Les scanners TEP/IRM simultanés offrent une occassion unique d'examiner en même
temps les propriétés anatomiques et fonctionnelles des tissus malins, tout en évitant
l'incertitude des systèmes séquentiels de TEP/IRM. Cependant, le couplage
électromagnétique entre les deux modalités constitue un défi important à relever. Ces
interférences électromagnétiques entravent les performances du scanner et altèrent la
qualité d'image de chaque modalité.
Bien que les métaux possèdent d'excellentes propriétés de blindage contre les
fréquences radioélectriques, ils ne constituent pas nécessairement une option de blindage
appropriée pour modifier les champs magnétiques induisant des courants de Foucault dans
les couches métalliques. En conséquence, il existe une demande considérable pour un
nouveau matériau de protection et une approche originale pour retirer les pièces métalliques
du champ de vision IRM.
L’objectif de ce projet était d’initier les études en vue de la réalisation d’un scanner
TEP/IRM simultané basé sur des modules de détection LabPET II hautement pixélisés afin
d’obtenir une résolution spatiale millimétrique pour le cerveau humain et le chien.
L'électronique LabPET II comprend des circuits intégrés à application spécifique dans
lesquels le signal est numérisé à proximité de la photodiode à avalanche et offre un
environnement moins sensible aux interférences électromagnétiques. Pour atteindre
l'objectif principal, premièrement, l'effet du matériau métallique des modules de détection
LabPET II sur les performances de la TEP et de l'IRM est examiné théoriquement. Les
résultats confirment que les composants métalliques du module de détection LabPET II
altèrent le champ magnétique, génèrent des courants de Foucault ce qui augmente leur
température. Ensuite, les performances électroniques des modules de détection LabPET II
sous l’influence de bobines d’IRM faites sur mesure sont examinées. La résolution en
énergie et la résolution temporelle se détériorent en présence de bobines RF et de bobines
à gradient en raison des perturbations électromagnétiques. Subséquemment, un module de
détection LabPET II blindé par une fine couche de composite cuivre-argent est étudié,
prouvant que le blindage contre les interférences électromagnétiques avec le composite
rétablit les performances en TEP, fournissant moins d'induction par courants de Foucault.
En outre, une nouvelle configuration de blindage basée sur un composite de couche flexible
de nanotubes de carbone a été fabriquée pour limiter les interférences électromagnétiques.
Les composites de nanotubes de carbone créent une couche hautement conductrice avec
des chemins conducteurs minimaux, ce qui permet de réduire les courants de Foucault.
Le principal résultat scientifique de ce projet est que le blindage composite empêche
les interférences de basses et hautes fréquences et réduit l'induction de courants de
Foucault, offrant ainsi la flexibilité nécessaire pour acquérir une séquence rapide de
commutation de gradients. D'un point de vue technique, le module de détection LabPET II
ainsi blindé présente une excellente performance dans un environnement de type IRM, ce
qui permet de concevoir un insert TEP basé sur la technologie LabPET II.Abstract: Simultaneous PET/ MRI scanners provide a unique opportunity to investigate anatomical and functional properties of malignant tissues at the same time while avoiding the uncertainty of a sequential PET/MRI systems. However, electromagnetic coupling between the two modalities is a significant challenge that needs to be addressed. These electromagnetic interferences (EMI) hinder the performance of both scanners and distort the image quality of each modality. Although metals have excellent radio-frequency shielding properties, they are not necessarily an appropriate shielding option for altering magnetic fields that induce eddy currents in any metallic layer. Thus, there is a considerable demand for a new shielding material and an original approach to remove metallic parts from the MRI field of view. The objective of this project was to initiate the realization of a simultaneous PET/MRI scanner based on highly pixelated LabPET II detection modules to achieve millimeter spatial resolution for the human brain and dogs. The LabPET II electronics include application specific integrated circuits where the signal is digitized near the avalanche photodiode and offers an environment less susceptible to EMI. To fulfill the main aim, for the first time, the effect of the metallic material of LabPET II on PET and MRI performance was theoretically examined. Results confirm that metallic components of the LabPET II detection modules distort the magnetic field, generate eddy currents, and increase temperature. Then, the LabPET II electronics performance under the influence of custom-made MRI coils was investigated. Its energy and timing resolutions deteriorate in the presence of both RF and gradient signals because of EMIs. Thus, a LabPET II detection module shielded by a thin layer of the copper-silver composite was investigated, proving that shielding EMIs with the composite restores the PET performance, with less eddy current induction. Besides, a new shielding configuration based on a flexible layer of carbon nanotube (CNT) composite was fabricated to limit the EMIs. The CNT composite creates a highly conductive layer with minimal conductive paths that allows eddy currents to be decreased. The primary scientific outcome of this project is that the novel composite shielding rejects both low and high-frequency interferences and reduces eddy current induction, offering the flexibility to acquire a fast gradient switching sequence. From a technical point of view, the shielded LabPET II detection module demonstrates an excellent performance in an MRI-like environment supporting the feasibility of designing a PET-insert based on LabPET II technology
