Published October 3, 2013 | Version v1
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Development of new intraoperative positron probes to guide solid tumors surgery

Description

Excision of cancerous tumors is a common procedure for the treatment of numerous cancers. The stake is to perform the most complete excision to prevent recurrences while preserving as much as possible surrounding healthy tissues. Positron detection is a well suited imaging modality for detection of tumor remains during excision because its strong spatial selectivity makes it insensitive to the noise coming from the non-specific accumulation of the radiotracer in healthy tissues located far from the detector, leading to a better sensitivity and a better signal-to-noise ratio than gamma photon detection. Its use for the control of excision implies however strong constraints on detector dimensions which must be easy to handle by the surgeon and easy to insert in tight surgical wound. A new generation of photodetectors called Silicon Photomultipliers (SiPMs) is particularly suited for this application because they present the compactness and robustness of silicon technologies and very good detection performances. My thesis aims to develop and characterize a new generation of new positron probes based on these photodetectors. Two prototypes of detectors with complementary roles were realized: the first one is an imaging device based on the assembly of two scintillators with one or two SiPMs arrays which allows to quickly make an image of tracer distribution along a wide surface of tissues. The second detector is a counting probe made of scintillating fibers associated with individual SiPMs through clear optical fibers and can be associated to the excision tool. It guides the surgeon tool to the tissues previously localized with the imaging probe. Characterization of the imaging probe showed its ability to detect small tumor remains (15 mg) with a submillimetric resolution. The counting probe showed a detection efficiency of 80%. (author)

Abstract (French)

L'exerese des tumeurs cancereuses est une procedure courante pour le traitement de nombreux cancers. L'enjeu est de realiser une excision la plus complete possible pour eviter les recidives tout en epargnant le plus possible les tissus sains bordant la tumeur. La detection de positons est une modalite d'imagerie particulierement adaptee au reperage de residus tumoraux lors de l'exerese car sa forte selectivite spatiale permet de s'affranchir du bruit provenant de la fixation non specifique du radiotraceur dans les tissus situes en profondeur, offrant ainsi une meilleur sensibilite et un meilleur rapport signal sur bruit que la detection de photons gamma. L'utilisation pour le controle d'exerese impose cependant une contrainte forte sur les dimensions du detecteur qui doit etre manipulable facilement par le chirurgien et pouvoir etre insere dans des plaies operatoires potentiellement etroites. Une nouvelle generation de photodetecteurs appeles photomultiplicateurs silicium (SiPM) est particulierement adaptee a cette application car ceux-ci allient la compacite et la robustesse des technologies silicium avec d'excellentes performances de detection. Mon travail de these porte sur le developpement et la caracterisation de nouvelles sondes positon basees sur ces photodetecteurs. Dans un premier temps, un travail de caracterisation des SiPMs a ete realise pour evaluer leurs performances pour la detection de positons. Deux prototypes de detecteurs aux roles complementaires ont ensuite ete realises: le premier est un imageur, base sur l'assemblage de deux scintillateurs avec une ou deux matrices de SiPMs, qui permet de realiser rapidement l'image de la distribution de traceur sur une large surface de tissus. Le second detecteur est une sonde de comptage, constituee de fibres scintillantes couplees a des SiPMs individuels via des fibres claires et capable d'etre couplee a l'outil d'exerese. Elle permet de guider l'outil du chirurgien vers les tissus reperes prealablement avec l'imageur. La caracterisation de l'imageur a montre sa capacite a detecter des residus tumoraux de petite taille (15 mg) avec une resolution submillimetrique. La sonde de comptage presente quant a elle, une efficacite de detection de 80%. (auteur)

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Original title (French)
Developpement de nouvelles sondes per-operatoires positon pour guider la chirurgie des tumeurs solides

Publishing Information

Imprint Pagination
209 p.
Report number
FRNC-TH--13952

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