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Imagerie in vivo

Dernière mise à jour : mercredi 19 janvier 2011, par Nicolas Busser

Le développement de l’imagerie in vivo du petit animal est aujourd’hui devenu indispensable pour l’étude des pathologies humaines. Le défi réside en la transposition de systèmes d’imagerie développés pour l’homme vers des systèmes destinés au petit animal. Il s’agit de passer de l’échelle humaine, soit 1,80 m et 70 kg environ, à l’échelle du petit animal, c’est à dire 6 cm et 20 g environ. Le projet ImaBio s’intègre dans cette dynamique de développement de nouveaux instruments en réalisant une plate-forme d’imagerie multimodale dédiée au petit animal, appelée AMISSA (« A Multimodality Imaging System for Small Animal »).

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Plateforme AMISSA

Ce système d’imagerie comprend un micro TomoDensitoMètre X (µTDM X), un micro Tomographe à Émission MonoPhotonique (µTEMP) et intégrera un micro Tomographe à Émission de positon (µTEP). Fruit de collaborations entre scientifiques issus de différents domaines (physique, biologie et médecine), ces trois modalités permettent d’allier imagerie anatomique et imagerie fonctionnelle.

Tomodensitomètre X

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Micro tomodensitomètre X

Le µTDM X est une imagerie par transmission. Il s’agit d’une imagerie anatomique qui utilise le rayonnement X afin d’obtenir des projections de l’atténuation de ce rayonnement par les tissus traversés. Pour ce faire, les projections sont acquises par la rotation sur 360° d’un tube générateur de rayon X autour de l’objet. Le rayonnement atténué est alors mesuré par des détecteurs placés en vis à vis de la source et soumis à la même rotation. Grâce à cette technique, il est possible d’obtenir des images anatomiques planaires ou tridimensionnelles où il est possible de distinguer les différents tissus par leur différence d’atténuation des rayons X.

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Image 3D recontruite d’une souris

Le µTDM X d’AMISSA utilise une source et un détecteur flat-pannel plat à scintillation vendus par l’entreprise Hamamatsu. Le support mécanique et le système dédié d’acquisition de données (Dedicated Acquisition System ou DAQ) ont été réalisés au sein du groupe ImaBio.

L’imagerie « in-vivo » impose trois contraintes : une bonne résolution spatiale, une faible dose de rayonnement reçue par l’organisme, un temps d’acquisition et de reconstruction le plus réduit possible. L’imageur réalisé remplit ces trois conditions en permettant de filtrer et de rétro-projeter une projection de 2048×2048 pixels dans un volume de 140 méga-voxels en 500 ms environ.

Le µTDM X temps-réel nécessite que les traitements informatiques des données acquises (filtrage et rétro-projection) soient effectués durant le temps nécessaire à l’acquisition de la projection suivante. La manipulation de plusieurs gigaoctets de données représente le facteur limitant du temps-réel. Il existe actuellement différentes méthodes permettant de diminuer le temps nécessaire à la reconstruction de l’image. Celles-ci reposent soit sur une amélioration de l’algorithme soit sur le développement d’un circuit électronique de traitement spécifique (Application Specific Integrated Circuit, ou ASIC).

Tomographe à émission monophotonique

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Micro tomographe à émission monophotonique

Diverses techniques d’imagerie fonctionnelle utilisent des produits radioactifs conçus pour se fixer essentiellement dans l’organe à étudier. Le but est de localiser les points d’émission des photons issus directement ou indirectement de la désintégration radioactive de cette substance. La Tomographie à Émission de MonoPhotonique (TEMP) utilise des éléments radioactifs émetteurs de photons.

Le groupe ImaBio a conçu et réalisé un µTEMP dédié au petit animal en s’appuyant sur le savoir-faire de l’IPHC notamment en termes de photodétection et de traitement de signal.

Actuellement, cet instrument sert à comparer les radiotraceurs et rechercher leur spécificité dans l’étude de certaines fonctionnalités ou pathologies. Il permet aussi l’évaluation d’algorithmes de reconstruction et de méthodes de correction des effets parasites dégradant la qualité des images reconstruites tels que l’atténuation, la diffusion, l’effet de volume partiel, etc.

Tomographie à émission de positons

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Disposition des critaux de LYSO

Troisième et dernière modalité de la plate forme, le µTEP est également une technique d’imagerie d’émission utilisant un radiotraceur émetteur de positons (β+). Le traceur le plus couramment utilisé actuellement est le FluoroDéoxyGlucose marqué au Fluor 18 (18F-FDG).

Le µTEP, actuellement en cours de développement au sein du groupe, sera constitué de plusieurs modules de détections placés en vis-à-vis autour de l’axe de déplacement de l’animal. Ces modules seront composés de cristaux inorganiques scintillant LYSO dopés au cérium dont le rendement lumineux ainsi que le facteur d’atténuation conviennent parfaitement aux objectifs fixés en termes d’efficacité de détection et de résolution spatiale.

L’approche géométrique particulière permettra d’obtenir une efficacité de détection de 15 % et une résolution spatiale de 1 mm3 donnant à ce système une forte compétitivité face aux autres projets nationaux et internationaux.

Compteur Linéaire

Un compteur gamma linéaire est conçu et développé au sein du groupe afin d’étudier la cinétique de nouveaux radiopharmaceutiques, et ce, plus particulièrement au niveau du cerveau de la souris. Ce système, qui sera à terme intégré à la plate-forme AMISSA, a pour objectif d’obtenir l’activité dans le cerveau dans une trentaine de régions successives.

Les défis à relever pour cet instrument sont de deux ordres. En effet, l’imagerie cérébrale du petit animal nécessite, de par ses dimensions, une haute résolution spatiale intrinsèque afin de pouvoir localiser, avec la plus grande précision possible, la distribution de la radioactivité injectée. De plus, cette dernière ne pouvant être importante, une haute efficacité de détection est nécessaire.

Ce compteur, offrant une résolution spatiale de l’ordre de 500 micromètre et une efficacité de détection de 0,3 ‰, permet l’obtention de courbes de cinétique avec une résolution temporelle de l’ordre de la seconde.