Imagerie multimodale préclinique
L'objectif de ce thème est de développer et de mettre à disposition des autres chercheurs de l’équipe les solutions les mieux adaptées et les plus performantes pour répondre à leurs problématiques. Pour ce faire, les développements méthodologiques s’appuieront sur les équipements de la plate-forme d’imagerie in vivo (imageurs IRM Homme et petit animal, imagerie optique) en collaboration avec les autres équipes de ICube.
Les travaux porteront sur la mise en œuvre de modalités d’investigation innovantes, tant par le développement et l’adaptation de modalités d’étude par résonance magnétique que par l’intégration de modalités d’imagerie complémentaires (optique, EEG, etc). Après plusieurs années principalement consacrées aux développements instrumentaux en spectroscopie et en tomographie proche infrarouge (STPIR), l’accent sera porté sur l’intégration de ces techniques dans les appareils d’IRM de l’équipe et par leurs applications précliniques et cliniques, tant en cancérologie qu’en neurosciences.
Les innovations en acquisition d’images de l’équipe ainsi que l’intégration des modalités (séquences) différentes vont induire le développement de nouveaux outils de traitements des images. En effet l’analyse et l’interprétation de ces images multimodales ne pourra plus être qualitative mais sera obligatoirement quantitative. Il faudra donc développer de nouveaux algorithmes spécifiques aux images multimodales et aux questions médicales posées. Parmi les besoins exprimés, la détection de changements est un enjeu majeur dans la compréhension de l’évolution d’une pathologie. Ces changements peuvent être de deux types : ceux observés chez un sujet à partir d’une suite temporelle d’images et par comparaison à une référence (atlas). Notre effort portera sur l’adaptation et le développement de nouveaux outils en intégrant l’aspect multimodal (multi-séquences) et l’évolution temporelle des techniques d’acquisition disponibles (IRM morphologique, DTI, IRMf, médecine nucléaire, spectroscopie HRMAS, etc). La recherche de biomarqueurs dans les pathologies du système nerveux central intégrant ces différentes modalités sera également notre priorité. Nous poursuivrons également le développement d’une plate-forme logicielle commune de développement et démonstrateur (Medipy) afin d’assurer le transfert vers la clinique et de permettre l’amélioration des soins aux patients.
Les projets sont décrits selon les domaines d’application que sont la neurologie et la psychiatrie d’une part et la cancérologie d’autre part.
Neurologie et psychiatrie L’imagerie de structures en mouvement et déformables. Les mouvements seront détectés par des capteurs à effet Hall développés par le département Electronique du Solide, Systèmes et Photonique (ESSP) et les acquisitions IRM (gradients et RF) seront corrigées de manière prospective pour compenser en temps réel ces mouvements. Les images morphologiques et fonctionnelles du crâne seront améliorées et de nouveaux paradigmes d’IRMf ainsi rendus possibles. Ce projet sera réalisé en collaboration avec l’université de Freibourg (Allemagne).
L’imagerie optique. Les appareils de spectroscopie et en tomographie proche infrarouge résolue en temps seront utilisés en recherche clinique, en complément de l’IRM, pour l’étude du fonctionnement cérébral chez les prématurés souffrant d’apnées et exposés à de nombreux épisodes d’hypoxie et dans les pathologies dégénératives, en particulier la maladie d’Alzheimer.
Etude de la reconstruction neuronale. Cette étude sera menée par IRM de diffusion et MEMRI (IRM après injection de manganèse) sur un modèle animal de schizophrénie (Lipska) ou après accident vasculaire. Les résultats seront confrontés à un modèle théorique de la topologie des connections neuronales.
Création et utilisation d’atlas anatomo-fonctionnels. L’objectif consistera à modéliser conjointement des informations de grandeurs d’intérêt provenant de plusieurs modalités d’une population de sujets. Ces méthodes développées permettront soit de séparer une population en plusieurs groupes, de classifier et/ou de détecter des différences entre un sujet et une population ou de comparer deux groupes. L’atrophie locale ou globale, la connectivité anatomique (imagerie de diffusion) et fonctionnelle (IRMf), la perfusion cérébrale (ASL, imagerie nucléaire) et le métabolisme (HRMAS 2D) seront les domaines d’application concernés.
Détection et mesure de changements en imagerie longitudinale multimodale. L’objectif est de suivre l’évolution naturelle ou résultant d’une thérapie des pathologies du système nerveux central. Nous continuerons à travailler sur les modifications morphologiques (atrophie globale ou locale) et l’imagerie de diffusion. De nouvelles méthodes de segmentation (3D+t, parcellisation) et de détection de changement seront développées.
Cancérologie Diagnostic et suivi thérapeutique La caractérisation de nouveaux agents de contraste multimodalités (IRM + optique). L’équipe participe à plusieurs projets impliquant le développement de nouveaux agents de contraste : nanoparticules ferromagnétiques liées à des marqueurs optiques et molécules bi-fonctionnelles (porphyrines – gadolinium) pour la thérapie photodynamique des cancers.
La tomographie optique 3D. Le tomographe optique 3D des photons diffusés et de fluorescence (TODF) construit pour des applications précliniques sera adapté pour permettre son utilisation, soit autonome, soit dans l’appareil d’IRM du petit animal. Il sera essentiellement utilisé sur des modèles de cancer, pour la détection des tumeurs primaires, des vaisseaux et ganglions lymphatiques, ainsi que dans la thérapie photodynamique des tumeurs cancéreuses.
Chirurgie assistée par l’image L’imagerie de la cavité péritonéale par IRM du xénon polarisé. En IRM interventionnelle par cryothérapie et radiofréquence, une cavité gazeuse est produite afin de protéger les organes voisins. Une telle cavité sera imagée, sur des modèles animaux, par IRM du Xe hyperpolarisé par pompage optique.
Détection optique. Les recherches cliniques sur la détection, préopératoire ou per opératoire, de ganglions sentinelles et de métastases par des méthodes optiques seront poursuivies en intégrant la détection des photons de fluorescence et l’imagerie.