Étude et développement d'un imageur TEP ambulatoire pour le suivi thérapeutique individualisé en cancérologie

Medical imaging first began at the end of the XIXth century with the discover of X-rays by Röntgen. Then, numerous imaging modalities have been developed and are used now for a wide range of cases. Positron Emission Tomography (PET) has a high sensitivity, is functional and quantitative, thus being of high interest in cancer monitoring. Nevertheless, PET is not as much spread in hospitals as magnetic resonance imaging and scanner. In this context, this work aims to prove the faisability of PET dedicated for cancer monitoring. Thanks to instrumental developments such as light sharing in scintillating crystals, use of Silicon Photomultipliers, and an original geometry, cost is expected to be reduced while having same performances as commercial devices. An extensive study of light sharing within scintillating barrels has been made, through many parameters (crystal length, coating, data analysis...). An intrinsic spatial resolution of 4 mm has been measured over a 75 mm long crystal of LYSO, coated with teflon. From such a configuration, a first image has been reconstructed using two modules in coincidence. A spatial resolution of 5 mm has been measured in the image. Finally, Monte Carlo simulations has been made with experimental data as input, in order to measure the performances of the final PET device. Thanks to NEMA standard protocol, performances has been measured and compared to other systems. A spatial resolution of 4 mm has been reached, for a sensitivity of 2.5 cps/kBq. Quantification problem has been assessed, providing results similar to existing devices.L'imagerie médicale remonte à la fin du XIXe siècle avec la découverte des rayons X par Röntgen. Depuis, de nombreuses modalités d'imagerie ont été développées, et sont aujourd'hui utilisées dans une large gamme d'indications cliniques. L'imagerie TEP (Tomographie par Émission de Positron) est une modalité fonctionnelle, quantitative et ayant une haute sensibilité, ce qui en fait une modalité de choix, notamment en cancérologie. Hélas, sa diffusion est freinée en comparaison avec le scanner ou l'imagerie par résonance magnétique, en raison de son coût notamment. C'est dans ce contexte que s'insère cette thèse, qui a pour objectif de montrer la faisabilité d'un imageur TEP ambulatoire dédié au suivi thérapeutique en cancérologie. À partir de développements instrumentaux originaux (localisation des gammas par division de lumière dans des barreaux scintillateurs, lecture à l'aide de Silicon PhotoMultiplier, géométrie compacte), ces travaux s'efforcent de baisser les coûts tout en restant compétitif en terme de performances. Dans un premier temps, une étude extensive de la division de lumière à travers toute une série de paramètres (longueur des barreaux scintillateurs, revêtement optique, matériau scintillateur, traitement des données) a été menée. Une résolution spatiale inférieure à 5 mm pour un barreau de 75 mm de LYSO emballé dans du teflon a notamment été obtenue. À partir de cette configuration, une première image a été reconstruite, à partir de deux modules en coïncidence, offrant une résolution spatiale de 5 mm pour un tel imageur. Enfin, toute une série de simulations a été menée, à partir des données expérimentales et avec une géométrie originale. En particulier, les performances ont été mesurées à partir du protocole NEMA, un standard permettant de comparer les performances à travers la littérature. Une résolution spatiale intrinsèque de l'ordre de 4 mm a été obtenue, soit meilleure que le marché actuel. La sensibilité de l'ordre de 2.5 cps/kBq est revanche relativement basse par rapport à l'existant, mais s'explique par un champ de vue axial restreint. Enfin, le potentiel en terme de quantification a été adressé, et est comparable au marché actuel