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

10. Plan • Quelques rappels sur la tomographie par émission de positons (TEP) • TEP dédiée aux petits animaux • Projet ClearPET • Bloc détecteur • Électronique d’acquisition • Composants • Programme • Résultats • Reconstruction des images 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

11. 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 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

12. Visualisation Acquisition des données: Lecture Corrections Stockage Analyse des données: Reconstruction des images Détection C PMT 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 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

13. 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? 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

14. … Embarqué sur le tambour FPGA* FPGA* 6533 DIO** PC C C C C C C C C PMT PMT PMT PMT PMT PMT PMT PMT Ethernet PXI 8145 RT*** … Composants de la DAQ 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

15. DAQServer • Master • Paramètres de l’acquisition • Contrôle de l’acquisition BASSE PRIORITE Communication TCP/IP • HAUTE PRIORITE • Transfert des données des FPGA vers les cartes 6533 DIO • Analyse des données: - 64bits/évènement - Taux de comptage TCP/IP TCP/IP • DataProcessor • Stockage des données en format List Mode (LMF) • Visualisation Ecriture Lecture RT FIFO Disque Programme de la DAQ 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

16. 6533 DIO PXI 8145 RT FPGA* C PMT 137 Cs Ethernet PC Résultats préliminaires • C = cristaux de LSO (8*8) • Pas de couplage optique 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

17. LMF .cch + .cch Ecriture LMF Acquisition 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 • ... 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

18. LMF .cch + .cch Ecriture LMF Acquisition Fichier de sortie (BINAIRE) 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

19. Reconstruction des images Recherche coincidences Lecture LMF Images Construction sinogrammes STIR LMF .cch + .cch STIR = Software for Tomographic Reconstruction http://stir.irsl.org 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003

20. 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) 9ème Journées Jeunes Chercheurs - Aussois, 30/11/2003 - 5/12/2003