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TEP et TEMP numériquesComment et pourquoi?Comment et pourquoi?
SMNO-Belle île 2018
1958
1998 2006 2015
1995 2000 2004 2008 2016-2017
2
1998 2006
1er PET-CT commercial
1er PET-CT TOF
2015
1er PET-CT SiPM
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
RAPPELS GAMMA CAMERA ANGER
3
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
08/03/2019 4
Cherry SR et Al. Physics in nuclear medicine. 4th ed.
Circuit d’énergie :
U (V) E (keV)
D1
D2
D3
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
08/03/2019 55
t t
X Amplification (gain) =
140 keV
141 keV
• Circuit de localisation (triangulation de l’impact):
D1
D2
D3
y+
D4
S
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
08/03/2019 66
x-
y-
D1
D2
D3
4
D5
Va
Vb
Vc
Vd
Vf
Ve
1 23 132
a b
a b
a b
x
∆E largeur à mi-hauteur
N
N
0
N0/2
• Résolution énergétique
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
08/03/2019 77
( )0
0
*100 %E
ER
E
∆=
Eo E
N0/2
0
12~ER E
−
Résolution spatiale intrinsèque: RI
Cristal NaI(Tl)
scintillations
• Résolution spatiale
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
08/03/2019 88
Rayons γ
scintillations
RI = étendue spatiale de la gerbe de scintillation
Résolution spatiale collimateur parallèle: Rc
• Résolution spatiale
Résolution spatiale système: Rs
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
08/03/2019 99
d
He e
He hauteur effective du collimateur
e diamètre trou
d distance source
22CIS RRR +=
He
ε
d
H hauteur collimateur
e diamètre trou
ε épaisseur cristal
• Résolution spatiale
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
10
Hd
e
ε épaisseur cristal
d distance source
Efficacité géométriqueRésolution spatiale
Sg=
Qualité de l’image
scintigraphique
Résolution spatiale
Contraste Bruit statistique
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
08/03/2019 11
Type de Collimateur
Distance source détecteur
Détecteur (Ri)Distribution du
traceur Rayonnement
diffusé
Milieu diffusantEnergie du
rayonnementRésolution
énergétique
Temps d’acquisition
Activité Sensibilité
Type de collimateur
Type de détecteur
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
GAMMA CAMERAS CZTAspects Technologiques
12
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
13
Brochure GE Healtcare Discovery MN/CT 670 CZT
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
N paires électrons trous= E/wE: énergie déposée (PhotoE ou Compton)w: énergie moyenne de création de paires
14
w: énergie moyenne de création de paires
Q (charge créée) = eE/w
Del Sordo et Al. Sensors 2009, 9, 3491-3526; doi:10.3390/s90503491
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
15
Efficacité de détection = NaI(tl)
Résolution Energétique = 6%(140kEv) vs 10%
Contraste amélioré (Compton) Détectabilité améliorée (CNR)
Ljungberg M, Pretorius PH. SPECT/CT: an update on technological developments and clinical applications. Br J Radiol. (2018) 91:20160402. doi: 10.1259/bjr.20160402
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
08/03/2019 16
Slomka PJ, Berman DS, Germano G. New cardiac cameras: single-photon emission CT and PET. Semin Nucl Med. 2014;44(4):232–51
Détecteur pixélisé : Meilleure RS
Ne sature pas aux forts taux de comptage (faible temps mort)
Petits : permet des géométries originales
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
17
Slomka et Al. 2014
Petits : permet des géométries originales
Géométries originales: distance patient/détecteur optimisée (meilleure RS)
Géométries originales: meilleur échantillonnage angulaire en SPECT (meilleure RS)
Caméras CZT corps entierGE Dicovery MN/CT 670 CZT ; 870 CZT
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
+
• Contraste ++
• RS +
-
• 1 gamme énergie
08/03/2019 18
https://youtu.be/GaS2kzCF1Jo
• RS +
• Sensibilité +
• Permet 2D
• Caméra « classique »
énergie
• Caméra « classique »
+
• Contraste ++
-
• 1 gamme
Caméras CZT corps entierSpectrum Dynamics Veriton
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
• Contraste ++
• RS ++
• Sensibilité Tomographique +++
• 1 gamme énergie
• Pas de 2D
08/03/2019 19
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
Performances Caméra d’Anger Caméra CZT Caméra CZT
NEMA NU-1 2007/2012 Discovery 670 ES Discovery NM/CT 670 Veriton-CT*
Plage d'énergie 40-620 keV 40-250 keV 40-220 keV**
Résolution en énergie intrinsèque 9,5% à 140,5 keV ≤ 6,3% à 140,5 keV < 6% à 140,5 keV
Réso spatiale intrinsèque 3,8 mm 2,46 mm 2,46 mm
Uniformité intégrale 3,60% 3% 1,80%
Uniformité différentielle 2,30% 2% 0,46%
08/03/2019 20
Sensibilité de détection 10 cm Tc99m - LEHR
72 cps/MBq 85 cps/MBq 192 cps/MBq
Taux de comptage maximum 460 kcps/sec 650 kcps/sec 3000 kcps/sec
RS mode tomo avec milieu diffusant Bone SPECT
- centrale ≤ 9,9 mm ≤ 10,9 mm ≤ 6,4 mm ≤ 4,3 mm
- radiale ≤ 9,9 mm ≤ 10,9 mm ≤ 5,7 mm ≤ 3,7 mm
- tangentielle ≤ 7,5 mm ≤ 7,5 mm ≤ 5,1 mm ≤ 3,2 mm
L Imbert, Performances des cameras czt corps entier, APARAMEN 2017
Multi pin-hole SPECT
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
08/03/2019 21
Hutton, B.F., Erlandsson, K. & Thielemans, K. Clin Transl Imaging (2018) 6: 31. https://doi.org/10.1007/s40336-018-0264-0
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
08/03/2019 22
Hutton, B.F., Erlandsson, K. & Thielemans, K. Clin Transl Imaging (2018) 6: 31. https://doi.org/10.1007/s40336-018-0264-0
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
GAMMA CAMERAS CZTApplications
23
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
24
Ljunberg 2016
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
25
Courtesy of Spectrum dynamics
Caméras CZT TEP numériques
Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications
26Courtesy of Spectrum dynamicsCourtesy of Pr. Agostini, CHU Caen, France
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
TEP « ANALOGIQUES »Rappels technologiques, temps de vol
27
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
08/03/2019 28
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
08/03/2019 29
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
08/03/2019 30
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
objet• Rétroprojection filtrée
08/03/2019 31
2 4 8 16 32
Projection de l’image estimée
Comparaison de
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
• Reconstruction itératives
3208/03/2019 3
2
Comparaison de l’estimation et des projections
mesurées
Calcul d’un facteur de correction
Mise à jour de l’image estimée 1 Itération
Le nombre d’itérations fait se rapprocher de la solution (convergence)Le bruit augmente avec le nombre d’itérations: arrêt prématuré et/ou post filtrage
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
• Reconstruction itératives
08/03/2019 33
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
• PSF
08/03/2019 34
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
• PSF
08/03/2019 35
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
Performance d’une caméra
TEP
Résolution spatiale
Sensibilité brute
08/03/2019 36
Taille du pixel de cristal
Diamètre de l’anneau
Libre parcours moyen
Reconstruction
Paramètres PSF
Épaisseur du cristal
Axial FOVType de
détecteurDiamètre de
l’anneau
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
• Temps de vol (Time of flight, TOF)
08/03/2019 37
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
• Rétroprojection simple sans/avec temps de vol
08/03/2019 38
Valable pour un fantôme uniforme en FBP…
Fonction utilisée
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
08/03/2019 39
Fonction utilisée pour définir la sensibilité efficace
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
• TOF
08/03/2019 40
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
• GE QClear®
08/03/2019 41
Technologie temps de vol
Dépend: En FBP En OSEM
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
Résolution temporelle
Diamètre du patient
Taux de comptage Améliore le SNR
Convergence plus rapide (contraste T/fond élevé avec bruit plus faible)
Meilleur contraste/moins
de bruit sur lésions
Meilleure détectabilité avec
même temps d’acquisition
Temps d’acquisition plus
court avec détectabilité =
Meilleure détectabilité sur
patient large
détectabilité plus homogène selon la largeur du patient
08/03/2019
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
TEP « NUMÉRIQUES »SiPM PET
43
• APD
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
Avalanche Photo Diodes• Semiconducteur (paires électrons trous)• Forte ddp: les electrons créés en créent d’autres sur le passage•Non sensible aux champs magnétiques (Pet-MR)
08/03/2019 44
Vandenberghe S, Marsden PK: PET-MRI: a review of challenges and solutions in the development of integrated multimodality imaging. PhysMed Biol 60:R115-R154, 2015
•Non sensible aux champs magnétiques (Pet-MR)• Un peu moins sensible que les détecteurs classiques•Peu rapide: Pas de temps de vol
• SiPM (Silicon photoMultiplier)
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
Hutton, B.F et Al. K. Clin Transl Imaging (2018) 6: 31. https://doi.org/10.1007/s40336-018-0264-0
Single Photon Avalanche Diode (SPAD)
08/03/2019 45
• APD en mode Geiger (ddp plus importante)• très petite taille: dans chaque micromodule 1photon lumineux = 1 signal (photoncounting detector)•Signal dans module = Somme micromodules•Non sensible aux champs magnétiques (Pet-MR)• aussi sensible que les PM mais couverture plus importante donc globalement plus sensible•Très rapide ( pourrait descendre sous les 100 ps)
Philips VEREOS
GE Discovery MI
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
08/03/2019 46
Siemens Vision
GE Discovery MI
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
08/03/2019 47
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
Siemens Vision
78
197
2273.2x3.2x20SiPM25.6LSO
08/03/2019 48
LSO16
86
3.9/4.8
240249
Philips VEREOS
• Couplage 1:1
• RS +
• TOF 320 ps
GE Discovery MI
• Axial FOV 20cm
• Sensibilité +
• TOF360ps+QClear
GE Signa PET-MR
• FOV60 + axial FOV 25cm
• Sensibilité ++
Siemens Vision
• Cristaux petits
• RS+, sensib -
• Axial FOV 25cm
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
49
• TOF 320 ps
• Détectabilité +
• TOF360ps+QClear
• Détectabilité +
• Sensibilité ++
• TOF360ps+Qclear
• Détectabilité +
• Axial FOV 25cm
• Sensibilité ++
• TOF 240 ps
• Détectabilité +
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
TEP « NUMÉRIQUES »images
50
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
Reconstructions
Fig 1. D690 PET/CT vs DMI PET/CT: DMI showed an additional focal avid FDG uptake area (black arrow).
Baratto L, Park SY, Hatami N, Davidzon G, Srinivas S, et al. (2017) 18F-FDG silicon photomultiplier PET/CT: A pilot study comparing semi-quantitative measurements with standard PET/CT. PLOS ONE 12(6): e0178936. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178936http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0178936
Reconstructions différentes(psf, Qclear)
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
Reconstructions
Fig 2. D690 PET/CT vs DMI PET/CT: DMI showed a significant increase in SUVmax (red arrow).
Baratto L, Park SY, Hatami N, Davidzon G, Srinivas S, et al. (2017) 18F-FDG silicon photomultiplier PET/CT: A pilot study comparing semi-quantitative measurements with standard PET/CT. PLOS ONE 12(6): e0178936. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178936http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0178936
Reconstructions différentes(psf, Qclear)
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
Courtesy of Siemens
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
Documentation Siemens
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
Reconstructions différentes
(no PSF vs PSF SiPM)
08/03/2019 55
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
08/03/2019 56
Reconstructions différentes
(no PSF vs PSF SiPM)
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
•Quel gain peut on attendre TOFSIPM vs noTOF ?
08/03/2019 57
•Comparaison Signa PET/MR vs Discovery 690 TOF+ PSF•PET-CT puis PET-MR
•Comparaison en terme de qualité image•En fonction du BMI
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
08/03/2019 58
PM 100% SiPM 70% SiPM 40%
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
PM 100% SiPM 70%
08/03/2019 59
SiPM 40% SiPM 70% noTOF
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
PM 100% SiPM 70%
Réduction de 50% de la dose pour bmi <25
08/03/2019 60
SiPM 40% SiPM 70% noTOF
Réduction de 50% de la dose pour bmi <25Réduction de 40% de la dose pour bmi >25
Caméras CZT TEP numériques
Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications
CONCLUSIONCZT, dPET
61
Performances
• RS améliorée (couplage 1:1, cristaux plus petits)
• Sensibilité améliorée
• Temps de vol +++
Intérêt clinique
• Détectabilité de petites lésions
Optimisation
• Dose
• Faible activité
Dédiée cardio
• Performances incontestables
• Mieux, beaucoup plus vite
• Une autorisation bloquée pour un type d’examen
Corps entier grand champ (discovery670, 870 CZT)
• Plus performant
• Utilisation « classique »
• Basse énergie
• Coût ?Corps entier Veriton
Conclusion
62
TEP numériques
• Détectabilité de petites lésions
• Imagerie moins bruitée
• Assurance d’interprétation
• Faible activité
• Radioprotection
• Temps d’acquisition
• occupation machine
• Imagerie dynamique / paramétrique
Corps entier Veriton
• Plus performant
• Nouveau paradigme
• full 3D vs 2D+3D
• Optimisation occupation machine
• Basse énergie
• Coût?
Caméras CZT