MAPSSIC, a Novel CMOS Intracerebral Positrons Probe for Deep Brain Imaging in Awake and Freely Moving Rats: A Monte Carlo Study

Autor: Ammour, L., Heymes, J., Bautista, M., Fieux, S., Gensolen, F., Kachel, M., Dubois, André, Lefebvre, Fabrice, Pain, F., Pangaud, P., Pinot, L., Baudot, J., Gisquet-Verrier, Pascale, Lanièce, Philippe, Morel, C., Zimmer, L., Verdier, M.
Přispěvatelé: Imagerie et Modélisation en Neurobiologie et Cancérologie (IMNC (UMR_8165)), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'Etude et de Recherche Multimodal Et Pluridisciplinaire en imagerie du vivant (CERMEP - imagerie du vivant), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-CHU Grenoble-Hospices Civils de Lyon (HCL)-CHU Saint-Etienne-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Département Recherches Subatomiques (DRS-IPHC), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Louis Pasteur - Strasbourg I-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Neurosciences Paris-Saclay (NeuroPSI), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Université de Lyon-CHU Grenoble-Hospices Civils de Lyon (HCL)-CHU Saint-Etienne-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), laniece, philippe, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre Hospitalier Universitaire de Saint-Etienne [CHU Saint-Etienne] (CHU ST-E)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-CHU Grenoble-Hospices Civils de Lyon (HCL)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences
IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences, IEEE, 2019, 3 (3), pp.302-314. ⟨10.1109/TRPMS.2018.2881301⟩
IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences, 2019, 3 (3), pp.302-314. ⟨10.1109/TRPMS.2018.2881301⟩
ISSN: 2469-7311
DOI: 10.1109/TRPMS.2018.2881301⟩
Popis: International audience; Preclinical behavior neuroimaging gathers simultaneous assessment of behavior and functional brain imaging. It is a potential key breakthrough to improve the understanding of brain processes and assess the validity of preclinical studies in drug development. Achieving such a combination is difficult, anesthesia or restraints inherent to conventional nuclear imaging preclude its use for behavior studies. In that context, we have proposed an original strategy using submillimetric probes to directly measures positrons inside the rat brain. This paper gives the results of Monte Carlo simulations of a new generation of intracerebral positron probe based on a CMOS Monolithic Active Pixel Sensor. We present the results obtained for a probe into a large homogeneous volume of radioactive water (18 F) leading to a sensitivity of 0.88 cps · Bq −1 · mm 3 and a mean energy deposition by positrons of 15.1 keV. Simulation in simplified brain-shaped sources modeling a 11 C-raclopride experiment shows that the implanted volume modeling the left putamen contribute to 92.4 % of the signal from positrons. We also investigate the effects of the thickness of the sensitive layer, the energy threshold and pixel dimensions on the detection capacities of the sensor. We demonstrate that an increase in the sensitive thickness from 18 to 190 µm would lead to an increase of positrons sensitivity by a factor of 1.74, but to a decrease of the direct (positrons) to indirect (γ-rays and electrons) sensitivity ratio by a factor of 1.59. Finally we show that for a threshold lower than about 5 keV the effect of the pixel dimensions is negligible.
Databáze: OpenAIRE
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