Thèse Exploration de l'Apport Potentiel à la Tep-Tdm de Deux Technologies Innovantes l'Imagerie en Triple Coïncidence et la Tomodensitométrie à Comptage Photonique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Bordeaux École doctorale : Sciences de la Vie et de la Santé Laboratoire de recherche : Institut de neurosciences cognitives et intégratives d'Aquitaine Direction de la thèse : Frédéric LAMARE ORCID 0000000312897655 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-20T23:59:59 L'imagerie TEP est un outil central de l'imagerie fonctionnelle en oncologie et en médecine théranostique, permettant l'exploration in vivo de processus biologiques tels que le métabolisme, la perfusion, ou l'expression de récepteurs. Toutefois, malgré les progrès technologiques récents, l'imagerie TEP conventionnelle repose principalement sur l'analyse de paramètres quantitatifs globaux (SUV, volumes métaboliques), dont la capacité à caractériser finement l'hétérogénéité tumorale et le micro-environnement tissulaire demeure limitée.
Dans ce contexte, le développement d'approches d'imagerie TEP multiparamétrique constitue un enjeu majeur pour améliorer la compréhension des phénomènes biologiques complexes impliqués dans la progression tumorale et la réponse aux traitements. Deux axes technologiques émergents ouvrent des perspectives prometteuses : d'une part, l'exploitation d'événements de coïncidence avancés en TEP, incluant les coïncidences multiples associées aux photons gamma prompts émis par certains radionucléides , et d'autre part, l'introduction de la TDM à comptage photonique.
L'analyse des coïncidences multiples, notamment dans le cas de radionucléides tels que le scandium-44, permet d'accéder à une information supplémentaire liée au site primaire de désintégration , ouvrant la voie à une meilleure localisation des événements conduisant à une amélioration de la qualité d'image et de la quantification TEP. Ces approches constituent également le socle méthodologique de développements plus avancés tels que l'imagerie de la durée de vie du positronium (positronium lifetime imaging (PLI)), qui vise à extraire des paramètres biophysiques liés à l'organisation microscopique et aux propriétés physico-chimiques des tissus.
Parallèlement, la TDM à comptage photonique offre une amélioration significative de la résolution spatiale, une réduction des artéfacts et une caractérisation spectrale des tissus, susceptibles de renforcer la robustesse de la correction d'atténuation et de la quantification en imagerie TEP/CT. L'intégration méthodologique de ces innovations, constitue un champ de recherche stratégique pour le développement d'une imagerie TEP de nouvelle génération, plus précise et mieux adaptée à l'évaluation de pathologies complexes.
Ce projet de thèse vise à évaluer l'apport de la TDM à comptage photonique sur la qualité des images et la robustesse de la quantification TEP, en comparant indirectement des acquisitions TEP/TDM conventionnelles associées à des données issues de la TDM à comptage photonique. Cette thèse vise également à étudier la faisabilité et l'intérêt de l'exploitation du photon gamma prompt et des coïncidences multiples associées à des radionucléides émetteurs /, en particulier le scandium-44 en imagerie préclinique petit animal. Enfin, le projet comprendra un volet exploratoire consacré à l'étude méthodologique de la PLI, dans des conditions expérimentales contrôlées, en s'appuyant sur des systèmes précliniques et, le cas échéant, sur des collaborations disposant de scanners TEP cliniques à très haute sensibilité (AFOV long).
L'imagerie TEP occupe une place centrale dans la prise en charge des patients en oncologie et en médecine théranostique avec la disponibilité d'un nombre croissant de traceurs spécifiques. Deux innovations technologiques majeures ouvrent aujourd'hui de nouvelles perspectives pouvant venir augmenter le potentiel de la TEP-TDM : d'une part, l'exploitation d'événements de coïncidence avancés en TEP, incluant les coïncidences multiples associées aux photons gamma prompts émis par certains radionucléides , et d'autre part, la tomodensitométrie à comptage photonique.
Deux catégories d'imagerie TEP à coïncidences multiples seront explorées dans ce projet: l'imagerie à trois gammas et l'imagerie de la durée de vie du positronium. En imagerie TEP à 3 gamma, il est possible d'estimer la source d'un événement de triple coïncidence à l'intersection d'une ligne droite définie par la paire de rayons gamma d'annihilation de 511 keV et de la surface du cône Compton définie par le rayon gamma prompt. Par rapport à la TEP conventionnelle n'utilisant que la paire de rayons gamma d'annihilation de 511 keV, cette information supplémentaire quant au lieu d'émission primaire améliore la localisation spatiale des événements impactant ainsi favorablement la qualité des images TEP et également leur quantification. L'imagerie de la durée de vie du positronium est une application plus avancée et récente rendue possible grâce aux progrès réalisés dans le développement des détecteurs à très haute résolution temporelle, dits à temps de vol (TOF), visant à caractériser le micro-environnement tumoral au-delà des paramètres conventionnels, comme le SUV (Standardized Uptake Value) ou les volumes métaboliques. Ainsi, le Positronium Lifetime Imaging (PLI) permet d'exploiter la durée de vie de l'ortho-positronium pour fournir une information biophysique sur le micro-environnement tissulaire, notamment la nature du tissu, la densité cellulaire et son oxygénation.
Ces deux techniques d'imagerie innovantes reposent sur l'utilisation de radio-isotopes qui émettent un positon et presque simultanément un photon gamma supplémentaire, dit prompt. En tant qu'émetteur associé à l'émission quasi systématique d'un photon gamma prompt d'énergie élevée (1157 keV), le Sc permet l'identification d'événements de coïncidence triples (deux photons d'annihilation et photon prompt). Dans le cadre du présent projet, l'exploitation du Sc vise en priorité à étudier l'apport du photon gamma prompt et des coïncidences multiples sur la qualité d'image, la localisation des événements et la quantification en imagerie TEP. Ces travaux s'appuieront principalement sur l'analyse de données list-mode acquises sur des systèmes TEP précliniques conventionnels disponibles localement (Mediso Nanoscan TEP/TEMP/TDM), permettant d'explorer l'impact du photon prompt sur la qualité des images TEP.
La reconstruction quantitative des données TEP 3 gamma et du PLI, qui requiert des performances temporelles très élevées ainsi qu'une sensibilité accrue, sera considérée comme un objectif exploratoire du projet, évaluée dans des conditions expérimentales contrôlées sur des systèmes précliniques dédiés et, le cas échéant, dans le cadre de collaborations avec des centres cliniques disposant de scanners TEP à très hautes performances temporelles et à large champ de vue axial. À ce titre, un accès ponctuel à un système TEP clinique à long champ de vue axial (AFOV) de type Siemens Vision Quadra, notamment au sein d'un centre partenaire régional tel que Poitiers, pourrait être envisagé pour des études de faisabilité spécifiques.
La tomodensitométrie à comptage photonique (PCCT), récemment introduite en pratique clinique, constitue une évolution majeure par rapport à la TDM conventionnelle à détecteurs intégrateurs. En effet, les pixels des détecteurs à comptage photonique sont beaucoup plus petits, ce qui permet d'obtenir une bien meilleure résolution spatiale et une réduction du bruit. Mais surtout, en permettant le comptage individuel des photons X et la discrimination de leur énergie, le PCCT donne accès à une caractérisation spectrale intrinsèque des tissus. Dans le cadre du présent projet, le PCCT ne sera pas utilisé en couplage direct avec la TEP, aucun système TEP/PCCT intégré n'étant actuellement disponible sur le site. En revanche, l'accès parallèle à un scanner TDM à comptage photonique (Siemens NAEOTOM Alpha) installé au sein de l'IHU LIRYC et à un système TEP/TDM hybride conventionnel (Siemens Vision X) dans le service de médecine nucléaire au CHU de Bordeaux permettra d'étudier de manière comparative et méthodologique l'apport du PCCT à l'imagerie TEP. Cette approche reposera notamment sur l'analyse de données acquises séparément, incluant des modèles de correction d'atténuation dérivés de la TDM conventionnelle et du PCCT. Ces travaux visent à évaluer dans quelle mesure les performances supérieures du PCCT - en particulier en termes de résolution spatiale, de réduction des artéfacts et de caractérisation spectrale - pourraient contribuer, à terme, à améliorer la robustesse de la quantification TEP, l'amélioration de la mise en correspondance des signaux TEP avec les structures anatomiques sous-jacentes, et à soutenir le développement d'une imagerie TEP/TDM multiparamétrique. Ce projet de thèse vise à évaluer l'apport de la TDM à comptage photonique sur la qualité des images et la robustesse de la quantification TEP, en comparant indirectement des acquisitions TEP/TDM conventionnelles associées à des données issues de la TDM à comptage photonique.
Cette thèse vise également à étudier la faisabilité et l'intérêt de l'exploitation du photon gamma prompt et des coïncidences multiples associées à des radionucléides émetteurs /, en particulier le scandium-44 en imagerie préclinique petit animal. Enfin, le projet comprendra un volet exploratoire consacré à l'étude méthodologique de la PLI, dans des conditions expérimentales contrôlées, en s'appuyant sur des systèmes précliniques et, le cas échéant, sur des collaborations disposant de scanners TEP cliniques à très haute sensibilité (AFOV long). Analyse de données TEP/TDM et TDM à comptage photonique
Études sur fantômes pour validation physique et quantitative
Études précliniques

Connaissances en médecine nucléaire, oncologie, biologie, physique médicale