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Imagerie moléculaire optique de fluorescence Jean-Marc Dinten CEA-LETI/DTBS.

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1 Imagerie moléculaire optique de fluorescence Jean-Marc Dinten CEA-LETI/DTBS

2 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 2 Plan Pourquoi limagerie optique moléculaire de fluorescence pre-clinique Clinique Son positionnement par rapport aux méthodes dimagerie Marqueurs fluorescents Systèmes dImagerie de Fluorescence Exemples dapplications : Imagerie per-opératoire Tomographie optique de fluorescence Aide au dépistage du cancer de la prostate

3 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 3 Principe et objectifs label biomarker Receptor -antibody -peptides -Saccharides… Probe, Contrast agent Targeted cell -Organic dyes -Nano-particles -Activable probes… - To detect - To localize - To quantify

4 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 4 Préclinique : Analyse biologique in situ Visualiser, les processus biologiques en jeux au niveau cellulaire. suivre pas à pas un médicament pour évaluer ses effets dans le corps d'un animal, mettre en évidence l'expression d'un gène responsable d'une tumeur cancéreuse, localiser des cellules tumorales… permettre la mise au point des traitements ciblés et personnalisés…

5 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 5 Etude pre-clinique longitudinale Suivre le développement dun modèle de pathologie (ex.: cancer du sein, …..) Développement de médicament Analyser leffet dune thérapie

6 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 6 Per-op :marquer les tissus dintérêt

7 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 7 Why do we address intra-operative imaging The surgeon is only guided by: pre surgery imaging eyesight and the sense of touch There is a strong requirement for in situ diagnosis. Functional and Molecular information

8 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 8 Per-opératoire : ressection tissus cancéreux Bouclage ressection/anapathologiste long, risque de marges avec cellules cancéreuses

9 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 9 Diagnostic : cas des biopsies de prostate Statistics: -Most frequent type of cancer for men -Second cause of mortality by cancer in developed countries -One 50 years old man out of 10 will have this cancer. -Risk of mortality by this type of cancer 3% Current diagnostic Protocol Routine tests (50 years old men): Digital rectal examination Dosage of PSA (Prostate Specific Antigen) rate in blood If results are positive: Biopsy guided by a transrectal ultrasound probe (TRUS)

10 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 10 Difficulté de localiser les tumeurs précoces Ultrasound lacks contrast to localize early stage tumors and differentiate benign/malignant tumors Biopsy are performed randomly 10 to 12 biopsies/exam, 1 to 3 exams Risk of false negative Risk of dissemination Complications (hematuria, rectal bleeding, vasovagal episode,…)

11 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 11 Comment laméliorer MRI imaging before ultrasound guided biopsy : improves efficiency of biopsies requires access to MRI and coregistration (MRI/US) provides false positive Elastography Molecular Imaging : PET Fluorescence Imaging

12 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 12 Positionnement de limagerie de fluorescence

13 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 13 The main imaging methods

14 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 14 Les systèmes dimagerie et leur caractéristiques

15 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 15 Available intra-operative imaging techniques

16 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 16 Available intra-operative imaging techniques

17 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 17 Need for another modality The new imaging techniques should: be affordable for most of the hospitals not require dedicated infrastructure, not require a specific skill to be used give access to molecular and functional information, give a direct access to this information (no specific skill to provide the diagnosis) should be completely integrated in the operating room workflow. The existing intra operative imaging techniques require: heavy and expensive instrumentation, dedicated operating room and contribution of skilled operators

18 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 18 Sensibilité des approches Les biomarqueurs sont en général en concentration relativement faible. Si on prend une image en microscopie de fluorescence (limite de détection de lordre de 10 protéines fluorescentes) on marque avec en gros de qq molécules par cellules à qq 10 4 molecules par cellules

19 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 19 Sensibilité des approches 10 5 marqueurs par cellules ciblée. Si on est sensible au femtomole (PET ou Fluorescence), on est capable de détecter 6, molécules de marqueurs, soit 6, cellules (une cellule ~ mm 3 ). Ce qui correspond grosso-modo une sphère de 0,2mm de diamètre. Si quelques fluorophores par cellules et la même sensibilité : on détecte à partir dune sphère de 10mm de diamètre. Attention: La quantité de marqueur impliqué dépend du phénomène observé. On nest pas dans le cas dun produit de contraste ou le signal dépend de la concentration du produit de contraste. Si on veut augmenter la sensibilité, il faut amplifier!!!

20 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 20 Sensibilité des approches Supposons quon utilise une solution de marqueur concentrée à 1µM/l et quon veuille détecter cette solution directement M é thode de mesureSensibilit é Volume de mol é cule marqu é e dans une solution au µ M/l Bioluminescencef.molaire10 -3 mm 3 Fluorescence 2D en surfacef.molaire10 -3 mm 3 PETf.molaire10 -3 mm 3 SPECTp.molaire1.mm 3 IRMn.molaire1.cm3 (en fait on utilise des solution plus concentr é es, 0,5mmol/ml, 500mol/l) Rayons X µ.molaire1.dm 3 (en fait on utilise des solution plus concentr é es 1mol/ml, 1000mol/l) Ultrasons??

21 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 21 Sensibilité des approches Les US et les X ne sont pas adaptés à limagerie moléculaire. LIRM est encore trop peu sensible, mais des techniques damplification de signal en cours de développement font progresser les choses. Aujourdhui les X, US et IRM sont mieux placées sur des « surrogates » marqueurs de type physiologiques. (qui peuvent être imagés avec des produits de contraste). Aujourdhui le principal outil en clinique pour limagerie moléculaire cest le PET. En précliniques les outils de référence sont: la bioluminescence, le PET, le SPECT et la fluorescence.

22 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 22 Why should we use fluorescence Reference technique in microscopy to visualize biological pathways A lot of probe have already been designed Non radioactive Low cost Not in the scope of the 3 majors of molecular imaging

23 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 23 Marqueurs fluorescents

24 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 24 Les principaux type de processus biologiques visés Expression dun gène, activité dun promoteur Interaction entre cellules Interaction entre protéines Mesure dactivité enzymatique Surexpression dune protéine particulière

25 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 25 Types de marquages (avantages et inconvénient) PET Produit radioactif dur é e de vie relativement courte 2h pour le 18 F. Fortes contraintes sur la pharmacocin é tique du produit, il faut d é velopper une chimie rapide. Le marqueur é met tout le temps (on ne peut pas facilement faire la diff é rence entre signal sp é cifique et non sp é cifique) On peut r é aliser des mol é cules tr è s proches des mol é cules naturelles SPECT Produit radioactif, dur é e de vie de 6h pour le 99m Tc. Fortes contraintes sur la pharmacocin é tique du produit, il faut d é velopper une chimie rapide (un peu plus simple que la chimie du PET. Le marqueur é met tout le temps (on ne peut pas facilement faire la diff é rence entre signal sp é cifique et non sp é cifique) IRM On utilise des marqueurs qui modifient les caract é ristiques paramagn é tiques du milieu (Gd, particules ferromagn é tiques). Effets secondaires. Quantit é s é lev é es inject é es... Bioluminescence R é sev é aux applications pr é cliniques. permet de voir sur des é paisseurs de l ordre du cm, l expression de g è nes. Fluorescence Pour les prot é ines fluorescentes de type GFP, c est r é serv é aux applications pr é cliniques. Pour les marqueurs extrins è ques, on arrive a construire de tr è s petites mol é cules qui vont cibler pr é cis é ment (on se rapproche des caract é ristiques du PET. On peut utiliser des ph é nom è nes de FRET pour activer … Pb on est limit é à de tr è s faibles profondeurs ( à 1cm de profondeur la sensibilit é est de qq 100pmolaire.)

26 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 26 Structure dun marqueur pour limagerie moléculaire

27 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 27 Tailles et poids Dalton (D) = gramme Cellule: 10µm donc un volume de cm3. Si on suppose une densité de 1.03 g/ml, la cellule a un poids de g cad D = kD Bactérie 1µm Virus ~ 100 nm Nanoparticule de 4 à 100nm (1.9 nm gold core, ~50,000 Da.). Anticorps dimmension de lordre de 100 Angstrom (150kD) Antigene peut être très petit (juste lépitope qui est reconnu par lanticorps) qq10 KD Fluorophore (GFP: 26kD) Fluorophores organiques type cyanines ( kD)

28 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 28 Tailles et poids

29 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 29 Les marqueurs cliniques La toxicité / le marché Validation (end point) difficile a vérifier et très longue. Pour du criblage il faut être certain quil ny a aucune toxicité Pour du diagnostique il faut un marqueur qui soit générique. Monitoring/imagerie préclinique/imagerie clinique.

30 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 30 Les marqueurs Moleculaires cliniques Sucre, anticorps ou petites molécules marquées avec du 18F ou du 99mTC Aucun traceur fluorescent pour limagerie moléculaire nest encore sur le marché. Quelques uns sont en phase dessai clinique Pour le clinique on en est encore à la préhistoire de limagerie moléculaire. Les principales approches le galacto cRGD (arginine, glycine, acide aspartique)

31 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 31 Les marqueurs précliniques Le pouvoir est à limagination !!! Pas de contraintes fortes au niveau de la toxicité. Pas de contraintes de marché. Ce quon veut voir cest le mécanisme biologique. Cest là quon devrait trouver les marqueurs cliniques de demain

32 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 32 Les marqueurs précliniques Marqueurs endogènes (générés par lanimal) Bioluminescence Protéines fluorescentes Marqueurs exogène (on les injecte) Passif Ciblée Activable Lamplification du signal in vivo : cest le prochain défi de limagerie moléculaire.

33 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 33 MARQUEUR FLUORESCENT ACTIVABLE

34 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 34 Les grandes familles de marqueurs Ligands Anticorps/Antigènes Petites molécules Peptides Sucres

35 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 35 Les grandes familles de marqueurs Cargo Nano particules Structures peptidiques

36 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 36 Les grandes familles de marqueurs Label Souvent les nanoparticules servent de cargo et de label simultanément Les molécules radioactives 99m Tc et le 18 F souvent encapsulées dans des chélates. Les fluorophores organiques Nanoparticules: dans les précédentes celles qui peuvent émettre un signal

37 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 37 Systèmes dimagerie moléculaire de fluorescence

38 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 38 L' imagerie optique diffuse de fluorescence excitation nm émission nm Marquage des tumeurs ou de la circulation sanguine par une molécule fluorescente et détection du signal fluorescent. Détection, localisation et quantification de la cible. filtres détecteur

39 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 39 Voir la lumière au travers des tissus biologiques Les longueurs d'onde d'excitation et d'émission doivent être dans le rouge / proche infra rouge Problème 1: Forte absorption de la lumière par les tissus biologiques Strong heamoglobin attenuation Strong water attenuation

40 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 40 Voir la lumière au travers des tissus biologiques Problème 2: Diffusion de la lumière La lumière ne se propage pas en ligne droite… Les photons sont diffusés par des structures dont la taille est de l'ordre de celle de la longueur d'onde de la lumière (diffusion de Mie) µ s >>µ a Modèle de propagation de la lumière dans les tissus : équation de diffusion Source de lumière Source Détecteur excitation

41 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 41 Modèle de l'imagerie optique de fluorescence Source Détecteur excitation fluorophore Source Détecteur excitationemission fluorophore CCD Proportionnel à la concentration de fluorophores (r) est le facteur de conversion de la lumière d'excitation en un point r en lumière fluorescente.

42 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 42 Principes de l'imagerie optique de fluorescence Séparation des signaux d'excitation et d'émission Le signal d'excitation est beaucoup plus important que le signal de fluorescence (au moins 10 6 ). Le filtre doit être optimisé pour supprimer le signal d'excitation Détecteur Filtre Excitation Echantillon Imagerie de fluorescence par transmission Détecteur Filtre Excitation Echantillon Imagerie de fluorescence par reflexion (FRI)

43 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 43 Imaging issues Constraints: Autofluorescence Non specific signal Attenuation Light scattering

44 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 44 Attenuation Strong heamoglobin attenuation Strong water attenuation Large aperture lenses High sensitivity cameras/Detectors Wavelength/detector sensitivity Long integration time Select the wavelength nm Count all the good photons

45 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 45 Imaging issues Physical Issues Probe characteristics Detector characteristics Autofluorescence Attenuation Fluorophore wavelength 700< <800 Increase sensitivity

46 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 46 Autofluorescence Select a wavelength > 700nm Fluorescence Autofluorescence Spectral unmixing Time resolved imaging

47 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 47 Decrease autofluorescence J. Frangioni, Current Op. in Chem. Biol., 2003 Select a wavelength > 700nm !

48 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 48 Autofluorescence Select a wavelength > 700nm Fluorescence Autofluorescence Spectral unmixing Time resolved imaging

49 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 49 Spectral unmixing

50 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 50 Autofluorescence Select a wavelength > 700nm Fluorescence Autofluorescence Spectral unmixing Time resolved imaging

51 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 51 Probe photochemical parameters < 100 mn Lipid core and fluorophore 100 dies/NP 666 nm647 nm Ф = 0,37τ = 1,8 ns Ф = 0,29τ = 1,1 nsDiD 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Nano-ICGFree ICG Tumour/ Skin ratio Brightness fluorescence time of life Quantum yield

52 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 52 Autofluorescence Select a wavelength > 700nm Fluorescence Autofluorescence Brightness Quantum yield fluorescence time of life Spectral unmixing Time resolved imaging < 100 mn Lipid core and fluorophore

53 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 53 Time resolved imaging Target Autofluorescence Fluorecence signal Time (ns) few ns Travel time of the photons Nb of photons

54 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 54 Autofluorescence Select a wavelength > 700nm Fluorescence Autofluorescence Brightness Quantum yield fluorescence time of life Spectral unmixing Time resolved imaging < 100 mn Lipid core and fluorophore Target

55 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 55 Imaging issues Physical Issues Probe characteristics Detector characteristics Autofluorescence Non specific signal Attenuation Brightness Quantum yield Fluorescence time of life Fluorophore wavelength 700< <800 Increase sensitivity Time resolved imaging Spectral information

56 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 56 Non Specific signal Increasing specificity: activatable probes Classical probe RAFT-(cRGD) 4 -Cy5 Activatable probe RAFT-(cRGD) 4 -Cy5-S-S-I Cleavable spacer Inhibitor Enzyme Label

57 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 57 Imaging issues Physical Issues Probe characteristics Detector characteristics Autofluorescence Non specific signal Attenuation Light scattering Brightness Quantum yield Fluorescence time of life Activatable probe Fluorophore wavelength 700< <800 Increase sensitivity Time resolved imaging Spectral information

58 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 58 Detector source: =690nm Fluorescence: = 790nm Light scattering Enlarge the geometry: increase the distance between excitation points and or measurement points. (scan the source)

59 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 59 Detector source: =690nm Fluorescence: = 790nm Light scattering Enlarge the geometry: increase the distance between excitation points and or measurement points. (scan the source)

60 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 60 Imaging issues Physical Issues Probe characteristics Detector characteristics Autofluorescence Non specific signal Attenuation Light scattering Brightness Quantum yield Fluorescence time of life Activatable probe Fluorophore wavelength 700< <800 Increase sensitivity Time resolved imaging Spectral information Enlarge the geometry (scan the source Tomography)

61 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 61 Imagerie moléculaire de fluorescence per-opératoire

62 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 62 Quyen Nguyen, Tsien Visualisation Tissus tumoral

63 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 63 Visualisation Tissus tumoral sous le muscle

64 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 64 Visualisation ganglion sentinelle Quyen Nguyen, Tsien

65 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 65

66 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 66 Tomorow surgery will be guided by molecular imaging

67 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 67 Fluobeam® Angiostamp® Sentidye® Fluobeam ® 700 / Fluobeam ® 800 Angiostamp ® 700 /Angisotamp ® 800 Sentidye ® 700 /Sentidye ® 800 available for animal use: regulatory toxicity study under progess Products: Imaging instrumentation and probes

68 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 68 The reader Fluobeam®

69 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 69 The reader Fluobeam®

70 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 70 Technical issues: Work in ambiant light Quality of the filtering is the key work around 800nm ease the thing Eye sensitivity

71 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 71 Technical issues: Selection of the wavelength ICG IRDye800-CW Sentidye800 Zw800-1 (Frangioni) …etc. ICG+Albumine Angiostamp®800 ICG+eau Glucosée

72 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 72 Fluobeam ® technical data: New features: Low weight (0.7kg) Polypropylene housing Class 1 laser USB2 driven IP67 head IRC>85% CE medical sterile cover Compatibility windowsXP and windows7 Fluobeam®700 Excitation 680nm 60mW/cm2 Emission >700nm FOV: 13.6x10.1 cm Focus distance 17cm Resolution 2 lp/mm Fluobeam®800 Excitation 780nm 100mW/cm2 Emission >830nm FOV: 10x7.5 cm Focus distance 22cm Resolution 2 lp/mm

73 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 73 Fluobeam ® : limit of detection Fluorescent probeFluobeam®700Fluobeam®800 AngioStamp®8005 pmoles< 1 pmole ICG eau glucosée17 pmoles8 pmoles ICG Albumine3,4 pmoles< 1 pmole Sentidye®800<1 pmole0.1 pmole Sentidye® pmole AngioStamp®7002 pmole

74 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 74 Un exemple dapplication La fluorescence pour guider la chirurgie des cancers. Les structures sont en surface ou proche de la surface En fluorescence on aura un bon rapport signal/bruit La géométrie est quasi indépendante du patient. Le coût des développements technologiques à réaliser est asez limité. Le point dur reste le traceur (AMM, FDA Agreement)

75 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 75 Probe issue Today there is no malecular probe available for intra operative surgery The only NIR fluorescent molecules that can be used are the Methylene blue and the Indocyanine Green (ICG) The clinical intra-operative applications rely today on these two fluorescent probes.

76 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 76 Angiostamp®800 Extracellular space intracellular space Integrin heterodimer cRGD have a high affinity with v 3 integrin, multimeric molecule have a better specificity. About 25% of the cancer cell lines over express the avb3 integrin Detect neo-angiogenesis The level of internalization is higher with multimeric cRGD probes

77 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 77 Tumor Detection and Margin Identification

78 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 78 Applications : Angiostamp®800 Tumor Healthy tissues Make the difference between healthy tissues and cancerous tissues Tumors

79 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 79 Translation to surgery Suivi du drainage lymphatique

80 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 80 Angiosta mp® Translation to surgery Ciblage intégrine v 3

81 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 81 Un autre exemple dapplication La chirurgie vasculaire et cardiovasculaire. Visualiser la perfusion dans une artère après anastomose Contrôler la qualité dun pontage Vérifier la bonne perfusion dun lambeau Fournir des paramètres hémodynamiques

82 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 82 Vascular Imaging

83 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 83 Vascular Imaging Carotide with stenosis (diameter divided by 4.7) Artery diameter: 6.76mm Stenosis diameter: 1.45mm Spasms and accumulation of ICG can be seen upstream of the carotid. The flow is established by burst after the stenosis Hemodynamics data computed on fluorescence sequences: distance between ROIs: 12.66mm time shift: 14 frames average speed: 0.045m/sec flow: 96ml/mn

84 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 84 What can we see : An in situ biological analysis in order to visualize the status of the tissues. Morphological and physiological informations such as the functionality vascular bypass

85 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 85 Tomographie optique de fluorescence Intestinal metastasis localization Ovarian peritoneal metastasis Kidneys-bladder (Results by courtesy of Jean-Luc Coll) IAB IAB Grenoble

86 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 86 Fluorescence diffuse optical tomography

87 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 87 Principe de la tomographie planaire Caméra de haute sensibilité lentille

88 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 88 Diseased mouseHealthy mice ExperimentDay 10Day 12Day 14H1H2 1 st inj H2 2 nd inj H3 1 st inj H3 2 nd inj Fluorescence yield amount day 10day 14day 12 IAB Applications: oncology (breast cancer) 2/2 Comparison with FRI IAB Grenoble (Results by courtesy of Jean-Luc Coll) FRI fDOT

89 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 89 Aide au diagnostic du cancer de la prostate

90 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 90 Prostate : a dedicated US/optical probe Illumination fiber é Detection fiber US tranducer : 128 points; 6,5 MHz Bimodal TR probe Ultrasound system Time-resolved detection Dedicated laser

91 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 91 Prostate : 3D fluorescence reconstruction Reconstructed inclusion Bimodal probe Excitation (laser) fiber Detection fiber Acquisition time 1mn Reconstruction time 1mn Accuracy : 1.5mm Precision : 1mm

92 © CEA. All rights reserved Imagerie Fluo per-op JMD | 11/01/2013 | 92 Prostate : Results Prostate mimicking phantom Central zone Surrounding tissues Rectum Preclinical Prostate mimicking phantom (Polymer, silice beads, TiO 2, ink) Fluorescence yield co-registered in US image Depth 2 cm Resolution 1mm mouse tumor probe phantom

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