Système d'acquisition intelligent intégré aux détecteurs pour tomodensitométrie temps-de-vol

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L'imagerie médicale par rayons X fournit des images anatomiques permettant d'identifier des malformations structurelles, localiser des tumeurs et planifier des traitements. Contrairement à l'imagerie rayons X 2D, la tomodensitométrie (TDM) utilise les rayons X pour reconstruire un modèle tridimensionnel du sujet. Cette modalité très versatile donne une vue détaillée et juste, mais exige une dose accrue de radiation. Au tournant des années 2000, des études ont démontré que cette dose pouvait avoir un effet néfaste, augmentant la probabilité de cancers post-scan, particulièrement en pédiatrie. Par la suite, plusieurs méthodes ont été développées pour réduire la dose tout en conservant la qualité de l'image, en particulier le contraste. Cependant, la dose en TDM reste en haut du seuil de nocivité. Le bruit d'une image rayon X provient principalement de photons ayant diffusée dans le sujet, c'est-à-dire qu'ils ont dévié de leur trajectoire rectiligne et ont été captés par des détecteurs voisins. Les méthodes actuelles pour réduire le nombre de photons diffus contribuant à bruiter l'image, soit des barrières physiques ou une source rayons X en forme d'éventail, exige une augmentation de la dose pour conserver un contraste suffisant. La prochaine innovation en TDM consiste à mesurer électroniquement le temps de vol des photons afin d'éliminer les photons diffus, qui ont une trajectoire plus longue et prennent plus de temps à se rendre aux détecteurs. Ce tri exige des détecteurs capables d'identifier chaque photon individuel et de mesurer leur arrivée avec une résolution de l'ordre de la dizaine de picosecondes. L'important flux de rayons X capté par les détecteurs générera des téraoctets de données chaque seconde, un taux beaucoup trop élevé pour la capacité des systèmes de transferts actuels. Ce programme novateur vise la conception des systèmes d'acquisition de ces détecteurs rayons X afin de pouvoir traiter, analyser et compresser les données en temps réel et à même les détecteurs. Plus spécifiquement, ce programme comparera des méthodes d'acquisition classiques et des méthodes d'apprentissage machine pour concevoir et fabriquer le prototype d'un système d'acquisition capable de répondre aux exigences techniques d'un scanneur TDM temps-de-vol. Ces travaux mèneront vers la prochaine percée technologique en imagerie rayons X avec des retombées importantes grâce au développement de systèmes d'acquisition temps réel ultras rapides qui pourront servir à de nombreuses autres applications en physiques des particules et pour l'internet des objets. Ce programme aura également des répercussions importantes au niveau de la formation des PHQ en apprentissage machine, un domaine en forte croissance au Canada. Enfin, ce programme apportera des bénéfices importants au niveau de la santé des Canadiens en réduisant la dose des examens en TDM, ouvrant la porte aux applications pédiatriques et aux études longitudinales.