Modélisation pharmacocinétique en tomographie d'émission par positrons en utilisant la technique des ondelettes

Abstract

Dans le cadre de ce travail de recherche, les objectifs étaient de mettre en oeuvre et de valider la technique des ondelettes dans la modélisation pharmacocinétique chez le rat par tomographie d'émission par positrons (TEP). En TEP, le métabolisme du glucose dans l'organe étudié est mesuré en injectant un analogue du glucose, le fluorodéoxyglucose ([indice supérieur 18]FDG). La quantité de radioactivité injectée est mesurée dans le plasma sanguin en fonction du temps et constitue la courbe d'entrée, tandis que la radioactivité mesurée dans les tissus à l'aide de la TEP constitue la réponse des tissus. Avec la courbe d'entrée et l'intensité de la radioactivité dans les tissus telle que mesurée par le tomographe, le métabolisme du glucose est calculé à l'aide d'un modèle mathématique compartimental. Ce calcul se fait habituellement sur des images reconstruites filtrées ou itérées. Cependant, ces images filtrées ont perdu la résolution spatiale ou contiennent encore du bruit dû à la faible dose de radioactivité injectée ou le temps restreint de la mesure. Dans ce travail, nous proposons la technique des ondelettes basée sur des algorithmes de compression et de filtrage qui s'avèrent performants et faciles à utiliser. De plus, à partir des images filtrées et compressées par les ondelettes, nous calculons le métabolisme du glucose pixel par pixel, afin de générer une image appelée l'image paramétrique qui permet une visualisation du métabolisme du glucose dans les différentes structures d'un organe. Nous avons appliqué la technique des ondelettes autant sur les images que sur les projections, c'est-à-dire directement sur les matrices de projections avant de reconstruire les images pour éviter le filtrage des mesures et les opérations de reconstruction. Les ondelettes ont l'avantage de réduire les matrices et de grouper les intensités des pixels, procurant une meilleure statistique, donc plus de précision, et par conséquent une meilleure qualité des images paramétriques. La technique des ondelettes a été introduite également pour la correction du volume partiel en imagerie TEP. L'effet du volume partiel survient lorsque la radioactivité des structures, dont la taille est inférieure à la résolution spatiale du tomographe, est sous-estimée. La méthode des ondelettes continues représente une alternative aux méthodes habituellement utilisées, basées sur les informations anatomiques qui proviennent de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) ou de tomodensitométrie (TDM). L'approche des ondelettes continues consiste à caractériser les différentes structures par le couple échelle et position. En utilisant ces informations fournies par les ondelettes, toutes les intensités sous-estimées des petites structures sont rehaussées, ce qui permet d'améliorer la détection des lésions et des tumeurs en imagerie TEP. En conclusion, le travail de cette thèse démontre l'avantage de l'utilisation des ondelettes dans le calcul des paramètres physiologiques à partir des images et des sinogrammes TEP mesurés avec le [indice supérieur 18]FDG chez le rat. Enfin, les résultats obtenus sur les images avec les ondelettes ont montré moins de variation, moins de bruit tout en préservant la résolution spatiale. L'application de la transformée en ondelettes continues dans la correction de l'effet du volume partiel pour les images TEP en utilisant l'ondelette appropriée a montré le potentiel des ondelettes pour localiser les différentes structures permettant une bonne correction et une meilleure qualité d'image.