Le centre CYCERON est un laboratoire de recherche et d’investigation biomédicales qui met en oeuvre la Tomographie par Emission de Positons TEP. Cette technique permet de localiser en chaque point d’un organe, une substance marquée par un radioélément, administré à un sujet vivant. Elle fournit une image quantitative du fonctionnement de l’organe étudié, en renseignant sur la capacité de cet organe à fixer, assimiler, transformer la substance qui lui a été fournie. La TEP fait donc partie des techniques d’imagerie fonctionnelle et se distingue donc d’autre techniques tomographiques (Scanner X, IRM), qui donnent une description anatomique de l’organe examiné.
Les équipements essentiels du centre CYCERON, nécessaires à la réalisation d’examens TEP, sont :
- Un Cyclotron, pour produire des radioéléments émetteurs de positons. Les radioéléments sont produits par réactions nucléaires en bombardant par un faisceau de particules accélérées des cibles constituées par les éléments naturels appropriés. Les radioéléments les plus utilisés sont 18F, 11C, 15O, 13N.
- Les laboratoires de Chimie de synthèse qui ont pour fonction le marquage des molécules d’intérêt biomédical, c’est à dire l’incorporation de l’un ou l’autre des radioéléments produits auprès du cyclotron.
- La caméra à positons (Tomographe) pour dresser une cartographie de la molécule marquée.
La TEP requiert un important dispositif informatique pour :
- L’acquisition des données et leur stockage.
- La reconstruction des images
- La modélisation, c’est à dire la traduction de l’image représentative de la concentration de la substance administrée en une image représentative du fonctionnement de l’organe.
Les examens TEP sont pratiqués avec un objectif de diagnostic pour le malade ou de recherche sur la maladie. Ils sont d’une totale innocuité pour le patient : la quantité de radioéléments servant au marquage de la substance administrée est très faible et, du fait de leur brève durée de vie, ces radioéléments sont éliminés en quelques heures. Les examens effectués au centre CYCERON concernent essentiellement la pathologie cérébrale : accidents vasculaire cérébraux, tumeurs intracraniennes, sénescence cérébrale et maladies dégénératives.
Dans cet ensemble on s’intéresse plus particulièrement à la caméra à positons.
- La Caméra de la Tomographie à Emission de Positons
- Emission
- Détection
- Couronne de Capteurs et Zone de Reconstruction
- Géométrie d’acquisition réelle et Géométrie équivalente
- Traitement des données et reconstruction
Le traceur injecté est un émetteur b +. Une fois émis, le positon effectue un petit parcours dans le milieu (2mm au minimum), puis s’annihile avec un électron. Du fait de la conservation de l’énergie et de la quantité de mouvement, cette annihilation s’accompagne de l’émission de deux photons g antiparallèles d’énergie 511 kev.
Ces rayonnements vont ensuite être détectés au niveau de couronnes de détecteurs. Comment peut-on savoir alors que deux rayons détectés au niveau de la couronne sont issus de la même annihilation? Les g émis lors d’une annihilation atteindront les détecteurs avec une différence de temps très faible. On se fixe alors un seuil temporel. Si le laps de temps séparant l’arrivée des deux photons est en dessous de ce seuil, les photons sont considérés comme détectés simultanément. Cette détection correspond à un événement. Si trop de temps sépare l’arrivée des deux photons, le couple de photons envisagé ne produira aucun événement. Deux photons détectés presque simultanément déterminent une droite de coïncidence, sur laquelle est supposée s’être produite l’annihilation. Au parcours du b près, c’est aussi la ligne où a eu lieu la désintégration du noyau.
La couronne entourant l’objet est constituée de détecteurs. Chacun d’entre eux est un couple scintillateur-photomultiplicateur. De plus, on définit pour chaque détecteur l’ensemble des autres détecteurs qui peuvent réagir en coïncidence avec lui. Cette ouverture définit une zone de reconstruction à l’intérieur de la couronne.
Les données brutes sont les résultats de la comptabilisation des événements (2 photons détectés en coïncidence), avec une information supplémentaire de localisation sur la ligne de coïncidence si l’on dispose du temps de vol (temps séparant l’arrivée du premier photon de celle du second). A l’acquisition, on récupère donc soit les projections( pas de temps de vol) soit les histoprojections (avec temps de vol). Toutefois, à l’enregistrement des données, la caméra effectue une transformation en une géométrie équivalent où les coïncidences sont classées selon leur direction dans une barrette de détecteurs fictifs (Ensemble de détecteurs correspondant à une même direction).
Par la suite, pour le traitement des données on n'utilise que cette géométrie équivalente.
Pour reconstruire les coupes tomographiques à partir des données, on peut distinguer principalement trois classes de méthodes :
- Les méthodes analytiques : Ces méthodes supposent que l’objet et les données sont continus, et établissent une transformation mathématique entre ces deux entités représentées par des fonctions continues. L’inversion de cette transformation est calculée analytiquement, puis adaptée aux données et à l’objet qui sont discrétisés pour le traitement numérique. En 2D, la plus utilisée est la rétroprojection filtrée qui s'appuie sur la transformation de Radon. Elle présente l’avantage d’une grande rapidité d’exécution et de faible encombrement mémoire.
- Les méthodes algébriques : Ces méthodes partent de la discrétisation de la zone de reconstruction et travaillent ensuite sur des données discrètes. On travaille alors dans un espace de dimension finie. Et le lien entre l’objet et les données peut être mis sous la forme d’un système linéaire p=Hc. La résolution de ce système est soit directe, soit itérative.
- Les méthodes statistiques : L’objet et les données sont alors considérés comme des variables aléatoires, et sont décrites de façon stochastique. Ces méthodes présentent l’avantage de pouvoir prendre en compte la nature du bruit sur les données, et aussi de pouvoir introduire une grande variété d’information a priori sur l’objet.