DEVELOPPEMENT ET APPLICATION D'UNE TECHNIQUE D'IMAGERIE PAR RAYONNEMENT SYNCHROTRON BASÉE SUR L'UTILISATION D'UN CRISTAL ANALYSEUR

Abstract

THE OBJECTIVE OF THIS THESIS IS TWOFOLD: FROM ONE SIDE THE APPLICATION OF THE ANALYSER-BASED X-RAY PHASE CONTRAST IMAGING TO STUDY CARTILAGE, BONE AND BONE IMPLANTS USING THE ID17 AND ID19 ESRF SYNCHROTRON RADIATION SOURCES AND ON THE OTHER TO CONTRIBUTE TO THE DEVELOPMENT OF THE PHASE CONTRAST TECHNIQUES FROM THE THEORETICAL AND EXPERIMENTAL POINT OF VIEW. SEVERAL HUMAN SAMPLES HAVE BEEN STUDIED IN VITRO USING THE ANALYSER BASED IMAGING (ABI) TECHNIQUE. EXAMINATION INCLUDED PROJECTION AND COMPUTED TOMOGRAPHY IMAGING AND 3D VOLUME RENDERING OF HIP, BIG TOE AND ANKLE ARTICULAR JOINTS. X-RAY ABI IMAGES HAVE BEEN CRITICALLY COMPARED WITH THOSE OBTAINED WITH THE CONVENTIONAL TECHNIQUES, INCLUDING RADIOGRAPHY, COMPUTED TOMOGRAPHY, ULTRASOUND, MAGNETIC RESONANCE AND HISTOLOGY, THE LATTER TAKEN AS GOLD STANDARD. RESULTS SHOW THAT ONLY ABI IMAGING WAS ABLE TO EITHER VISUALIZE OR CORRECTLY ESTIMATE THE EARLY PATHOLOGICAL STATUS OF THE CARTILAGE. THE STATUS OF THE BONE INGROWTH IN SHEEP IMPLANTS HAVE ALSO BEEN EXAMINED IN VITRO: ABI IMAGES PERMITTED TO CORRECTLY DISTINGUISH BETWEEN GOOD AND INCOMPLETE BONE HEALING. PIONEERING IN-VIVO ABI ON GUINEA PIGS WERE ALSO SUCCESSFULLY PERFORMED, CONFIRMING THE POSSIBLE USE OF THE TECHNIQUE TO FOLLOW UP THE PROGRESSION OF JOINT DISEASES, THE BONE/METAL INGROWTH AND THE EFFICACY OF DRUGS TREATMENTS.AS PART OF THE DEVELOPMENT OF THE PHASE CONTRAST TECHNIQUES, TWO OBJECTIVES HAVE BEEN REACHED. FIRSTLY, IT HAS BEEN EXPERIMENTALLY DEMONSTRATED FOR THE FIRST TIME THAT THE ABI AND THE PROPAGATION BASED IMAGING (PBI) CAN BE COMBINED TO CREATE IMAGES WITH ORIGINAL FEATURES (HYBRID IMAGING, HI). SECONDLY, IT HAS BEEN PROPOSED AND EXPERIMENTALLY TESTED A NEW SIMPLIFIED SET-UP CAPABLE TO PRODUCE IMAGES WITH PROPERTIES SIMILAR TO THOSE OBTAINED WITH THE ABI TECHNIQUE OR HI. FINALLY, BOTH THE ABI AND THE HI HAVE BEEN THEORETICAL STUDIED WITH AN INNOVATIVE, WAVE-BASED SIMULATION PROGRAM, WHICH WAS ABLE TO CORRECTLY REPRODUCE EXPERIMENTAL RESULTS.CETTE THESE A UN DOUBLE OBJECTIF: D'UNE PART IL S'AGIT DE L'APPLICATION DE L'IMAGERIE X PAR CONTRASTE DE PHASE (AVEC CRISTAL ANALYSEUR) POUR L'ETUDE DES CARTILAGES, OS ET IMPLANTS A L'AIDE DU RAYONNEMENT SYNCHROTRON ET D'AUTRE PART CE TRAVAIL CONTRIBUE AU DEVELOPPEMENT, THEORIQUE ET EXPERIMENTAL, DES TECHNIQUES D'IMAGERIE PAR CONTRASTE DE PHASE.PLUSIEURS ECHANTILLONS HUMAINS POST MORTEM ONT ETE IMAGES PAR UNE TECHNIQUE DE CONTRASTE DE PHASE UTILISANT UN CRISTAL ANALYSEUR (ABI). L'ETUDE COMPREND L'IMAGERIE PAR PROJECTION ET TOMOGRAPHIQUE D'ARTICULATIONS DE HANCHE, ORTEIL ET CHEVILLE. LES IMAGES PAR ABI ONT ETE CONFRONTEES A CELLES OBTENUES PAR DES TECHNIQUES CONVENTIONNELLES : RADIOGRAPHIE, TOMODENSITOMETRIE, ECHOGRAPHIE, IMAGERIE PAR RESONANCE MAGNETIQUE ET A DE L'HISTOLOGIE, QUI SERT DE REFERENCE. LES RESULTATS MONTRENT QUE SEULE L'IMAGERIE PAR ABI PERMET DE VISUALISER OU ESTIMER CORRECTEMENT LE STATUT PATHOLOGIQUE PRECOCE DU CARTILAGE. LA CROISSANCE DE L'OS APRES IMPLANTS A AUSSI ETE ETUDIEE SUR LES ECHANTILLONS POST MORTEM DE MOUTON : LA TECHNIQUE D'IMAGERIE PAR ABI PERMET DE FAIRE LA DIFFERENCE ENTRE UNE BONNE GUERISON ET UN RECUPERATION INCOMPLETE DE L'OS. DES EXPERIENCES PIONNIERES, IN VIVO, REALISEES AVEC DES COCHONS DE GUINEE ONT EGALEMENT ETE MENEES AVEC SUCCES, CONFIRMANT AINSI L'UTILISATION POSSIBLE DE LA TECHNIQUE POUR LE SUIVI DES MALADIES AFFECTANT LES ARTICULATIONS, L'ASSIMILATION DES IMPLANTS OU ENCORE L'ETUDE DE L'EFFICACITE DE MEDICAMENTS.EN CE QUI CONCERNE LE DEVELOPPEMENT DES TECHNIQUES PAR CONTRASTE DE PHASE, DEUX OBJECTIFS ONT ETE ATTEINTS. POUR LA PREMIERE FOIS, IL A ETE DEMONTRE EXPERIMENTALEMENT QUE LES TECHNIQUES D'IMAGERIE UTILISANT LE CONTRASTE DE PHASE PAR ABI ET PAR PROPAGATION (PPI) PEUVENT ETRE COMBINEES POUR CREER DES IMAGES AYANT DES CARACTERISTIQUES PROPRES (IMAGERIE HYBRIDE HI). DEUXIEMEMENT, UNE NOUVELLE CONFIGURATION EXPERIMENTALE SIMPLIFIEE, POUR L'ACQUISITION D'IMAGES PROCHES DE CELLES OBTENUES PAR ABI OU HI, EST PROPOSEE ET TESTEE. ENFIN, LES DEUX TECHNIQUES D'IMAGERIE PAR ABI OU HI ONT ETE ETUDIEES D'UN POINT DE VUE THEORIQUE AVEC UN CODE DE SIMULATION ORIGINAL QUI EST CAPABLE DE REPRODUIRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX