Fully 3D Monte Carlo reconstruction in SPECT. Assessment for quantitative measurement with iodine 131-based acquisition - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2009

Fully 3D Monte Carlo reconstruction in SPECT. Assessment for quantitative measurement with iodine 131-based acquisition

Reconstruction 3D complète par modélisation Monte Carlo de la matrice système. Apport aux approches quantitatives à l'iode 131

(1)
1

Abstract

The accuracy of quantitative imaging in SPECT is degraded by physical effects, namely photon attenuation, Compton scatter and spatially varying collimator response. This problem is particularly difficult to tackle when using iodine-131-based acquisition because of the complexity of the associated spectrum. The objective of this thesis was to implement a fully 3D reconstruction using precise Monte Carlo simulations for estimating the projector (F3DMC) and to optimize the latter in order to be used in a clinical context. The first results were obtained using the EGEE grid infrastructure and suggest that a more robust projector is needed to improve the accuracy of the quantitative information. To deal with this conclusion, we used a novel method to speed up simulations based on the angular response function of the collimator/detector (ARF). Therefore, we assessed the ARF methodology in the context of iodine-131 simulations. We found that a global acceleration factor of 100 could be reached compared to a standard Monte Carlo simulations when a realistic heterogeneous medium was involved. The ARF method was implemented in our F3DMC algorithm and was assessed with an analytical phantom and real data extracted from a patient acquisition. The association of the F3DMC and ARF methodologies came with a clear improvement of the quantitative results.
La correction des phénomènes physiques dégradant l'information quantitative en imagerie SPECT fait l'objet de nombreux développements. La résolution du problème est rendu particulièrement délicate pour des acquisitions à l'iode 131 compte tenu de la complexité du spectre d'émission et des nombreux biais quantitatifs qui en découlent. L'objectif de ce travail de thèse a été de mettre en oeuvre une méthode de reconstruction tridimensionnelle complète par modélisation Monte Carlo de la matrice système (F3DMC) et de l'optimiser en vue de son utilisation dans un contexte clinique. Les premiers résultats obtenus sur un fantôme analytique ont nécessité l'utilisation de l'infrastructure de calcul et de stockage massif EGEE et ont mis en évidence l'importance d'obtenir un projecteur statistiquement robuste. Afin de pallier cette difficulté nous avons utilisé une technique d'accélération des simulations fondée sur la tabulation de la fonction de réponse angulaire du couple collimateur/détecteur (ARF). Cette nouvelle méthode a été évaluée et validée pour des acquisitions à l'iode 131 et a montré que, à qualité de signal équivalente, nous pouvions atteindre un facteur d'accélération proche de 100 dans un milieu hétérogène réaliste par rapport à une simulation Monte Carlo standard. Cette méthodologie a été incorporée dans l'algorithme de construction du projecteur puis testée sur le fantôme et sur des données réelles. Cela a permis d'atteindre une robustesse statistique du projecteur nettement supérieure à celle obtenue sans utilisation de la méthode ARF avec une amélioration significative des figures de mérite quantitatives
Fichier principal
Vignette du fichier
These_TCarlier_vFinaleDecembre2009.pdf (8.15 Mo) Télécharger le fichier

Dates and versions

tel-00441675 , version 1 (17-12-2009)
tel-00441675 , version 2 (18-12-2009)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00441675 , version 2

Cite

Thomas Carlier. Reconstruction 3D complète par modélisation Monte Carlo de la matrice système. Apport aux approches quantitatives à l'iode 131. Biophysique [physics.bio-ph]. Université de Nantes, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00441675v2⟩
344 View
937 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More