Littérature scientifique sur le sujet « Tomographie par émission – Innovation »

La Tomographie par Emission de Positons (TEP) couplée à la TomoDensitoMétrie (TDM) est couramment utilisée en oncologie dans la prise en charge de nombreux cancers, que ce soit pour le diagnostic, le suivi du traitement ou la recherche de récidive. Cependant, les performances techniques de la TEP ont été jusqu'à présent limitées pour la détection des lésions d'un diamètre inférieur à 10 mm, empêchant ainsi la quantification de l'activité métabolique des petits volumes. Diverses tentatives d'amélioration matérielle ou logicielle, telles que la géométrie de la détection, l'électronique embarquée et les algorithmes de reconstruction, ont permis l'amélioration des performances globales de la TEP. Pour évaluer ces performances, des experts scientifiques d'autorités nationales et internationales fournissent aux utilisateurs et aux fabricants des procédures normalisées. Celles-ci sont utiles pour évaluer et comparer les systèmes en utilisant des objets-test, mais sont éloignées de la pratique clinique en termes de réalisme. En ce qui concerne les données cliniques, la méthode de référence pour déterminer la précision du diagnostic est basée sur la détection de lésions. Elle est exprimée par les taux de vrais positifs et de vrais négatifs à partir d'examens de patients. La vérité diagnostique ne peut être obtenue que par une analyse anatomocytopathologique effectuée à partir de biopsies. La simulation constitue une méthode alternative à l'utilisation de données physiques par le biais de la modélisation informatique. La plus exacte est la méthode statistique basée sur le suivi des particules, communément appelée méthode de Monte Carlo. L'une des principales limites de ce type de simulation est un temps de calcul important qui limite la génération de grands ensembles de données. La simulation analytique est une méthode simplifiée qui modélise la probabilité moyenne des interactions entre photons au lieu du suivi individuel des photons. En combinant des données physiques avec une simulation analytique rapide, nous pouvons rapidement générer des volumes de données importants et permettre l'exploration des capacités des systèmes TEP. Dans le cadre d'une collaboration de recherche, nous disposons d'une station de travail et d'une solution logicielle dédiées à la modélisation, la simulation et la reconstruction des données TEP. La méthode de simulation utilisée est l'Insertion de Données Synthétiques (IDS). Elle consiste à intégrer, à l'aide d'une modélisation précise du système, des informations artificielles dans des données avant la reconstruction en images. L'objectif est d'utiliser cette méthode sur des données et ainsi créer une vérité de terrain modulable répondant aux besoins cliniques. Dans une première étude expérimentale, nous évaluons la précision de la méthode dans de multiples scénarios en comparaison avec des expériences physiques équivalentes. Il s'agit d'une première étape de validation réalisée sur des objets normés. Dans une deuxième étude, nous appliquons la méthode de simulation à des examens cliniques provenant de deux systèmes TEP-TDM. Cette étude nous a permis de mettre en évidence les différences de performances cliniques entre les dispositifs et d'établir un modèle d'essai clinique pour quantifier ces différences. Finalement, l'essai clinique a permis d'étudier la pertinence de la méthode d'IDS appliquée à des examens de mêmes patients acquis consécutivement sur des systèmes TEP-TDM différents. La méthodologie adoptée permet la comparaison croisée des performances des dispositifs dans des conditions cliniques. L'IDS permet d'évaluer, avec un nombre limité d'expérimentations ou d'examens, les différences de performance entre TEP-TDM. En utilisant des images cliniques modifiées synthétiquement, il est en effet possible de produire une vérité de terrain dans un modèle anatomique réaliste et ainsi guider efficacement l'optimisation clinique des TEP-TDM
Positron Emission Tomography (PET) coupled with Computed Tomography (CT) is commonly used in oncology at various stages of the management of many cancers, either for diagnosis, treatment follow-up or monitoring. However, the technical performances of PET have so far been limited in detecting lesions smaller than 10 mm in diameter, preventing the quantification of metabolic activity in small volumes. Various hardware and software improvements, such as detection geometry, embedded electronics and reconstruction algorithms, have improved the overall performances of PET. To assess these performances, scientific experts from national and international authorities provide users and manufacturers with standardized procedures. These are useful for evaluating and comparing systems using test objects, but are unrealistic in terms of clinical practice. Regarding clinical data, the gold standard method for determining diagnostic accuracy is based on lesion detection. It is assessed by the rates of true positives and true negatives from patient examinations. Diagnostic accuracy can only be obtained by anatomocytopathological analysis of biopsies. Simulation provides an alternative method to the use of physical data through computational modeling. The most realistic is particle-tracking-based simulation, which is generically referred to as Monte Carlo method. A major limitation in particle-tracking simulation is the significant computation time which limits the generation of large datasets. Analytical simulation is another method that models the average probability of photon interactions instead of individual photon tracking. By combining physical data with fast analytical simulation, we are able to quickly generate significant sets of imaging configurations from a PET-CT system. As part of a research collaboration, we have a dedicated workstation and software solution for modelling, simulation and reconstruction of PET data. The simulation method used is based on the Insertion of Synthetic Lesion (ISL). The ISL consists in embedding synthetic information with known characteristics such as location, volume, shape and activity into pre-acquired data using system modeling. The aim is to use the method on physical data to create a scalable ground truth that meets clinical needs. In a first experimental study, we evaluate the accuracy of the ISL method in multiple scenarios in comparison to equivalent physical experiments. It is a first validation step performed on standardized objects. In a second study, we apply the ISL method to clinical examinations from two PET-CT systems. From this study, we highlight differences in clinical performances between the devices and establish a clinical trial model to quantify these differences. Finally, the clinical trial study the relevance of the ISL method applied to examinations of the same patients acquired consecutively on different PET-CT systems. The methodology used provides a cross-comparison of the performances under clinical conditions. ISL makes it possible to evaluate the differences in performances between two PET-CT scanners with a limited number of experiments or examinations. By using synthetically modified clinical images, it is possible to produce a ground truth in a realistic anatomical model and thus supports the clinical optimization of PET-CT scanners

Nous avons effectué un travail de validation expérimentale de la mesure du débit sanguin rénal (DSR) par tomographie à émission de positons (TEP) avec l'eau marquée à l'oxygène 15, en utilisant un modèle d'estimation monocompartimental. Nous avons mesuré par TEP et microsphères radioactives, les variations du DSR de 6 porcs, sous interventions pharmacologiques. L'excellente corrélation (r=0,93, p<0,0001) et la bonne correspondance objectivée par la méthode de Bland et Altman (différence moyenne 17 ± 45 ml/mn/100g) entre les valeurs mesurées par les deux méthodes nous conduit à accepter la validité du modèle monocompartimental proposé. Puis nous avons étudié les variations aigue͏̈s du DSR sous l'influence d'un inhibiteur de l'enzyme de conversion (IEC), le quinaprilate, chez 8 patients insuffisants rénaux chroniques hypertendus. Nous avons mesuré le DSR par TEP avec l'eau marquée à l'oxygène 15 et le débit plasmatique rénal (DPR) par la clairance du PAH. Dans les deux heures suivant l'injection de l'IEC, le DPR mesuré la clairance du PAH augmente d'environ 15 % mais cette variation n'est pas significative et l'augmentation apparaît de façon différée. Le DSR mesuré par TEP augmente significativement d'environ 25 % et ceci très rapidement (+15%, 5 minutes après l'injection). Cette étude démontre l'intérêt de la TEP dans l'étude de l'hémodynamique rénale par rapport à la technique d'exploration fonctionnelle classique, par sa capacité à détecter des variations du débit non détectées par la clairance du PAH et de manière dynamique par des mesures instantanées.

La tomographie à émission de positons (TEP) est une technique d'imagerie fonctionnelle. Grâce au développement du FDG et grâce à ses très bonnes sensibilité et résolution comparée aux gamma-caméras, la TEP s'est imposée en France et partout dans le monde comme un moyen d'investigation privilégié pour l'oncologie. C'est dans ce contexte que le LETI a souhaité reprendre son activité en TEP corps entier en lançant une phase de recherche concernant le développement de nouveaux matériaux de détection performants à l'énergie de référence du TEP. A cause des coûts associés au montage de prototypes, une phase de simulation a été décidée afin de fournir un outil qui permette de comparer les performances de différentes machines. Ce manuscrit présente l'ensemble des travaux réalisés avec logiciel de simulation, SimSET. La partie principale du travail de thèse a consisté en une étape de validation à partir de données obtenues avec d'autres simulateurs et sur les tomographes SIEMENS HR+ et ACCEL
The positron emission tomography (PET) is a functional imaging modality. Due to the development of the FDG and due to its good sensitivity and its good resolution compared with gamma-cameras, PET is widely used in oncology in France and over the world. In this context, LETI has restarted its activity in whole body PET and it has launched a research study concerning new detection materials efficient at PET energy. Because of the cost of prototypes, a simulation step has been decided to provide a tool to compare performances of different devices. This thesis book shows the works around the simulation software, SimSET. The main part of this work is the validation step from data obtained with others simulation softwares and from two physical tomographs

La tomographie par emission de positions (tep) est une technique visant a observer les modifications hemodynamiques consecutives a celles des activite neuronales necessaires a la realisation d'une fonction cerebrale. La plupart des etudes neurofonctionnelles chez l'homme sain sont menees au niveau d'un echantillon. Cependant, les approches moyennes ne permettent pas de prendre en compte et d'etudier la variabilite fonctionnelle entre les individus. Une caracterisation des proprietes statistiques des images tep 3d a mis en evidence la non stationnarite de la fonction d'autocorrelation suivant l'axe z. Ces resultats indiquent que l'amelioration de la sensibilite de detection 3d en tep repose sur la modelisation de cette instationnarite au niveau local. Les resultats observes lors d'une comparaison de methodes de detection par moyennage indiquent que l'amelioration de la sensibilite de detection et la localisation des activations sont ameliorees par les traitements 3d. La prise en compte de l'anatomie individuelle des sujets permet elle d'ameliorer la localisation des aires detectees. Les resultats obtenus lors de l'implementation d'un algorithme de detection individuel ont permi de mettre en evidence la variabilite fonctionnelle interindividuelle observee chez un groupe de 6 sujets. L'utilisation conjointe d'un algorithme de detection individuelle et d'une analyse anatomique cerebrale detaillee ont permi l'etude des relations anatomofonctionnelles individuelles. Nous proposons ensuite une extension 3d de cette approche individuelle. L'apport principal de ces travaux a ete de fournir des outils de caracterisation et d'analyse individuelle des cartes d'activation cerebrales en tep h#2#1#5o, d'illustrer leur caractere indispensable en ce qui concerne l'analyse detaillee des relations anatomofonctionnelles et enfin, de mettre en evidence la forte complementarite des approches realisees par moyennage interindividuel et en individuel.

La maladie de Parkinson (MP), deuxième maladie dégénérative, concerne 800 000 européens. Son diagnostic clinique reste difficile malgré le développement de critères cliniques et de l'IRM. Ce travail a pour but de montrer que la tomographie par émission monophotonique (TEMP) utilisant des ligands spécifiques du transporteur de la dopamine ou des récepteurs D2 dopaminergiques, peut aider au diagnostic précoce de MP et au diagnostic différentiel avec les autres maladies extrapyramidales. Nous avons utilisé un modèle d'intoxication progressive par le MPTP chez le macaque et montré que la TEMP-PE2I avait une perte de neurones nigrostriés avant l'apparition des signes cliniques. Nous avons montré que la TEMP permettait un diagnostic différentiel précoce avec 2 ligands, IBZM et iodolisuride

La tomographie par émission de positons (TEP) est une modalité d’imagerie médicale qui nécessite une durée d’acquisition de plusieurs minutes par champ de vue exploré. Les images TEP sont donc fortement perturbées par les mouvements respiratoires du patient. Pour atténuer le flou introduit par la respiration dans les images, des techniques synchronisant l’acquisition à la respiration existent. Cependant, elles augmentent le bruit dans les images reconstruites. L’objectif du travail de thèse a été de proposer une méthode de compensation du mouvement respiratoire qui ne détériore pas le rapport signal sur bruit des images TEP, et qui ne nécessite ni d’augmenter la durée d’acquisition, ni d’estimer le champ de déformation lié aux mouvements respiratoires. Nous avons ainsi proposé 2 méthodes originales de reconstruction spatiotemporelles (4D) d’images TEP synchronisées à la respiration, exploitant la corrélation temporelle entre les images de chaque phase respiratoire. Les performances de ces méthodes ont été caractérisées et comparées aux approches classiques sur des acquisitions sur fantôme ainsi que sur une base de données simulées. Les résultats ont montré que les reconstructions 4D proposées permettaient d’obtenir des images non perturbées par le flou cinétique et de qualité comparable, en termes de niveau de bruit, à celles obtenues sans synchronisation respiratoire, et ce sans augmenter la durée d’acquisition. La faisabilité clinique de la mise en œuvre de la méthode a également été démontrée
Positron Emission Tomography (PET) is a medical imaging technique that requires several minutes of acquisition to get an image. PET images are thus severely affected by the respiratory motion of the patient, which introduces a blur in the images. Techniques consisting in gating the PET acquisition as a function of the patient respiration exist and reduce the respiratory blur in the PET images. However, these techniques increase the noise in the reconstructed images. The aim of this work was to propose a method for respiratory motion compensation that would not enhance the noise in the PET images, without increasing the acquisition duration nor estimating the deformation field associated with the respiratory motion. We proposed 2 original spatiotemporal (4D) reconstruction algorithms of gated PET images. These 2 methods take advantage of the temporal correlation between the images corresponding to the different breathing phases. The performances of these techniques were evaluated and compared to classic approaches using phantom data and simulated data. The results showed that the 4D reconstructions increase the signal-to-noise ratio compared to the classic reconstructions while maintaining the reduction of the respiratory blur. For a fixed acquisition duration, the 4D reconstructions can thus yield gated images that are almost free of respiratory blur and of the same quality in terms of noise level as the ones obtained without respiratory gating. The clinical feasibility of the proposed techniques was also demonstrated

Du fait de leur très grande complexité, les mécanismes qui régissent les phénomènes cérébraux restent encore largement inexpliqués. Ainsi des molécules ont montré une réelle efficacité dans la résorption de certaines pathologies du cerveau sans que les médecins ne puissent encore expliquer leur action. Lors d'une étude biologique appronfondie, certains dérivés de la série des hexahydropyrrolo[2,1-a]isoquinoléines ont montré une activité potentielle dans le traitement des dépressions et se sont révélés être parmi les plus puissants antagonistes de la tétrabénazine ainsi que des inhibiteurs de la recapture de la dopamine, norépinéphrine et sérotonine. Notre travail de recherche consiste à établir une nouvelle voie de synthèse de ces molécules qui permettra d'introduire un atome d'iode.

Pour la modélisation in vivo du comportement des traceurs radioactifs, il est nécessaire de connaître la fonction d'entrée, c'est à dire la variation au cours de la concentration du temps de la concentration de traceur dans le plasma artériel. La fonction d'entrée est classiquement obtenue en posant un cathèter artériel, qui est une procédure invasive et potentiellemnt dangereuse. Des études ont montré la possibilité de calculer la fonction d'entrée directement sur les images par tomographie par émission de positrons (TEP) dynamiques, à partir des courbes activité-temps obtenues sur les grosses structures vasculaires, comme le coeur et l'aorte. Pour les études cérébrales, les artères les plus volumineuses dans le champs de vue sont les carotides internes, qui ont un diamètre d'environ 5mm. La faible taille de ces structures fait que les courbes activités-temps obtenues avec la TEP sont invariablement biaisées, notament à cause de l'effet de volume oartiel (EVP). L'objectif de cette thèse réalisée consiste à évaluer de façon comparative les méthodes existantes dans la littérature pour segmenter les cariotides internes et pour en corriger l'EVP, afin d'obtenir une bonne restitution de la fonction d'entrée artérielle de référence. Nous avons également essayé de proposer une méthode originale pour la correction de l'EVP, et cette méthode sera évaluée comparativement aux autres
For the in vivo modelisation of radioactive tracer kinetics, it is necessary to know the input function, i. E the variation of arterial plasma tracer concentration over time. The input function is usually obtained by arterial blood sampling. Some studies have shown the possibility to calculate the input function directly from dynamic TEP images, using the time-activity curves obtained from large vascular structures. However, for brain studies, the largest blood vessels in the camera field of view are the internal carotids, the diameter of which is about 5mm. This aim of this work is to evaluate comparatively the existing methods for the segmentation of the internal carotids and for the PVE correction. We are proposed an original method for PVE corection as well, which be evaluated comparatively to the methods proposed in the literature