Développements en imagerie de luminescence in vivo chez le petit animal : système d'acquisition sur animal vigile et tomographie en temps réel

par Emilie Liliane Catherine Roncali

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Bertrand Tavitian.

Soutenue en 2008

à Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris .

mots clés

• Imagerie moléculaire
• Petit animal
• Miroir conique
• Imagerie pour le diagnostic
• Diagnostic moléculaire
• Bioluminescence
• Tomographie
• Anesthésie

Résumé

L’imagerie du petit animal occupe une place croissante dans les études précliniques. Parmi les approches d’imagerie moléculaire innovantes, les méthodes photoniques qui permettent une détection externe de lumière visible ou proche infrarouge sont principalement représentées par l’imagerie de bioluminescence et l’imagerie de fluorescence. Ces techniques récentes restent encore en développement et les applications ne sont pas encore toutes exploitées. Ce travail de thèse s’articule autour de deux projets de recherche visant à répondre à ces problématiques. Un premier projet a consisté à exploiter les possibilités d’acquisition en temps réel de l’imagerie de luminescence. Actuellement la majorité des systèmes fonctionnent avec des résolutions temporelles supérieures à la seconde. Nous avons réalisé un dispositif dédié à l’imagerie de bioluminescence chez l’animal vigile, qui combine un suivi visuel de l’animal et un système de comptage de photons pour détecter les signaux de luminescence. Cet instrument permet de s’affranchir de l’anesthésie et ainsi d’opérer dans des conditions physiologiques proches du fonctionnement normal de l’organisme. Le deuxième projet a pour but de pallier le défaut de quantification de l’imagerie planaire de luminescence, qui motive les nombreux travaux autour de systèmes d’imagerie tomographiques. Nous avons conçu et mis en oeuvre un système avec un miroir conique permettant d’acquérir une image anamorphique qui collecte toute l’information lumineuse provenant du sujet. Ce montage présente l’avantage d’être compatible avec des acquisitions en temps réel, contrairement à la plupart des instruments actuels.

Titre traduit

In vivo luminescence imaging in small animals : acquisition system for freely moving animals and real time tomography

Résumé

Small animal imaging is a powerful tool largely used in preclinical studies. Luminescence-based techniques allow an external detection of light from visible or infrared spectrum and constitute a rapidly expanding field. These innovative techniques are still under development and the field of applications could be extended. This work consists in two projects that were conducted in order to bring about some solutions to these issues. A first development was based on the real time capacity of luminescence imaging. Because of their sensitivity, cooled CCD cameras are largely used to detect the very small amount of light produced by bioluminescence reactions or by fluorescence probes. However, these systems generally require an exposure time of several seconds to overcome the readout noise. We report here the development and the validation of a photon counting-based system combined with a video monitoring function. The biological signal of interest, recorded by a third generation cooled intensified CCD camera, is spatially and temporally registered with the tracking video. Performing molecular imaging studies without the use of anaesthetics and in freely moving animals would limit the interference with signalization processes. Another aspect of luminescence imaging improvements was investigated in this thesis. A major limitation of this technique is the lack of quantification in planar imaging. Most of current systems are not compatible with real time imaging because of their acquisition process. We designed and realized an innovative device based on the use of a conical mirror enclosing the sample and thus allowing to record an anamorphic image of the sample.