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

Rayons X Röntgen obtiendra le premier prix Nobel de physique en 1901. Le 8 novembre 1895, Röntgen découvre les rayons X Le 22 novembre 1895, il réalise la premier cliché radiographique, celui de la main de son épouse Bertha. Röntgen obtiendra le premier prix Nobel de physique en 1901. Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

CAT Scanner The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1979 Allan MacLeod Cormack Physicien Nucléaire Cape Town Harvard University Tufts University Sir Godfrey Newbold Hounsfield English electrical engineer EMI Research Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

IRM The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2003 Paul C. Lauterbur Chimiste Uni. Illinois Sir Peter Mansfield Physicien Nottingham Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Glossaire CT : Computerized Tomography (Scanner X) TEP : Tomographe à Émission de positron (PET) TEMP : Tomographe à Émission MonoPhotonique (SPECT) IRM : Imagerie par Résonance Magnétique (MRI) Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Quelques principes de base TEP SPECT Collimateur Détecteur X détection + position Molécule marquée Injection traceur marqué b+ Annihilation => émission 2 g 511keV Enregistrement des lignes de vol (LOR) Reconstruction densité d’activité fixée Injection traceur marqué g (99Tc) Collimateur => projection activité Acquisition sous plusieurs angles Reconstruction densité d’activité fixée Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Instruments 120000 cristaux LSO/LySO 936 PM’s Mesure DOI Tomographe TEP haute résolution Siemens/CTI modèle HRRT 120000 cristaux LSO/LySO 936 PM’s Mesure DOI Image de calibration Fantôme de cerveau Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Imagerie : de la cellule à l’homme  xTal LXe SIC TOHR POCI AIF     Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Moyens humains * (* + 1 phys. et 6 ing. pour Neurospin) Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Perspectives IRES : Projet plateforme ImaBio CPPM : LPSC et SUBATECH 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 Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

GDR Montage d’un GDR en cours Instrumentation et Modélisation en Imagerie Biologique et Médicale 1ère 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 Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

CERIMED Projet en cours de montage Partenariats souhaités : Centre Européen de Recherche en Imagerie Médicale Projet en cours de montage Initiative : Paul Lecocq (CERN) Soutien : AP, PACA, Ministère… Base : Marseille, échéance 2006 ? Partenariats souhaités : EUROMEDIM (NoE 6ème PCRD) ClearPet GDR « IMIB » IPA (Programme CNRS/CEA Imagerie Petit animal) Plateformes : Animage, ImaBio, Imagène ……. Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Questions ? Type d’activité Positionnement / visibilité 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 ? Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

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

Imagerie Biomédicale à SUBATECH Détecteurs gazeux PIM (type MICROMEGAS) Imagerie auto radiographique b grande surface Imagerie b haute résolution : Détection 3H et 14C Surface 25x25 cm² Résolution < 80 µm FWHM Petite surface 3x3 cm² haute résolution (20 µm FWHM) Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Interface Physique-Biologie-Médecineà l’IReS Résolution spatiale: ~1 mm Efficacité de détection: 40 cps/MBq / caméra Matrice YAP:Ce PMT 64 voies Electronique Axe de rotation µ CT µSPECT Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Imagerie du petit animal au CPPM Détecteur de R-X à pixels hybrides 6 x 6 cm2 Objet fantôme Source de rayons-X Support tournant précis < 0,1° PIXSCAN Scanner - CT insérable dans un TEP basé sur les pixels hybrides Le Prototype Résolution 160 µm (pixels à la DELPHI) 360 images espacées de 2 ms Sortie sur ETHERNET Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Imagerie du petit animal au CPPM Combinaison TEP-CT Tomographie par émission de positrons Image des tumeurs cancéreuses Scanner-X Image des organes Localisation des tumeurs/organes Correction des données du TEP pour le mouvement des organes Prévu pour fin 2006 Détecteurs du PIXSCAN CLEARPET (IPNL, ANIMAGE) Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

TEP petit animal LSO Collaboration ClearPet Test 2 têtes 64 cristaux LSO 22Na source DE/E=18% One channel : Coincidence mode Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Tomographe xénon liquide Imagerie du petit animal 16 modules de détection (32 PM/APD) Champ de vue axial : 5 cm Champ de vue transaxial : 10 cm PM1 PM2 Z X Y Guides de lumière & xénon liquide T= -110°C  = 178 nm (x,y,z) sans erreur de parallaxe Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

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

TOHR Le TOmographe à Haute Résolution en opération au Service Hospitalier Fréderic Joliot d’Orsay (CEA/DSV/SHFJ ) Reconstruction 3D de l’activité fixé Le point focal est fixé par les collimateurs L’animal est déplacé en x, y, z Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

SIC : Sonde Intra Cérébrale Sonde FO scintillante F = 250µ Couplage FO claire => PM Implantation ds l’animal Détection b+ Quantification activité locale b MICROPROBE Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Imagerie TEP quantitative des petits animaux Mesure de l’ « Arterial Input Function » Acquisition Détecteur beta+ Diodes Si Plastique blindage ponction Injection Marqueur 18FDG cathéter Collaboration DAPNIA , SHFJ Orsay , CHU Sherbrooke Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

POCI : Per-Operative Compact Imager Photodiode à localisation Galettes de microcanaux g Collimateur Scintillateur Écran de phosphore Le groupe Interface Physique Biologie de l’Institut de Physique Nucléaire d’Orsay a développé une mini gamma caméra dédiée à l’assistance au traitement chirurgical du cancer. L’équipe l’a appelé POCI pour Per-Operative Compact Imager. Cet imageur repose comme pour tout dispositif d’imagerie planaire sur une tête de détection gamma constitué d’un collimateur à trous parallèles et d’un scintillateur couplé à un dispositif photosensible qui met en œuvre un tube II et une photodiode à localisation bidimentionnelle. Dans le cadre de l’imagerie en bloc opératoire les performances de détection de la caméra ont été recherché en vue de permettre au chirurgien de réaliser des images avec seulement 10 secondes d’acquisition pour ne pas retarder l’intervention chirurgical. Sur cette image est représentée l’ensemble du dispositif POCI que l’équipe IPB a souhaité le plus facilement transportable. Ici est la caméra proprement dite qui offre un champ de vu de 4 cm de diamètre pour un poids total de 1.2 kg. Évaluation clinique de la caméra POCI Collaboration avec IGR Thèse de Stéphanie Pitre Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Hadronthérapie : TEP en ligne Courbes d’isodose reconstruites Comparaison au plan de traitement Matrice cristaux LSO et PM flat pannel 2 têtes testées GANIL (IPNL / LPC Caen Acquisition pendant déversement faisceau OK Salle de traitement GSI Caméra TEP en ligne Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

GATE : Geant4 Application for Tomographic Emission 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 GEANT4 Modélisation du temps (décroissance des sources, mouvement du scanner, fortuites) Langage script (évite le C++) Interactivité du code Développement partagé Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

Imagerie du petit animal L’avenir Ph.Mangeot Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3 La Colle sur Loup 10-15 octobre 2004

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