FR2925699A1 - Dispositif de tomographie par emission de positons - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (1) de tomographie par émission de positons.Il est caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre (8) sensiblement annulaire s'étendant selon une direction donnée (D) tapissée à sa périphérie intérieure de barreaux récepteurs (9) constitués de cristaux montés parallèlement à ladite direction (D) et conçus aptes à recevoir des photons-gamma issus d'impacts de positons avec des électrons.L'invention concerne encore un procédé de détection de position d'un corps, notamment radioactif.
Description
L'invention concerne un dispositif de tomographie par émission de positons. L'invention concerne encore un procédé de détection et de localisation d'un traceur radioactif.
La présente invention entre dans le domaine de l'imagerie médicale, elle concerne plus particulièrement le domaine de l'imagerie fonctionnelle radioisotopique utilisée en médecine nucléaire. Un dispositif de tomographie, aussi appelé tomographe, détecte des photons-gamma. Ceux-ci sont générés par la rencontre de positons émis par un traceur in vivo, tel que le fluor F18, avec des électrons pendant leur traversée de la matière. L'annihilation des deux particules, positon et électron produit de l'énergie, sous forme de deux photons-gamma émis colinéairement dans deux sens opposés. La détection simultanée de ces deux photons-gamma permet de fixer la ligne de réponse, en anglais line of response qu'on désignera ici par LOR , sur laquelle se trouve l'atome radioactif émetteur du positon.
La détection des photons-gamma est assurée par des détecteurs composés chacun d'un cristal scintillateur qui émet de la lumière sous l'action du photon-gamma, couplé optiquement à un photodétecteur qui est classiquement un tube photomultiplicateur, éventuellement à mesure de position.
Ces détecteurs sont disposés dans une chambre, à l'intérieur de laquelle est placé le corps ou l'organe à examiner. Chaque LOR étant révélatrice d'un atome radioactif placé sur sa trajectoire, l'intersection d'un grand nombre de ces LOR est révélatrice de la présence du traceur radioactif en quantité macroscopique. Ceci permet de construire l'image de la distribution volumique du radiotraceur dans l'organe étudié. Dans les appareils actuellement utilisés, la position de la LOR est entachée d'une erreur d'autant plus grande que la source est placée près du bord de la chambre détectrice. Ceci est dû au fait que l'épaisseur de cristal scintillateur présent à la périphérie de la chambre détectrice, est nécessairement assez importante, de l'ordre de 15 à 25 mm afin d'obtenir un pouvoir d'arrêt suffisant vis à vis des photons-gamma d'énergie 511 keV, émis par un objet à imager.
Cette épaisseur peut être responsable d'une erreur importante dans la détermination de la LOR. Une solution pour remédier à ce problème, consiste à mesurer la profondeur d'interaction, c'est à dire la coordonnée radiale de la scintillation, par exemple en plaçant plusieurs cristaux scintillateurs indépendants selon l'épaisseur de la paroi de la chambre. Ceci est possible en utilisant des photodétecteurs état solide de très petite taille (surface active de quelques millimètres carrés, épaisseur de l'ordre du millimètre), chaque cristal étant couplé optiquement à un photo détecteur état solide. L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en proposant un appareil de tomographie par émission de positons amélioré, notamment en ce qui concerne la résolution spatiale des images obtenues. A cet effet l'invention concerne un dispositif de tomographie par émission de positons, caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre sensiblement annulaire s'étendant selon une direction donnée et tapissée à sa périphérie intérieure de barreaux récepteurs constitués de cristaux montés parallèlement à ladite direction et conçus aptes à recevoir des photons-gamma issus d'impacts de positons avec des électrons. Selon une caractéristique de l'invention, ledit barreau récepteur est un barreau de monocristal scintillateur de forme parallélépipédique. Selon une caractéristique de l'invention, lesdits barreaux récepteurs sont chacun équipés, à chacune de ses extrémités selon ladite direction, d'au moins un photo-détecteur. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, chacun desdits barreaux récepteurs comporte encore, échelonnés sur sa longueur selon ladite direction, d'autres photodétecteurs, associés à une chaîne de traitement différentiel par sommation pondérée apte à calculer le positionnement précis de la scintillation à l'origine de l'émission dudit positon.
L'invention concerne encore un procédé de détection de position d'un corps radioactif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente, de façon schématique et en coupe perpendiculairement à la direction D dans laquelle elle s'étend, une chambre annulaire équipée de barreaux récepteurs selon l'invention ; - la figure 2 représente, de façon schématique et en élévation, un barreau récepteur selon l'invention muni de ses photodétecteurs. Le dispositif 1 de tomographie selon l'invention comporte des photodétecteurs disposés autour d'une chambre détectrice, à l'intérieur de laquelle est placé le corps ou l'organe à examiner. Cette chambre détectrice est choisie de préférence de forme annulaire : les photodétecteurs sont disposés sur les génératrices d'un boîtier 2, de préférence de forme cylindrique, de longueur courte par rapport à son diamètre. Ces photodétecteurs périphériques sont utilisés pour déterminer les points d'impact 3, 4, sur la périphérie de l'appareil, des photons-gamma émis lors de l'impact d'un position, selon leur direction nommée ligne de réponse ou LOR 5. Le corps 6, notamment radioactif, responsable de la scintillation à l'origine de l'émission d'un positon, est situé dans un plan passant par cette LOR. Le dispositif 1 de tomographie par émission de positons selon l'invention comporte une chambre sensiblement annulaire 8 s'étendant selon une direction D donnée, et de préférence de longueur selon cette direction D faible par rapport à ses autres dimensions. Cette chambre 8 est tapissée à sa périphérie intérieure de barreaux récepteurs 9 montés parallèlement à ladite direction D et conçus aptes à recevoir des photons-gamma issus d'impacts de positons, émis par un corps 6, notamment radioactif, situé dans une zone d'observation, excité par une source radioactive. De façon avantageuse, chacun de ces barreaux récepteurs 9 est un barreau de monocristal scintillateur de forme parallélépipédique.
Pour affiner la mesure, il est alors nécessaire de déterminer la profondeur de l'interaction due à l'impact du photon-gamma dans le cristal récepteur. Cette profondeur, ou depth of interaction en anglais sera ici dénommée DOI 7. Le cristal transforme les photons-gamma en photons lumineux.
On utilise couramment des tubes photomultiplicateurs. Toutefois leur encombrement conséquent ne permet pas l'empilement de plusieurs couches de cristaux. Le problème technique principal est donc la détermination précise de la DOI 7. En réduisant la taille des cristaux élémentaires, généralement cubiques, par exemple à 3 mm x 3 m x 3 mm, on améliore la résolution spatiale des images obtenues. En particulier, la réduction de la taille des cristaux élémentaires permet de placer plusieurs détecteurs élémentaires selon le rayon de l'anneau détecteur 8 mais on augmente simultanément et très rapidement, en raison inverse du volume de ces cristaux élémentaires, le nombre de détecteurs élémentaires nécessaires, ce qui accroît la complexité et le coût du tomographe à émission de positons. Afin de limiter cette complexité et ce coût tout en conservant une très bonne résolution spatiale, il est proposé de remplacer plusieurs cristaux élémentaires par un barreau récepteur 9 de monocristal scintillateur de forme parallélépipédique, par exemple de dimensions 3 mm x 3 mm x 100 mm.
Il a donc été imaginé, selon l'invention, de constituer un anneau 8 de barreaux récepteurs 9, comportant les cristaux, selon les génératrices de cet anneau 8. La mesure de la position précise de la scintillation produite par l'interaction du photon-gamma, selon l'axe longitudinal du cristal scintillateur, permet alors de conserver une résolution spatiale optimale. Ces barreaux récepteurs 9 sont munis à chaque extrémité longitudinale 9A, 9B, d'au moins un photodétecteur 10A, 10B. Une interpolation d'intensité différentielle permet d'évaluer un domaine d'incertitude de la zone d'impact du photon-gamma, sur la longueur de ce barreau récepteur 9. Toutefois, cette incertitude reste encore grande, de l'ordre de 10 mm, alors qu'il est nécessaire d'obtenir une précision de 2 à 3 mm, voire moins. On notera que, au niveau d'une génératrice donnée, ces barreaux 9 peuvent être empilés radialement, et peuvent être séparés par un simple isolant, même s'il reste envisageable de les séparer par des photo-détecteurs. Il convient, encore, de proposer une solution permettant de réduire la plage d'incertitude longitudinale de la zone 20 d'impact sur le barreau. L'obtention d'une résolution spatiale optimale est réalisée par le fait que, selon l'invention proposée, chacun de ces barreaux récepteurs 9 scintillateurs comporte, échelonnés sur sa longueur, plusieurs photodétecteurs 10C, 10D, etc... état 25 solide de très petite taille, soit d'une surface active de quelques millimètres carrés, et d'une épaisseur de l'ordre du millimètre, associés à une chaîne de traitement différentielle par sommation pondérée, apte à calculer le positionnement longitudinal précis de la scintillation, à l'origine de 30 l'émission dudit positon, dans le barreau scintillateur. L'intérêt de ce dispositif à sommation pondérée est que la précision obtenue sur l'abscisse longitudinale est très bonne. Cette précision dépend du nombre de photodétecteurs 10C, 10D, etc... échelonnés sur la longueur du barreau récepteur 9. Le 35 nombre de ces autres photo-détecteurs dépend des dimensions du barreau, et de la précision recherchée, selon l'application, et peut être déterminé de façon à obtenir le rapport complexité / précision optimal. On comprend que cette disposition est également applicable aux autres faces des barreaux récepteurs 9, et n'est limitée 5 que par l'encombrement des photo-détecteurs. Il est ainsi possible de réaliser un positionnement dans l'espace extrêmement précis, pour toute application de positionnement. L'invention concerne encore un procédé de détection de 10 position d'un corps 6, notamment radioactif, selon lequel : • on recueille les photons-gamma issus de la collision des positons issus de ce corps avec la matière présente dans la zone, au niveau de barreaux récepteurs tapissant une chambre annulaire selon ses 15 génératrices, • on détermine les barreaux récepteurs recevant l'impact des photons-gamma ; • on détermine, sur la longueur de chaque barreau récepteur, la position d'impact par sommation 20 pondérée entre les signaux de plusieurs photo- détecteurs échelonnés le long dudit barreau ; • on détermine la LOR sur laquelle se trouve ledit autre corps radioactif par jonction des positions d'impact ainsi déterminées sur deux barreaux 25 récepteurs desdits photon-gamma. Les barreaux récepteurs 9 disposés selon les génératrices de l'anneau 8 procurent de nombreux avantages : réduction du nombre de cristaux et du nombre de photo-détecteurs, fiabilité améliorée, simplification des circuits électroniques.
30 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés et décrits précédemment qui peuvent présenter des variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Claims (7)
1. Dispositif (1) de tomographie par émission de positons, caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre (8) sensiblement annulaire s'étendant selon une direction donnée (D) tapissée à sa périphérie intérieure de barreaux récepteurs (9) constitués de cristaux montés parallèlement à ladite direction (D) et conçus aptes à recevoir des photons-gamma issus d'impacts de positons avec des électrons.
2. Dispositif (1) de tomographie par émission de positons, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite chambre (8) est cylindrique.
3. Dispositif de tomographie par émission de positons, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ladite chambre s'étend selon une longueur selon ladite direction D, qui est faible par rapport à ses autres dimensions.
4. Dispositif (1) de tomographie par émission de positons, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit barreau récepteur (9) est un barreau de monocristal scintillateur de forme parallélépipédique.
5. Dispositif (1) de tomographie par émission de positons, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit barreau récepteur (9) est muni à chaque extrémité longitudinale (9A, 9B), d'au moins un photodétecteur (10A, 10B).
6. Dispositif (1) de tomographie par émission de positons, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chacun desdits barreaux récepteurs (9) comporte encore, échelonnés sur sa longueur selon ladite direction (D), des photodétecteurs (10C, 10D), associés à une chaîne de traitement différentiel par sommation pondérée apte à calculer le positionnement longitudinal précis de la scintillation à l'origine de l'émission dudit positon.
7. Procédé de détection de position d'un corps (6), notamment radioactif, caractérisé par le fait qu'on recueille 7les photons-gamma issus de la collision des positons issus de ce corps avec la matière présente dans la zone, au niveau de barreaux récepteurs tapissant une chambre annulaire selon ses génératrices, qu'on détermine les barreaux récepteurs recevant l'impact des photons-gamma, qu'on détermine, sur la longueur de chaque barreau récepteur, la position d'impact par sommation pondérée entre les signaux de plusieurs photo-détecteurs échelonnés le long dudit barreau , et qu'on détermine la LOR sur laquelle se trouve ledit autre corps radioactif par jonction des positions d'impact ainsi déterminées sur deux barreaux récepteurs desdits photon-gamma.
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