Développement de la tomographie intra-vitale au K-edge avec la caméra à pixels hybrides XPAD3

Doctoral thesis French OPEN
Kronland-Martinet, C. (2015)
  • Publisher: HAL CCSD
  • Subject: in vivo CT | pixels hybrides | [ SDV.IB ] Life Sciences [q-bio]/Bioengineering | comptage de photons | [ SDV.IB.IMA ] Life Sciences [q-bio]/Bioengineering/Imaging | X-rays | [SDV.IB.IMA] Life Sciences [q-bio]/Bioengineering/Imaging | tomographie intra-vitale | hybrid pixels | rayons X | CT | photon counting | macrophages marking | marquage de macrophages | K-edge | [SDV.IB] Life Sciences [q-bio]/Bioengineering

The hybrid pixel camera XPAD3 integrated in the micro-CT PIXSCAN IIis a new devicedeveloped by the imXgam team at CPPM for which photon counting replaces charge integrationused in standard X-ray CT. This novel approach involves advantages, in particularthe absence of dark noise and the ability to set an energy threshold on each pixel of thedetected photons. This features has been exploited during this thesis work for standardsmall animal preclinical imaging and permitted to establish the faisability of ex vivo, andthen in vivo labelling of marcrophages.On another hand, the ability of this camera is of uppermost importance for the developmentof K-edge imaging approaches, which exploit spectral information on the countedphotons. K-edge imaging permits to identify contrast agent compartiments with regardsto bones in classical radiography. K-edge imaging is obtained by selecting, for each pixelcalibration, those pixel that are set at one of the three different thresholds around theK-shell’s binding energy of the selected contrast agents and then, to proceed with a subtractionanalysis to the images obtained above and below the K-edge energy.We develop a new way of calibrating the XPAD3 detector that permits to provide theproof of concept of a patent owned by the imXgam team, and to obtain the first results onliving mice by dividing the acquisition time by three with a compromise on the resolution.This novel approach can be implemented in "two colours" in order to separate clearly twodifferent contrast agents. This brings a new way to visualize biological information and toprovide possible future approaches for the study of the inter-dependance of vascularisationand inflammation during the tumor development.; La caméra à pixels hybrides XPAD3 intégrée dans le micro-tomodensitomètre PIXSCANII est un nouveau dispositif développé par l’équipe imXgam au CPPM dans lequelle comptage de photons remplace l’intégration de charges utilisée dans les systèmes deradiographie standard. La caméra XPAD3 apporte des avantages, en particulier l’absencede bruit de courant noir et la possibilité d’imposer un seuil de discrimination sur chaquepixel. Ces particularités ont pu être exploitées au cours de ce travail de thèse en imageriepréclinique classique sur petit animal et ont permis de faire la preuve de faisabilité d’unmarquage ex-vivo puis intra-vital des macrophages.D’autre part les capacités de cette caméra sont intéressantes pour le développement d’unenouvelle méthode d’imagerie spectrale dite au K-edge. L’imagerie au K-edge permet dedifférencier des compartiments contenant un agent de contraste par rapport à l’os dans desradiographies classiques. Elle est obtenue via l’étalonnage de trois différents seuils autourde l’énergie de liaison de la couche K de l’agent de contraste considéré. Le développementd’un nouvel d’étalonnage avec l’utilisation de pixels composites a permis d’établir la preuvede concept d’un brevet déposé par l’équipe imXgam et d’obtenir les premiers résultatssur souris vivantes en divisant le temps d’acquisition par trois avec un compromis sur larésolution spatiale.Cette nouvelle approche peut être implémentée en « deux couleurs » pour séparer deuxdifférents types d’agents de contraste. Ceci offre une nouvelle manière de visualiser desinformations biologiques pertinentes dans un contexte applicatif visant à étudier de manièredynamique (longitudinale) l’interdépendance de la vascularisation et de la réponseimmunitaire au cours du développement tumoral.
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