Modélisation et simulation monte carlo du mouvement respiratoire en tomographie par émission de positron 3D

Abstract

La dégradation des images causée par les mouvements respiratoires constitue un problème important en imagerie clinique par tomographie par émission de positons (TEP). La compensation du mouvement respiratoire nécessite généralement un capteur de mouvement précis ou une méthode complexe fondée sur les données acquises. Cette thèse présente deux nouvelles méthodes de synchronisation et de correction des mouvements respiratoires, reposant sur les informations contenues dans les données en mode liste (list-mode). Ces méthodes s’appuient sur l’hypothèse selon laquelle la sensibilité géométrique varie le long de l’axe z d’un scanner TEP tridimensionnel et peut être exploitée pour compenser les mouvements respiratoires. Cette hypothèse a été développée selon deux axes : la synchronisation par sensibilité géométrique (SSG), destinée à la compensation du mouvement respiratoire, et la correction par sensibilité géométrique (CSG), destinée à sa correction. Afin de tester l’hypothèse proposée, deux étapes ont été réalisées dans le cadre de cette thèse : la simulation et la validation. Les simulations ont été effectuées à l’aide des logiciels GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission) et NCAT (NURBS-based Cardiac-Torso), utilisés respectivement pour simuler le scanner Siemens ECAT EXACT HR+ et les mouvements respiratoires. Toutes les données ont été acquises au format mode liste, qui permet leur tri en une séquence d’images. Les méthodes proposées, SSG et CSG, ont ensuite été appliquées respectivement aux images obtenues après ce tri. La validation par simulation a comporté deux étapes : la validation géométrique et la validation à l’aide d’un fantôme voxelisé. La validation géométrique a été réalisée au moyen d’un fantôme cylindrique animé d’une oscillation sinusoïdale connue, représentant un mouvement respiratoire simplifié. L’application des méthodes SSG et CSG aux données triées en mode liste a démontré leur capacité à synchroniser et à corriger le mouvement respiratoire. Pour simuler des mouvements respiratoires plus réalistes, des fantômes voxelisés générés par NCAT ont été importés dans GATE et utilisés pour valider les méthodes SSG et CSG. Les résultats obtenus sont encourageants quant à leur application à la synchronisation et à la correction des mouvements respiratoires. Ces deux méthodes présentent plusieurs avantages : Aucun dispositif matériel supplémentaire n’est nécessaire. Elles utilisent uniquement les données acquises en mode liste et sont non invasives. Elles n’entraînent aucune charge supplémentaire liée à l’acquisition. Aucune préparation supplémentaire du patient n’est requise. Cette thèse étaye l’hypothèse selon laquelle les propriétés géométriques de la sensibilité d’un scanner TEP tridimensionnel Siemens ECAT EXACT HR+ peuvent être exploitées pour compenser les mouvements respiratoires. Cette hypothèse a été évaluée et validée à partir des résultats obtenus lors des études par simulation.