IRM anatomique accélérée à haute résolution à 11,7T à l'aide de SPARKLING
L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est devenue la modalité d’imagerie de référence en neuroimagerie pour explorer de manière non invasive la structure et les fonctions cérébrales. En particulier, l'IRM anatomique est un outil standard pour le diagnostic clinique et la recherche, où l'imagerie pondérée en T1 est la séquence la plus couramment utilisée. Cependant, cette modalité est limitée par des temps d'acquisition longs, surtout pour l'imagerie anatomique haute résolution. À cet égard, l’échantillonnage non-cartésien permet d’accélérer les acquisitions grâce à des trajectoires flexibles, telles que SPARKLING (initialement développée pour l'imagerie pondérée en T2*), qui permettent un échantillonnage efficace de l’espace k, facilitant ainsi des reconstructions itératives optimales au sens de la qualité d'image.
Dans cette thèse, l’approche SPARKLING sera étendue à l’imagerie T1-MPRAGE, avec pour objectif d’accélérer les acquisitions d’un facteur 10 à 15, permettant des acquisitions isotropes de 1 mm de résolution sous la minute. Pour des extensions à la séquence MP2RAGE, impliquant des échantillonnages redondants à différents temps d'inversion (TI), nous proposons un nouveau schéma de sous-échantillonnage entrelacé et une reconstruction correspondante, minimisant ainsi la redondance entre les différentes trajectoires d’acquisition et maximisant l'efficacité du processus d'acquisition. En pratique, l’innovation est liée à une extension 3D+temps de l'algorithme SPARKLING, origine, quiproduit des motifs d’acquisition complémentaires pouvant être combinés grâce au schéma de reconstruction 4D proposé. Enfin, la thèse se concentrera également sur la caractérisation du profil de bruit dans l’espace k pour les acquisitions non-cartésiennes et son effet sur la résolution des images IRM reconstruites. Cela nous aidera à construire des trajectoires d'échantillonnage optimisées pour le rapport signal/bruit, qui seront validées par rapport aux protocoles de pointe utilisés en clinique (comme MP2RAGE) à des intensités de champ allant de 3T à 11,7T. La comparaison de tous les schémas d’acquisition sera effectuée à l’aide de métriques quantitatives ainsi que d'évaluations radiologiques qualitatives, en collaboration avec des radiologues de NeuroSpin et de l'hôpital AP-HP Henri Mondor.
RMN du Xénon hyperpolarisé pour sonder la fonctionnalité de barrières biologiques
Le pompage optique du xénon, permettant d’obtenir rapidement un signal RMN intense, est une spécialité de l’équipe LSDRM. Le xénon, soluble dans les milieux biologiques, présente une grande gamme de déplacements chimiques, ce nous utilisons ici pour étudier les propriétés de barrières cellulaires. De nombreuses pathologies découlent d'une altération de celles-ci.
Dans ce sujet de thèse nous souhaitons développer une méthodologie spécifique au xénon hyperpolarisé pour étudier la fonctionnalité (intégrité, perméabilité, sélectivité) de barrières biologiques, en spectroscopie et en imagerie in vitro et in vivo. La thèse se déroulera en deux parties : in vitro il s’agira de développer un dispositif et les protocoles RMN permettant d’étudier des assemblages cellulaires modèles; in vivo des études sur rongeurs permettront d’évaluer l’aptitude du xénon à atteindre des organes plus ou moins proches des poumons en gardant sa polarisation, et de mesurer des cinétiques de passage. Ce sujet permettra des avancées instrumentales et méthodologiques majeures, ainsi qu’un approfondissement des connaissances sur les processus de transports sélectifs au niveau de différentes barrières biologiques.
Suivi par imagerie in vivo multiplexée de la dissémination du pathogène et de la dynamique des réponses immunitaires dans un modèle de tuberculose
Cette thèse a pour objectif de mettre en place un suivi multiparamétrique par imagerie médicale à la fois de la colonisation d’un pathogène donné suite à une infection mais également de la dynamique des réponses immunitaires associées à cette infection, le tout à l’échelle de l’organisme entier. Cela pourrait fournir un outil innovant et non invasif permettant de mieux comprendre les liens entre la dynamique dans le temps et dans l’espace des réponses immunitaires et la bio-distribution du pathogène dans l’organisme, et potentiellement fournir de nouveaux biomarqueurs associés à différentes maladies.
Pour ce faire, cette thèse s’appuierait sur la pathologie de la tuberculose qui représente un enjeu majeur de santé publique à ce jour dans le monde. L'objectif principal est de déterminer la relation entre la dissémination de Mycobacterium tuberculosis et les réponses immunitaires associées à travers tout le corps au cours de l'infection tuberculeuse, de l'infection précoce à la tuberculose latente ou active, grâce à des protocoles d'imagerie multiplexée innovants. Le but de cette étude est de fournir des corrélations dans le temps et dans l'espace entre la charge bactérienne locale et plusieurs infiltrations de cellules immunitaires (macrophages activés et sous-ensembles de lymphocytes T) survenant après l'infection et détectées au fil du temps par imagerie. Ces résultats pourraient alors fournir, avec une invasivité minimale, des biomarqueurs prédictifs de la progression de la maladie et pourraient également offrir des informations précieuses sur les cibles immunitaires potentielles pour de futures stratégies préventives ou curatives basées sur la modulation du système immunitaire. Pour ce faire, cette thèse tirerait parti du modèle préclinique de tuberculose chez le primate non humain développé en France et de notre expertise en imagerie in vivo des pathogènes et des cellules immunitaires dans ce modèle. Il est à noter que la caractérisation plus approfondie des cellules immunitaires dans les échantillons d'intérêt (guidés par imagerie) sera évalué par des technologies de transcriptomique spatiale ou unicellulaire sur des échantillons de tissus, afin de fournir des informations supplémentaires sur la physiopathologie de la tuberculose et l'efficacité des traitements potentiels.
Optimisation de détecteurs de rayonnement gamma pour l’imagerie médicale. Tomographie par émission de positrons temps de vol
La tomographie par émission de positrons (TEP) est une technique d'imagerie médicale nucléaire largement utilisée en oncologie et en neurobiologie.
Nous vous proposons de contribuer au développement d’une technologie ambitieuse et brevetée : ClearMind. Le premier prototype est à nos laboratoires. Ce détecteur de photons gamma utilise un cristal monolithique de PbWO4, dans lequel sont produits des photons Cherenkov et de scintillation. Ces photons optiques sont convertis en électrons par une couche photo-électrique et multipliés dans une galette à microcanaux. Les signaux électriques induits sont amplifiés par des amplificateurs gigahertz et numérisés par les modules d'acquisition rapide SAMPIC. La face opposée du cristal sera équipée d'une matrice de photo-détecteur en silicium (SiPM).
Vous travaillerez dans un laboratoire d’instrumentation avancé dans un environnement de physique des particules.
Il s’agira d’abord d’optimiser les « composants » des détecteurs ClearMind, pour parvenir à des performances nominales. Nous travaillerons sur les cristaux scintillants, les interfaces optiques, les couches photo-électriques et les photo-déteceturs rapides associés, les électroniques de lectures.
Il s’agira ensuite de caractériser les performances des détecteurs prototypes sur nos bancs de mesure en développement continu.
Il s’agira enfin de confronter les propriétés mesurées de nos détecteurs à des simulations dédiées (Monté-Carlo sur logiciels Geant4/Gate).
Un effort particulier sera con-sacré au développement de cristaux scintillants ultra-rapides dans le contexte d’une collaboration européenne.