L’approche qui a été développée dans l’équipe imXgam du CPPM est de combiner sur un unique support rotatif les modules de détection de la caméra pour petit animal ClearPET avec un détecteur de rayons X à comptage de photons dans le but d’acquérir simultanément des images anatomiques (TDM) et fonctionnelles (TEP) du même champ de vue. L’étude préliminaire du système hybride ClearPET/XPAD3 menée en simulation avec Gate a permis d’implémenter une nouvelle géométrie de détection TEP à 21 détecteurs phoswich, de fixer les grandes lignes de l’assemblage TEP/TDM, ainsi que d’étudier et de solutionner les difficultés liées au régime de fonctionnement bimodal. Pour finir, l’outil de simulation a également permis d’imaginer comment un tel système pourrait judicieusement exploiter la corrélation spatiale et temporelle des informations anatomo-fonctionnelles.Du point de vue de l’instrumentation, ce projet a vu la mise en œuvre du système hybride simultané ClearPET/XPAD3. Une fois les deux systèmes TEP et TDM opérationnels individuellement,il a été démontré, d’une part que le ClearPET est parfaitement capable d’opérer en régime de fonctionnement simultané moyennant un blindage approprié de ses modules de détection, et d’autre part que la nouvelle génération de caméra à pixels hybrides XPAD3-S/Si s’avère très prometteuse compte tenu de la bonne qualité des premières images reconstruites.Finalement, la preuve de concept d’une acquisition TEP/TDM simultanée avec une source de positons scellée et un tube à rayons X a pu être concrètement démontrée. / The pathway that has been followed by the imXgam team at CPPM was to combine on a single rotating device the detector modules of the small animal PET scanner ClearPET witha photon counting X-ray detector in order to perform simultaneous acquisition of images from the anatomy (X-ray CT) and from the metabolic function (PET) of the common field-of-view.A preliminary study of the hybrid imaging system ClearPET/XPAD3 carried out using Gateled us to form a new PET detection assembly based on 21 phoswich modules, to fix the design of the PET/CT device, as well as to study and solve the difficulties arising from simultaneous hybrid imaging. Last but not least, the simulation tool also allowed us for thinking how wellsuch a system could judiciously use the spatial and temporal correlations between anatomicand functional information.From an instrumentation point of view, we succeeded to set up the ClearPET/XPAD3 prototype.Once both imaging systems were operational individually, we demonstrated on one sidethat the ClearPET prototype was perfectly capable of performing correctly in simultaneousacquisition conditions, providing that the detector modules were appropriately shielded. Onthe other side, the new generation of the hybrid pixel camera using the XPAD3-S chip provedto be quite promising given the good quality of the first reconstructed images.Finally, the proof of concept of simultaneous PET/CT data acquisition was made using a sealed positron source and an X-ray tube.

L'approche qui a été développée dans l'équipe imXgam du CPPM est de combiner sur un unique support rotatif les modules de détection de la caméra pour petit animal ClearPET avec un détecteur de rayons X à comptage de photons dans le but d'acquérir simultanément des images anatomiques (TDM) et fonctionnelles (TEP) du même champ de vue. L'étude préliminaire du système hybride ClearPET/XPAD3 menée en simulation avec Gate a permis d'implémenter une nouvelle géométrie de détection TEP à 21 détecteurs phoswich, de fixer les grandes lignes de l'assemblage TEP/TDM, ainsi que d'étudier et de solutionner les difficultés liées au régime de fonctionnement bimodal. Pour finir, l'outil de simulation a également permis d'imaginer comment un tel système pourrait judicieusement exploiter la corrélation spatiale et temporelle des informations anatomo-fonctionnelles. Du point de vue de l'instrumentation, ce projet a vu la mise en oeuvre du système hybride simultané ClearPET/XPAD3. Une fois les deux systèmes TEP et TDM opérationnels individuellement, il a été démontré, d'une part que le ClearPET est parfaitement capable d'opérer en régime de fonctionnement simultané moyennant un blindage approprié de ses modules de détection, et d'autre part que la nouvelle génération de caméra à pixels hybrides XPAD3-S/Si s'avère très prometteuse compte tenu de la bonne qualité des premières images reconstruites. Finalement, la preuve de concept d'une acquisition TEP/TDM simultanée avec une source de positons scellée et un tube à rayons X a pu être concrètement démontrée.

Three dimensional positron emission tomography (PET) plays an important role in cancer soil studies by enabling detection and localization of tumor cells. This thesis investigates the ClearPET measuring system. Central matter of interest is the reconstruction process. There is to be examined how accurate the ClearPET can reconstruct known interrelations between source activities. The optimization of this process is accomplished by normalizing the reconstruction image by means of a homogeneous phantom. In case of this experimental setup the phantom is a cylinder with a homogeneous activity distribution.:1 Introduction 2 Material and Methods 2.1 Measuring system 2.1.1 Measuring procedure 2.1.2 Cassettes 2.1.3 Homogeneous phantom 2.2 Physical background 2.2.1 Compton scattering 2.2.2 Attenuation coefficient 2.2.3 Types of radiation 2.2.4 Sodium-22 and related physical phenomena 2.3 Reconstruction process 2.3.1 Intensity and Beer’s law 2.3.2 Radon transform and its inverse 2.3.3 OSMAPOSL algorithm 2.4 Fourier rebinning algorithm 3 Experimental results 25 3.1 Reconstruction routine 3.2 Back projection of point sources 3.2.1 Full width half maximum analysis of the strong point source 3.2.2 Investigation of the statistical error 3.2.3 Validation of the maxima approach 3.3 Comparison of activities and quantification of spatial reconstruction behavior . 3.4 Normalization measurement 3.5 Sinogram 3.6 Reconstruction with the OSMAPOSL algorithm 3.7 Implementation of attenuation correction and multiple iterations of the OSMAPOSLalgorithm 4 Summary

Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein wichtiges medizinisches Bildgebungsverfahren und findet Anwendung in der Untersuchung von Krebs und Stoffwechselvorgängen, die mit Hilfe von Beta-Plus-Emittern sichtbar gemacht werden können. Dabei ist eine quantitative Auswertung wichtig um unabhängige und vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Am IKTP wird zur Vermittlung dieser Inhalte im Physikstudium ein Kleintier-PET-Scanner betrieben. In dieser Arbeit soll die Bildrekonstruktion an diesem Gerät bezüglich der Aktivitätsbestimmung weiter verbessert werden. Dafür werden Anpassungen an der Normalisierung für den iterativen OSMAPOSL-Algorithmus vorgenommen, um Schwächung und Streuung zu berücksichtigen. Dies bildet die Grundlage für eine reproduzierbare Darstellung bekannter Aktivitätsverhältnisse und damit einer aktivitätstreuen Bildinterpretation an diesem Gerät.