Développement et expérimentation de l'imagerie multimodale TEP/TEM/TDM combinée pour la recherche biomédicale

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CONTEXTE: L’imagerie moléculaire (IM) influence fortement la recherche biomédicale et oriente déjà la pratique médicale vers une médecine plus personnalisée. Parmi les modalités d’IM, la tomographie d'émission par positrons (TEP) et la tomographie d’émission monophotonique (TEM ou « SPECT ») se distinguent par leur capacité de fournir des informations quantitatives sur les processus biologiques in vivo au niveau moléculaire, grâce à des sondes capables de cibler spécifiquement des mécanismes physiologiques, biochimiques ou géniques précis. Ces modalités ouvrent des perspectives encore peu exploitées pour mieux comprendre la physiologie normale ou pathologique et développer des thérapies ciblées. Toutefois, les repères anatomiques sont souvent imprécis dans les images TEP et TEM, et il faut obtenir séparément une image anatomique pour bien localiser les phénomènes observés. Actuellement, cette information est acquise à l'aide d'appareils distincts ou hybrides juxtaposant un imageur à tomodensitométrie (TDM) par rayons-X au scanner TEP ou TEM. Cependant, les mouvements involontaires ou vitaux (cardiaques, respiratoires, péristaltiques...) causent des déformations entre les images acquises séquentiellement. L’imagerie TDM augmente aussi l’exposition aux radiations. OBJECTIF: Le but est de poursuivre le développement, mettre en œuvre et expérimenter de nouvelles approches d’imagerie multimodale partageant le même système de détection pixélisé, pour acquérir concurremment les images TEP/TEM et TDM. En plus d’améliorer la congruence des images multimodales, le projet vise à réduire l’exposition au rayonnement par l’introduction de l’imagerie TDM spectrale et par une exploitation optimale de l’information multimodale. APPROCHE: Ce défi sera relevé en exploitant les concepts développés durant les précédentes Subventions à la découverte pour réaliser la convergence instrumentale des 3 modalités d’imagerie reposant sur la détection du rayonnement. L’objectif sera réalisé en poursuivant la quête de la meilleure résolution spatiale possible en imagerie µTEP/µTEM, tout en réduisant la dose par l’exploitation de l’imagerie TDM spectrale en mode comptage de photons. À cette fin, nous proposons de: - investiguer les problèmes de distorsion spectrale pour tirer pleinement avantage de la réduction de la dose de radiations pour une même qualité d’image en TDM spectrale; - élaborer des protocoles d’acquisition concurrente d’images bimodales, incluant la saisie de séries dynamiques, tout en limitant la dose de radiation requise; - valider les performances de l’imagerie bimodale combinée sur mire et sur modèle animal vs imagerie bimodale séquentielle conventionnelle. - poursuivre la mise au point de l’imagerie TEM sur scanner TEP; - exploiter les images bimodales dynamiques pour améliorer la reconstruction multidimensionnelle (4D), la correction et la quantification des images tomographiques; - recouvrer les événements multiples résultant de diaphonie inter-détecteurs (Compton, échappement de rayons-X...) pour améliorer la résolution spatiale et augmenter l’efficacité de détection en TEP à très haute résolution; ORIGINALITÉ ET IMPORTANCE: La fusion des modalités TEP, TEM et TDM au niveau matériel et opérationnel représente un défi que peu d’équipes de recherche osent relever. La réalisation de cet objectif permettra de réduire le coût des appareils tout en facilitant l'accès aux modalités d'imagerie les plus appropriées pour une étude donnée. L'introduction de l'imagerie TDM spectrale en mode comptage de photons ouvre la voie à l'imagerie anatomique dynamique et permet d'envisager une réduction significative de la dose dans un contexte d'IM. Les développements proposés favoriseront l’adoption de ce nouveau paradigme en imagerie (bio)médicale.