Scanners multimodaux de tomographie d'émission par positrons avec mesure de temps de vol dédié aux petits animaux

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L'imagerie moléculaire, en permettant d'étudier et de mieux comprendre les bioprocessus soutenant la vie, est appelée à jouer un rôle crucial dans la personnalisation des soins de santé. À ce niveau, la tomographie d’émission par positrons (TEP) couplée à une modalité l’imagerie anatomique comme la (micro)tomodensitométrie (µTDM) ou l’imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM) est l’outil de choix grâce à sa capacité d’imager avec une très haute sensibilité les métabolismes cellulaires. La dernière grande percée en imagerie TEP a été l’introduction de la mesure de temps de vol (TdV) des photons (~300 ps) dans les scanners cliniques, cela a permis d’augmenter significativement le contraste dans les images pancorporelles permettant ainsi de distinguer plus facilement une petite prostate cancéreuse de l’immense vessie juxtaposée. Actuellement, l’imagerie TEP chez le petit animal stagne, car la résolution spatiale volumique a atteint sa limite physique (<1 µl) et il faudrait atteindre <30 ps pour profiter de l’information TdV pour l’imagerie de la souris. À ce titre, les meilleurs détecteurs TEP, présentement à base de scintillateurs, un matériau qui transforme le rayonnement d’annihilation en photons lumineux eux-mêmes absorbés par un photodétecteur, ne font guère mieux que ~100 ps dû à la nature stochastique de l’émission lumineuse et aux limitations au niveau des photodétecteurs et de l’électronique de lecture. D’autre part, une percée majeure récente réalisée à l’Université de Sherbrooke portant sur l’empilement 3D de circuits intégrés hétérogènes laisse entrevoir des performances sous les 20 ps pour le photodétecteur et l’électronique de lecture. Pour réaliser une percée aussi importante que la TEP TdV clinique chez le petit animal et pour atteindre une résolution temporelle <30 ps avec scintillateur ouvrant la voie à la TEP TdV préclinique, je propose 1) de développer la science menant à la conception de dispositifs électroniques requis pour extraire l’information temporelle par un traitement numérique approprié de chacun des photons lumineux issus du scintillateur, 2) de valider ce traitement sur matrices de portes programmables et de l’implanter dans des circuits intégrés de haute performance localisés dans un empilement 3D, et 3) d’intégrer ces nouvelles technologies dans le développement de la prochaine génération de scanners précliniques bimodaux TEP/µTDM et TEP/IRM avec TdV. À terme, ce programme de recherche d’avant-garde consolidera la position de chef de file international de l’UdeS en conception de scanners. Outre la percée majeure en TEP TdV pour petits animaux, la localisation 3D à l’échelle du mm grâce au TdV pourrait révolutionner les concepts de reconstruction tomographique, tout particulièrement en TEP clinique.