Les algorithmes de haute résolution en tomographie d'émission par positrons: développement et accélération sur les cartes graphiques
La tomographie d'émission par positrons (TEP) est une modalité d'imagerie moléculaire utilisant des radiotraceurs marqués par des isotopes émetteurs de positrons permettant de quantifier et de sonder des processus biologiques et physiologiques. Cette modalité est surtout utilisée actuellement en oncologie, mais elle est aussi utilisée de plus en plus en cardiologie, en neurologie et en pharmacologie. En fait, c'est une modalité qui est intrinsèquement capable d'offrir avec une meilleure sensibilité des informations fonctionnelles sur le métabolisme cellulaire. Les limites de cette modalité sont surtout la faible résolution spatiale et le manque de précision de la quantification. Par ailleurs, afin de dépasser ces limites qui constituent un obstacle pour élargir le champ des applications cliniques de la TEP, les nouveaux systèmes d'acquisition sont équipés d'un grand nombre de petits détecteurs ayant des meilleures performances de détection. La reconstruction de l'image se fait en utilisant les algorithmes stochastiques itératifs mieux adaptés aux acquisitions à faibles statistiques. De ce fait, le temps de reconstruction est devenu trop long pour une utilisation en milieu clinique. Ainsi, pour réduire ce temps, on compresse les données d'acquisition et on utilise des versions accélérées d'algorithmes stochastiques itératifs qui sont généralement moins précises. Les performances améliorées par l'augmentation de nombre des détecteurs sont donc limitées par les contraintes de temps de calcul.
Afin de sortir de cette boucle et permettre l'utilisation des algorithmes de reconstruction robustes, de nombreux travaux ont été effectués pour accélérer ces algorithmes sur les dispositifs GPU (Graphics Processing Units) de calcul haute performance. Dans ce travail, nous avons rejoint cet effort de la communauté scientifique pour développer et introduire en clinique l'utilisation des algorithmes de reconstruction puissants qui améliorent la résolution spatiale et l'exactitude de la quantification en TEP.
Nous avons d'abord travaillé sur le développement des stratégies pour accélérer sur les dispositifs GPU la reconstruction des images TEP à partir des données d'acquisition en mode liste. En fait, le mode liste offre de nombreux avantages par rapport à la reconstruction à partir des sinogrammes, entre autres : il permet d’implanter facilement et avec précision la correction du mouvement et le temps de vol (TOF : Time-Of Flight) pour améliorer la précision de la quantification. Il permet aussi d'utiliser les fonctions de bases spatio-temporelles pour effectuer la reconstruction 4D afin d’estimer les paramètres cinétiques des métabolismes avec précision. Cependant, d'une part, l'utilisation de ce mode est très limitée en clinique, et d'autre part, il est surtout utilisé pour estimer la grandeur semi-quantitative SUV (Standardized Uptake Value) qui limite le caractère fonctionnel de la TEP.
