Published December 5, 2007 | Version v1
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Monte Carlo simulation of positron following-up in biological matter: applications in nuclear medicine

Description

The subject of my PhD work is to outline the problem linked to threshold used to visualize PET images, in order to obtain more accurate tumoral volumes which could be treated more efficiently in radiotherapy. To do that, we have proposed to use the Monte Carlo code we have already developed to study the following-up of electrons and ions in water. During this PhD study, we have also tried to describe with the best accuracy (at a cellular scale) the deposited energy induced by positrons in the biological matter thanks to the Monte Carlo simulation previously cited that we have adapted to describe the following-up of positrons, especially in adding the capture process which has recently been calculated by our team. In one hand, the goal of this work is to measure the risks taken by the patient during a medical exam (such as a PET acquisition). In another hand, the simulation of the following-up of positrons in the biological matter coupled to the simulation of the following-up of photons in water, has allowed the detection of photons after the Positronium (electron-positron pair formed during the positron slowing-down in the matter) annihilation. Then a simple modelling of the geometrical and physical parameters of the medical device has allowed a quantification of the number of events detected on the ring. More precisely, we have access to the number of true, scattered and random pairs. Thanks to these data, we are thus able to reconstruct a sinogram as well as the initial radiative volume. Then a comparison with some experimental results gives access to a semi-empirical relation between the volume and the threshold. (author)

Abstract (French)

Le sujet des travaux de recherche effectues au cours de mon doctorat consiste a contourner la difficulte liee au seuillage utilise pour visualiser les images obtenues en tomographie par emission de positrons (TEP), de maniere a obtenir des images tumorales plus precises qui par la suite pourraient etre utilisees en radiotherapie. Pour cela, nous avons propose de mettre a profit la simulation Monte Carlo que nous avions developpee pour decrire le transport d'electrons et de particules lourdes chargees dans l'eau. Lors de cette etude, nous avons donc cherche a decrire dans les details les plus fins (a l'echelle de la cellule) les depots d'energie induits par le positron dans la matiere biologique, et ce a partir de la simulation Monte Carlo de suivi de trace que nous avons deja mise au point pour les electrons et les ions et qui a ete modifiee pour decrire le suivi des positrons, notamment par la prise en compte du processus de capture qui vient d'etre recemment calcule par notre equipe. L'interet de ce travail est multiple. D'une part, il permet de mesurer les risques encourus par le patient soumis a une irradiation, ce qui est le cas lors d'examens medicaux comme la Tomographie par Emission de Positrons. D'autre part, la simulation numerique de transport de positrons dans la matiere biologique, couplee a une simulation de suivi de photons dans l'eau, a permis d'apprehender avec precision la detection des photons apres annihilation des positroniums (paires electron-positron formees lors du ralentissement du positron dans la matiere). Une modelisation simple des parametres geometriques et physiques de l'appareil de detection nous a ainsi permis de quantifier le nombre d'evenements de chaque type detectes sur l'anneau a savoir le nombre de paires de photons dits diffuses, fortuits et vrais. A partir de ces donnees, il nous est alors possible de construire un sinogramme nous permettant la reconstruction d'images TEP. (auteur)

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Original title (French)
Simulation Monte Carlo de suivi de positrons dans la matiere biologique: Applications en imagerie medicale

Publishing Information

Imprint Pagination
149 p.
Report number
FRNC-TH--12791

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Notes
178 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses