ordonnés par des algorithmes de tri séries et parallèles suivant leurs temps d’arrivée dans les détecteurs pour être enfin transmis à l’engin de coïncidence qui a pour objectif d’appa- rier les photons dont l’information temporelle et géométrique (adresse du détecteur dans le scanner) s’apparente à un vrai. En parallèle, l’engin de coïncidence détermine le taux de fortuits en utilisant un flux d’évènements retardé ou à partir du taux d’évènements uniques [14].
2.3
Performances d’un scanner TEP
Les critères de qualité permettant d’évaluer les performances d’un scanner TEP sont : le ratio contraste à bruit (qui dépend principalement de la résolution temporelle et spatiale du scanner) et la sensibilité (qui dépend du pouvoir d’arrêt des scintillateurs, de l’angle solide ainsi que des temps morts du scanner). Cette section s’attache à présenter ces différents aspects des scanners TEP et ainsi comprendre quels sont les aspects d’un scanner amélioré par la calibration temporelle.
2.3.1
Contraste et ratio contraste sur bruit
Le contraste d’une image se calcule avec l’intensité d’une lésion et le fond de l’image selon :
Cl =
|Rl− Ro|
Ro
, (2.2)
où Rl représente le taux de comptes de la zone d’intérêt et Ro celui de l’arrière plan de
l’image. Le problème de cette mesure est qu’elle se base sur une moyenne de l’intensité dans les zones considérées. Ainsi, dans une image bruitée, le contraste peut être bon, mais des détails pourraient ne pas apparaître. C’est pourquoi, en imagerie médicale, le rapport de contraste sur bruit (RCB) exprime une meilleure métrique de la qualité de l’image car elle prend également en compte le bruit statistique [25] selon :
RCB = Rl− Ro
σ , (2.3)
où σ représente la variance du bruit statistique associé au signal et au fond dans l’image :
σ = √
σ2
16 CHAPITRE 2. TOMOGRAPHIE D’ÉMISSION PAR POSITRONS (TEP) Selon le critère de Rose, un bon RCB est compris au-dessus de 3 à 5 selon la taille de la lésion. Comme le montre la figure 2.7, seul le niveau de bruit change. Les facteurs qui influencent le RCB sont : la résolution spatiale qui détermine la taille de la plus petite lésion observable , le taux d’événements diffus et la résolution temporelle (section3.1) car elle influence la taille de la fenêtre de coïncidence et par conséquent la quantité de bruit sur l’image.
Figure 2.7 Illustration de l’effet du CNR sur une image [23]. Résolution spatiale
La résolution spatiale définit la plus petite distance permettant de distinguer deux zones dans une image [60]. Cette dimension est affectée par les facteurs décrits par l’équation
2.5 [13]. ResLM H = a √ d 2 2 + b2+ (0, 0022D)2+ r2 (2.5)
où a dépend de l’algorithme de reconstruction, d est la taille du détecteur, b est le facteur de décodage de la position du scintillateur actif (dans le cas d’un décodage de position de type Anger), D est le diamètre du scanner fixé par la taille du sujet à scanner et r est la portée du positron (figure 2.8).
Les paramètres configurables lors de la conception d’un scanner pour améliorer la résolu- tion spatiale sont b et d. Dans le cas du LabPET II, b est négligeable car les scintillateurs sont individuellement couplés à un photodétecteur et par conséquent ne nécessite pas de logique de décodage. Ensuite, d représente la taille d’un pixel du scanner donc la taille minimale de détection possible. Cela n’est vrai qu’au centre du scanner car lorsque la zone d’intérêt s’éloigne du centre, elle est soumise à un autre effet qui dégrade la résolution spatiale : l’erreur de parallaxe résultant de la profondeur d’interaction (PDI) (figure 2.8). La dégradation apportée par la PDI est proportionnelle aux sinus et cosinus de l’angle formé entre l’axe central de l’anneau et le détecteur. Ainsi, la PDI est plus importante
2.3. PERFORMANCES D’UN SCANNER TEP 17 Profondeur d'interaction d : dimension du cristal r : mouvement du positron 0.0022D non colinéarité des photons d’annihilation N P N N N P P P N N P P P N N N P P P N N N
18 CHAPITRE 2. TOMOGRAPHIE D’ÉMISSION PAR POSITRONS (TEP) en périphérie du scanner qu’au centre. L’effet de profondeur d’interaction peut être mi- nimisé en ayant une approximation de la profondeur à laquelle le photon d’annihilation interagit dans le scintillateur. Pour cela, il existe des méthodes pour mesurer la profondeur d’interaction comme les phoswich [59] et les détecteur à double photodétecteur [22]. À titre d’exemple, le tableau 2.3 présente une liste des résolutions spatiales obtenues avec des scanners pour petits animaux.
Tableau 2.3 Résolution spatiale de différents scanners précliniques. [8, 50, 61] Résolution ClearPET rPET NanoPET/CT LabPET I LabPET II
Central 2 mm 1,6 mm 1,1 mm 1,3 mm 0,7 mm Périphérique (distance du centre) 2,4 mm (25 mm) 2,4 mm (20 mm) <2 mm (25 mm) 2,6 mm (25 mm) 1,2 mm (20 mm)
2.3.2
Sensibilité
La sensibilité d’un scanner TEP est déterminée par "le coefficient d’absorption de photons d’annihilation du système de détection ainsi que l’angle solide de l’objet imagé" [60]. Cet indice de performance dépend principalement de la géométrie du scanner ainsi que de l’efficacité des modules de détection (pouvoir d’arrêt et temps mort). La sensibilité dicte la dose de radioactivité injectée au sujet ainsi que la durée de l’acquisition. En effet, pour reconstruire une image, les algorithmes de reconstruction ont besoin d’un grand nombre d’événements en de coïncidences. Pour atteindre cet objectif, l’opérateur du scanner peut choisir d’augmenter la dose radioactive et ainsi augmenter le taux de désintégrations dans le sujet ou encore choisir de scanner le sujet avec une dose plus petite, mais pendant une durée plus longue. Un scanner sensible permettra de réduire la dose ou le temps d’acquisition. La sensibilité est un critère souvent décisif pour le choix d’un scanner car il dicte le nombre de patients à l’heure pouvant être scannés.
Pour un anneau TEP, la sensibilité théorique peut se calculer selon la formule 2.6 [7]. Dans cette formule, A représente l’angle solide, r le diamètre de l’anneau, ε l’efficacité des modules de détection et γ le coefficient d’atténuation du milieu. L’efficacité de détection peut être séparée en plusieurs facteurs : 1) les dimensions de la surface du scintillateur qui fait face au patient, 2) l’épaisseur du scintillateur et 3) la densité du scintillateur. Comme le montre l’équation 2.6, le paramètre dominant dans la sensibilité d’un scanner est l’efficacité de détection des modules qui est au carré. La sensibilité du scanner peut être
2.4. CONCLUSION 19