Contributions to the physical and experimental validation of a simultaneous PET/MRI system dedicated to small animal imaging

La tomographie par émission de positon (TEP) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM) sont deux modalités hautement complémentaires de l’imagerie médicale et préclinique. L’IRM permet de rendre compte avec précision de la morphologie des organes grâce à son fort contraste tissulaire et à sa haute résolution spatiale. La TEP offre quant à elle la possibilité de suivre le trajet d’un composé radiomarqué dans l’organisme et de quantifier de façon absolue la radioactivité contenue par les tissus sains et pathologiques. Le couplage entre la TEP et l’IRM permet d’envisager l’acquisition simultanée de ces deux types de données, ouvrant de nouvelles perspectives en recherche et en imagerie diagnostique.Ces travaux de thèse ont été menés au sein du projet IMAPPI, dont l’objectif était de développer un prototype de TEP/IRM simultanée pour l'imagerie du petit animal. Les études de recherche et développement menées en collaboration avec le constructeur ont permis d'optimiser les performances physiques de cet appareil. Une évaluation de ses performances a été menée indépendamment du constructeur. L'absence d'altération majeure des données lors des acquisitions simultanées a également été vérifiée.En outre, les travaux ont permis de mettre en œuvre le réglage fin de l’imageur et de ses accessoires, et la validation de son utilisation in vivo chez l’animal dans le cadre d’études biologiques incluant l’imagerie cardiaque dynamique, la biocinétique de composés radiomarqués, ou encore la localisation de l’hypoxie cellulaire.Simultaneous PET/MRI is a dynamic research field of both medical and preclinical domains. The ability of integrated systems to acquire the highly complementarity MR morphological and PET functional data in a single examination paves the way to innovative applications. The hereby document presents a series of experimentations dealing with the performance evaluation and the experimental in vivo capacities of such a device. Physical measurements were implemented based on international standards or inspired by articles of reference. The evaluated system consists of a compact SiPM-based PET subsystem fully integrated in a 7 T preclinical MRI based on the dry magnet technology. Experimentations showed the high sensitivity and the high counting rates capability of the system. No major distortion of data was observed during simultaneous scans. The third part of the manuscript exposes the fine tuning of the system and its accessories. The extit{in vivo} experimentations performed during this work confirmed both the interest and compatibility of this prototype for several applications