L’imagerie immuno-TEP à l’iode-124 peut être mise à profit pour déterminer la pharmacocinétique de certains traceurs en radioimmunothérapie. La quantification en imagerie TEP à l’iode 124 est cependant limitée par de nom- breux phénomènes physiques ayant lieu au sein de l’objet et des éléments de détection, comme le long parcours des positons dans l’eau et la complexité du spectre d’émission des rayonnements gamma. L’objectif de ce travail de thèse a été de mettre en œuvre une méthode de reconstruction tomographique tridimensionnelle complète par modélisation Monte Carlo de la matrice système (S(MC)2PET) afin d’évaluer ce type d’approche dans un contexte pré-clinique à l’iode-124. Un modèle numérique de la caméra TEP pré-clinique Inveon a été modélisé avec le logiciel de simulations Monte Carlo GATE. Plusieurs types de matrices systèmes ont été calculés, comprenant au moins une modélisation de la fonction de réponse de la caméra. Le milieu objet a été soit négligé, soit considéré uniforme ou identique à l’objet réel. L’impact de la complexité du modèle et de la variance statistique associées aux éléments de matrice a été évalué sur les images reconstruites d’objets tests numériques plus ou moins complexes, ainsi que sur une mesure de souris. Ces études montrent qu’un niveau de complexité élevé du modèle ne permet pas systématiquement une amélioration des résultats qualitatifs et quantitatifs, compte tenu des variances élevées des matrices systèmes associées.