Efficacité de la réjection du bruit de fond γ

Le flux de rayonnements γ de 511 keV généré par l’annihilation des positons dans les tissus produit un signal parasite qui réduit le rapport signal sur bruit du processus de détection par rapport à l’accumulation réelle du radiotraceur dans les lésions tumorales [Piert et al., 2007, 2008; Strong et al., 2008]. Dans certaines configurations anatomiques (tumeurs proches de zones de fixation naturelles du radiotraceur), ce bruit est un obstacle majeur à la

-3 -2 -1 0 1 2 3 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Position (mm) No mb re d e co up s contact 100 µm 200 µm 300 µm 400 µm 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Profondeur de la source (µm) R é s o lu tio n s p a tia le ( m m FW HM )

avec tissus interposés sans tissus interposés

Figure 5.8 – Profils de la source ponctuelle en fonction de sa profondeur dans les tissus (gauche). Résolution spatiale (FWHM) de l’imageur en fonction de la profondeur de la source avec et sans tissus interposés (source ponctuelle de 18F-FDG) (droite).

Figure 5.9 – Image de trois points source de 330 Bq de 18F-FDG espacés de 5 mm (durée d’acquisition de 6 heures)

détection de petits foyers tumoraux. L’influence du bruit de fond γ est illustrée sur la figure 5.10 qui montre le spectre mesuré par le scintillateur "signal" avec le fantôme sans bruit de fond non-spécifique (uniquement la tumeur) et celui avec la tumeur et une accumulation non-spécifique du traceur dans les tissus sains. Dans chaque configuration, la contamination γ est estimée en insérant la plaque de tungstène de 0,2 mm entre le fantôme et le scintillateur. Dans le premier cas, la contamination γ est faible (moins de 15% du signal total) et une méthode de réjection n’est pas nécessaire. Le flux γ incident étant dû uniquement à la source du signal positon, la faible sensibilité intrinsèque du scintillateur plastique pour des γ de haute-énergie suffit à rejeter le bruit de fond. En présence d’une accumulation non-spécifique du traceur, la contamination augmente très fortement (plus de 48% du signal total) puisque le volume source dont sont issus des γ d’annihilation est beaucoup plus important. Cette contamination va augmenter pour des rapports de fixation tumeur/tissus sains plus faibles et surtout pour des volumes de la source γ plus importantes. Dans ces conditions, une méthode de réjection active du bruit de fond est donc indispensable.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Energie (p.e) No mb re d e co up s (u. a) Total gamma beta 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Energie (p.e) No mb re d e co up s (u. a) Total gamma beta

Figure 5.10 – Contributions des événements β et γ par rapport au nombre total d’événements détectés pour deux géométries de fantôme : cylindre tumoral enfoui dans un environnement sans fixation non-spécifique du radiotraceur (gauche) et cylindre tumoral enfoui dans un environnement avec une fixation non-spécifique (ratio tumeur/tissus sains de 8) (droite)

5.11 qui montre les images obtenues avec les scintillateurs "signal" et "témoin" pour le fantôme modélisant la tumeur et les tissus sains (rapport de fixation de 8) et la cartographie du facteur de pondération estimée à partir de la mesure avec le fantôme modélisant uniquement les tissus sains. L’efficacité de réjection de la méthode de soustraction est de 85 % pour un seuil en énergie de 22 photoélectrons Ce résultat correspond à une augmentation du rapport moyen des taux de comptage β sur γ détectés de 1,5 sans méthode de réjection, à 9,5 après réjection. L’efficacité de la réjection est illustrée sur la figure 5.12 qui représente les profils de l’image de la tumeur de 3,5 mm enfouie dans des tissus sains radiomarqués obtenues avec et sans soustraction du bruit de fond γ. La moyenne des rapports pic/vallée des profils passe de 3,1 à 6,9 lorsque la méthode de soustraction est appliquée. Ce rapport pic/vallée est calculé en comparant le profil de l’image du fantôme avec tumeur et tissus sains et du fantôme uniquement avec des tissus sains, obtenus avec et sans application de la méthode de réjection. En effet, la taille limitée du détecteur, l’élargissement de l’image de la tumeur lié à la résolution de l’imageur et les effets de distorsion à sa périphérie ne permettent pas au profil de la tumeur de converger complètement vers l’activité des tissus sains. On constate que ce profil se superpose parfaitement au profil du signal β pur obtenu après soustraction du bruit de fond γ mesuré avec la plaque de tungstène (fig. 5.12). La valeur du rapport pic/vallée obtenue après soustraction est également proche du ratio réel du rapport des concentrations utilisées dans la tumeur et dans les berges des tissus sains ce qui n’est pas le cas lorsqu’aucune méthode de réjection n’est appliquée. La méthode de réjection par soustraction est donc efficace.

La valeur mesurée de l’efficacité de réjection de 85% est comparable à celles obtenues par d’autres sondes positons utilisant soit, la méthode de coïncidence avec des détecteurs phoswich [Levin et al., 1997] soit, une méthode identique de correction par soustraction [Levin et al., 1997; Raylmann, 2000]. L’écart observé par rapport à une réjection parfaite de 100 % est dû à l’influence de l’activité γ provenant de la tumeur. La cartographie du facteur de pondération associé à la méthode de soustraction est en effet déterminée à partir du fantôme des tissus sains et ne tient donc pas compte de la contribution de la tumeur. Cette variation du ratio du nombre d’évènements γ détectés par les scintillateurs "signal" et "témoin" avec la distribution du bruit de fond γ est une limite intrinsèque de la méthode de

Figure 5.11 – Procédé de réjection du bruit de fond γ par soustraction : l’image du scintillateur "signal" (A) est soustraite par l’image du scintillateur "témoin" (B) multipliée par la cartographie du facteur de pondération (C). On obtient une image nettoyée de la contamination γ (D). Cette image est comparée à l’image associée au signal β pur (E) obtenue en soustrayant les images du fantôme avec ou sans plaque de tungstène. La valeur moyenne du facteur de pondération est de 0,24

-6 -4 -2 0 2 4 6 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Position (mm) No mb re d e co up s

signal beta pur

tumeur + fond sans réjection tumeur + fond avec réjection fond sans réjection

fond avec réjection

Figure 5.12 – Profils du fantôme de la tumeur enfouie dans des tissus sains et du fantôme avec uniquement les tissus sains (concentration de 18F-FDG dans la tumeur de 110 kBq/ml, rapport de fixation tumeur/tissus sains de 8). Les images sont obtenues avec et sans la méthode de réjection par soustraction du bruit de fond γ. Le profil correspondant au signal β pur de référence est obtenu en soustrayant les images du fantôme avec et sans plaque de tungstène.

réjection par soustraction. L’erreur est maximale lorsque le ratio de fixation du traceur entre la tumeur et les tissus sains est favorable, ce qui est le cas dans notre étude. En contrepartie, le signal β provenant de la tumeur étant important, cette faible erreur sur la réjection γ a très peu d’influence sur la visibilité de la tumeur, comme on peut le voir sur les figures 5.11 et 5.12. Lorsque le ratio tumeur/tissus sains diminue, l’efficacité de la méthode de réjection se rapproche de 100 %.