Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004 Imagerie en Biologie et Médecine David Brasse, Madjid Boutemeur,

Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Imagerie en Biologie et Imagerie en Biologie et MédecineMédecine

David Brasse, Madjid Boutemeur, Pierre Delpierre, Jean-marc Fontbonne,

M.L. Gallin-Martel, Sophie Kerhoas, Philippe Lanièce, Patrick Le Du,

Lionel Luquin, Gérard Montarou, Philippe Moretto, Nicoletta Pauna


Rayons Rayons XX

• Le 8 novembre 1895, Röntgen Le 8 novembre 1895, Röntgen découvre les rayons Xdécouvre les rayons X• Le 22 novembre 1895, il réalise la Le 22 novembre 1895, il réalise la premier cliché radiographique, premier cliché radiographique, celui de la main de son épouse celui de la main de son épouse Bertha.Bertha.

Röntgen obtiendra le Röntgen obtiendra le premierpremier prix Nobel de physique en 1901. prix Nobel de physique en 1901.


CAT CAT ScannerScanner

Allan MacLeod Allan MacLeod CormackCormackPhysicien NucléairePhysicien NucléaireCape TownCape TownHarvard UniversityHarvard UniversityTufts UniversityTufts University

Sir Godfrey Newbold Sir Godfrey Newbold HounsfieldHounsfieldEnglish electrical engineerEnglish electrical engineerEMI ResearchEMI Research

The Nobel Prize in Physiology or Medicine The Nobel Prize in Physiology or Medicine 19791979


IRMIRM

Paul C.Paul C. LauterburLauterburChimiste Uni. IllinoisChimiste Uni. Illinois

Sir PeterSir Peter MansfieldMansfield Physicien NottinghamPhysicien Nottingham

The Nobel Prize in Physiology or Medicine The Nobel Prize in Physiology or Medicine 20032003


GlossairGlossairee

CT : Computerized Tomography (Scanner X) TEP : Tomographe à Émission de positron (PET) TEMP : Tomographe à Émission MonoPhotonique (SPECT) IRM : Imagerie par Résonance Magnétique (MRI)


Quelques principes de Quelques principes de basebase

• Injection traceur marqué Injection traceur marqué + + • Annihilation => émission 2 Annihilation => émission 2 511keV 511keV• Enregistrement des lignes de vol (LOR)Enregistrement des lignes de vol (LOR)• Reconstruction densité d’activité fixéeReconstruction densité d’activité fixée

TEP

Collimateur

Détecteur Xdétection + position

Molécule marquée

SPECT

• Injection traceur marqué Injection traceur marqué ( (9999Tc) Tc) •Collimateur => projection activitéCollimateur => projection activité•Acquisition sous plusieurs anglesAcquisition sous plusieurs angles• Reconstruction densité d’activité fixéeReconstruction densité d’activité fixée


InstrumentInstrumentss

120000 cristaux LSO/LySO120000 cristaux LSO/LySO936 PM’s936 PM’sMesure DOIMesure DOI

Image de calibrationImage de calibrationFantôme de cerveauFantôme de cerveau

Tomographe TEP haute résolution Tomographe TEP haute résolution Siemens/CTI modèle HRRTSiemens/CTI modèle HRRT


Imagerie : de la cellule à Imagerie : de la cellule à l’hommel’homme

I magerie

in vitro

Cellulaire

Coupe anatomique

Micro CT

Micro SPECT

Micro TEP

Autres instruments

Peropératoire

TEP hadron

TEP corps entier

I RM

Petit

Animal

Homme

Curatif

Homme

diagnostic

recherche

I magerie

in vitro

xTal LXe

LXeSIC

TOHR

POCI

AIF

Modélisation Reconstruction


Chercheur IT Post-doc Doct. Total

I PNO 11 2 3 16

I PNL 2 2 1 1 6

IRES 2,75 7 1 3 13,75

CPPM 1,25 3 1 5,25

LPC Caen 1 1,5 1 3,5

LPC Clermont 1,5 1 2,5 5

LPSC 2 4 6

SUBATECH 2 3 2 7

CENBG 2 2,5 2 1 7,5

DAPNIA 2 0,5 1 0,5 4

Total 27,5 26,5 5 15 74

Moyens Moyens humainshumains

(* + 1 phys. et 6 ing. pour Neurospin)(* + 1 phys. et 6 ing. pour Neurospin)

**


PerspectivePerspectivess

IRES : Projet plateforme ImaBio Intégration CT/SPECT, CT/TEP

CPPM : Développement PIXSCAN avec CdTe Intégration CT/TEP (fin 2006) (Animage, IPNL)

LPSC et SUBATECH TEP petit animal Xénon liquide

IPNL : µ TEP Prototype ClearPet fin 2005 Collaboration plateforme Animage Collaborations avec CPPM et IRES (?)

IPNL : Hadronthérapie Démonstrateur TEP en ligne LSO Collaborations LPC Caen, ETOILE, GSI


GDGDRR

Montage d’un GDR en cours Instrumentation et Modélisation en Imagerie Biologique

et Médicale1ère phase : les 10 labos IN2P3 / DAPNIA Thèmes :

• Imagerie en médecine (diagnostic et thérapie)

• Imagerie en biologie (imagerie métabolique et anatomique)

• Dosimétrie (interaction rayonnement/matière vivante)

Structuration, réseaux, évaluation, visibilité…Ouverture CNRS/SDV, CEA/DSV et DRT, Inserm, AP ? Lettre d’intention soumise, document pour la prochaine

commission 03


CERIMEDCERIMED

Projet en cours de montage Initiative : Paul Lecocq (CERN)Soutien : AP, PACA, Ministère…Base : Marseille, échéance 2006 ?

Partenariats souhaités :EUROMEDIM (NoE 6ème PCRD)ClearPetGDR « IMIB » IPA (Programme CNRS/CEA Imagerie Petit animal)

Plateformes : Animage, ImaBio, Imagène…….

Centre Européen de Recherche en Imagerie MédicaleCentre Européen de Recherche en Imagerie Médicale


Questions Questions ??

Type d’activité Valorisation ou bien ligne de programme ? Intégration d’équipes pluridisciplinaires ?

Positionnement / visibilité Par rapport aux autres directions (SDV, STI, DSV, DRT) Par rapport au milieu bio-méd Par rapport à l’industrie (relations , licences, brevets…)

Évaluation / arbitrage Évolution

Stabilité ou ou Turn-over ?


FINFIN


Imagerie Biomédicale à SUBATECHImagerie Biomédicale à SUBATECH

Détecteurs gazeux PIM (type MICROMEGAS) Imagerie auto radiographique grande surface

Imagerie haute résolution :

Petite surface 3x3 cm² Petite surface 3x3 cm² haute résolution (20 µm FWHM)haute résolution (20 µm FWHM)

Détection 3H et 14CDétection 3H et 14CSurface 25x25 cm²Surface 25x25 cm²

Résolution < 80 µm FWHMRésolution < 80 µm FWHM


µ CT

µSPECT

Résolution spatiale: ~1 mmEfficacité de détection: 40 cps/MBq / caméra

Matrice YAP:Ce

PMT 64 voies

Electronique

Axe de rotation

Interface Physique-Biologie-MédecineInterface Physique-Biologie-Médecineàà l’IReS l’IReS


Imagerie du petit animal au Imagerie du petit animal au CPPMCPPM

Détecteur de R-X à pixels hybrides

6 x 6 cm2

Objetfantôme

Source de rayons-X

Supporttournant

précis < 0,1°

PIXSCANPIXSCANScanner - CTinsérable dans un TEPbasé sur les pixels hybrides

Le Prototype•Résolution 160 µm

(pixels à la DELPHI)•360 images espacées de 2 ms•Sortie sur ETHERNET


Imagerie du petit animal au Imagerie du petit animal au CPPMCPPM

CombinaisonTEP-CT

Tomographie par émission de positrons

Image des tumeurs cancéreuses

Scanner-X

Image des organes

Localisation des tumeurs/organesCorrection des données du TEP pour le mouvement des organes

Détecteurs du PIXSCAN

CLEARPET(IPNL, ANIMAGE)

Prévu pourfin 2006


TEP petit animal TEP petit animal LSOLSO

Collaboration ClearPet

Test 2 têtes 64 cristaux LSO

One channel : Coincidence mode

22Na source

E/E=18%


Guides de lumière & xénon liquide Guides de lumière & xénon liquide T= -110°C T= -110°C = 178 nm = 178 nm

ZX

Y

Tomographe xénon Tomographe xénon liquide liquide

Imagerie du petit animalImagerie du petit animal16 modules de détection (32

PM/APD)

Champ de vue axial : 5 cm

Champ de vue transaxial : 10 cm

PM2PM1

(x,y,z) sans erreur de parallaxe(x,y,z) sans erreur de parallaxe


Imagerie Biomédicale à Imagerie Biomédicale à SUBATECHSUBATECH

Etude et développement d’une tête de détection gamma à Xenon liquide mettant en œuvre la diffusion Compton: LOI présentée au workshop

« Workshop on lXe-PET camera project »

15 octobre 2003 à Nantes Application à la TEP Utilisation de microgrilles pour

la détection du signal

d’ionisation Collaboration Franco/Israélienne

pour la détection des photons

UV de scintillation Etude de la détection des X avec des détecteurs gazeux sous

pression en vue d’application à la mammographie.

2 kV/cm

2 kV/cm


TOHRTOHRLe TOmographe à Haute Résolution en opération au Service Hospitalier Fréderic Joliot d’Orsay (CEA/DSV/SHFJ )

Le point focal est fixé par les collimateursLe point focal est fixé par les collimateurs

L’animal est déplacé en x, y, zL’animal est déplacé en x, y, z

Reconstruction 3D de l’activité fixéReconstruction 3D de l’activité fixé


SIC : Sonde Intra SIC : Sonde Intra CérébraleCérébrale

MICROPROBEMICROPROBE

Sonde FO scintillante Sonde FO scintillante = 250µ = 250µCouplage FO claire => PMCouplage FO claire => PMImplantation ds l’animalImplantation ds l’animalDétection Détection ++Quantification activité localeQuantification activité locale


Imagerie TEP quantitative des petits Imagerie TEP quantitative des petits animauxanimaux

Mesure de l’ « Arterial Input Function »Mesure de l’ « Arterial Input Function »

AcquisitionDétecteur beta+Diodes SiPlastique

blindage

ponction

InjectionMarqueur 18FDG

cathéter

Collaboration DAPNIA , SHFJ Orsay , CHU Sherbrooke Collaboration DAPNIA , SHFJ Orsay , CHU Sherbrooke


POCI : Per-Operative Compact POCI : Per-Operative Compact ImagerImager

Photodiode à localisationPhotodiode à localisation

Galettes de microcanauxGalettes de microcanaux

CollimateurCollimateur

ScintillateurScintillateur

Écran de phosphoreÉcran de phosphore

Évaluation clinique de la caméra POCIÉvaluation clinique de la caméra POCI

Collaboration avec IGRCollaboration avec IGR

Thèse de Stéphanie PitreThèse de Stéphanie Pitre


Hadronthérapie : TEP en Hadronthérapie : TEP en ligneligne

Salle de traitement GSISalle de traitement GSICaméra TEP en ligneCaméra TEP en ligne

Courbes d’isodose reconstruitesCourbes d’isodose reconstruitesComparaison au plan de traitementComparaison au plan de traitement

Matrice cristaux LSO et PM flat pannelMatrice cristaux LSO et PM flat pannel2 têtes testées GANIL (IPNL / LPC Caen2 têtes testées GANIL (IPNL / LPC CaenAcquisition pendant déversement faisceau OKAcquisition pendant déversement faisceau OK


Simulation Monte-Carlo permettant de :

définir des géométries (dimensions, matériels,…) définir des sources (géométrie, nature, activité) choix des processus physiques (low energy package de G4) suivre les particules pas à pas

Spécificités de GATE :

Libraires CERN de GEANT4Modélisation du temps (décroissance des sources, mouvement du scanner, fortuites)Langage script (évite le C++)Interactivité du codeDéveloppement partagé

GATE : Geant4 Application for Tomographic GATE : Geant4 Application for Tomographic EmissionEmission


Imagerie du petit animal

L’avenir


Micro Micro SPECTSPECT

microSPECT

Documents

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