Imagerie optique diffusive de fluorescence : reconstruction 3D

Tomographie optique diffusive de fluorescence pour le petit animal
A. da Silva, A. Koenig, L. Hervé, M. Berger, J. Boutet, J.-M. Dinten, Ph. Peltié, Ph. Rizo
Département des micro-Technologies pour la Biologie et la Santé (DTBS)
LETI-CEA Recherche Technologique, Grenoble
Le projet « Imagerie Optique Moléculaire en 3D » (IMO3D), démarré au LETI mi
2003 en collaboration avec une équipe de l’INSERM, nous a conduit au développement de
deux tomographes optiques et de méthodes de modélisation et de reconstructions associées.
L’objectif est une caractérisation non invasive de tumeurs (principalement du poumon)
marquées par une molécule fluorescente à partir d’images ou de signaux optiques. Les
méthodes optiques permettent en effet de recueillir des informations fonctionnelles sans
dommage pour l’animal. Elles sont potentiellement moins coûteuses et d’une mise en œuvre
plus légère que les méthodes basées sur des radiotraceurs ou sur l’IRM.
Nous détaillerons les spécificités de chacun des tomographes mais de manière
générale, les dispositifs de mesure sont composés (i) d’un système d’éclairage, dont la
longueur d’onde est centrée sur la longueur d’onde optimale pour l’excitation des molécules
fluorescentes ; (ii) et d’un système de détection (une caméra CCD) couplé à un filtre
chromatique centré sur la longueur d’onde de fluorescence. La mesure de la répartition du
signal fluorescent émis à la surface de la souris pour un ensemble de positions relatives
source/détecteur permet, via une technique de reconstruction algébrique standard (ART par
exemple), de reconstruire la biodistribution en marqueur dans le corps de la souris.
Nous exposerons les possibilités d’imagerie, les choix instrumentaux et théoriques que
nous exploitons. En particulier, nous nous sommes intéressés à différentes approches pour
traiter d’une part la répartition des propriétés optiques inhomogènes des différents organes
internes, et d’autre part la géométrie propre de l’animal. Ces points spécifiques ont nécessité
des aménagements expérimentaux et théoriques que nous exposerons. Les résultats d’une
première campagne pré-clinique, réalisée en 2005, seront également présentés. La
collaboration étroite INSERM/LETI a ainsi permis de prendre en compte certains paramètres
liés à l’utilisation en routine de l’instrument et notamment en matière de calibration,
d’optimisation du temps d’acquisition des données expérimentales, de quantification et de
visualisation des résultats.