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volumetric medical x-ray imaging at extremely low dose

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L’imagerie 3D par rayons X à faible dose ouvre de nouveaux horizons

La tomographie assistée par ordinateur (CT-scan) a révolutionné l’imagerie médicale, mais l’exposition à de fortes doses de rayons X reste un inconvénient majeur. Le projet VOXEL a créé une nouvelle technologie permettant de faire de l’imagerie volumétrique 3D par rayons X avec de très faibles doses d’irradiation afin de réduire les risques d’exposition aux radiations.

ÉCONOMIE NUMÉRIQUE

SANTÉ

© hrui, Shutterstock

Une analyse CT-scan utilise une source de rayons X rotative qui capture des milliers de vues sous différents angles pour reconstituer des images numériques 3D en coupe. Il est nécessaire de procéder ainsi car le détecteur ne voit que l’ombre de l’objet entier pour chaque vue.

Une nouvelle caméra pour les rayons X

Le projet VOXEL, financé par l’UE, a proposé de surmonter ces limitations en utilisant une caméra plénoptique. Marta Fajardo, coordinatrice du projet, explique: «Notre approche consiste à enregistrer non seulement les rayons lumineux parvenant au détecteur, mais également leur direction d’incidence. Cela signifie que nous pouvons calculer, avec une certaine précision, chaque point de l’objet, en 3D, à partir d’une seule vue.» Les membres de l’équipe scientifique de VOXEL sont des leaders en métrologie par rayons X, détection de front d’onde, physique atomique, calcul mathématique et imagerie médicale 3D. Au cours du projet, ils ont mis au point une nouvelle caméra comportant une source de rayons X, une optique collimatrice pour irradier l’objet le plus efficacement possible, une lentille principale, un réseau permettant de capturer la direction du faisceau incident ainsi qu’un détecteur. C’est la première fois que ce type de configuration de caméra est développé pour les rayons X. Les chercheurs ont dû surmonter des difficultés techniques liées à la construction des dispositifs dédiés à l’optique en rayons X. Ils se sont servis d’études techniques et mathématiques sur un prototype utilisant la lumière du spectre visible, ce qui leur a permis d’établir des contraintes au niveau de la conception des éléments optiques spécifiques aux rayons X. Cela a conduit à la création de deux prototypes de caméra, l’un servant à faire de la microscopie sur de petites cellules biologiques avec des rayons X mous, et l’autre de l’imagerie sur de petits animaux avec des rayons X plus durs. Les scientifiques viennent seulement de parvenir à enregistrer les premières images plénoptiques en rayons X à partir de caméras VOXEL et les données sont actuellement en cours de traitement. Leurs mesures ont toutefois permis de valider la conception de la caméra en termes de capacité à récupérer des données 3D à très haute résolution à l’aide de rayons X mous. «La plus grande réussite de notre projet est sans aucun doute d’avoir réussi à faire fonctionner l’imagerie plénoptique avec des rayons X», déclare Mme Fajardo. Par ailleurs, elle note que les équipes scientifiques sont sur le point de fabriquer une caméra 3D destinée à des applications concernant les petits animaux ou l’histologie. Obtenir des images d’un corps humain entier n’est pas encore à l’ordre du jour et nécessiterait de nouvelles avancées en optique X.

Perspectives d’avenir pour cette caméra à rayons X

Selon Mme Fajardo, VOXEL s’est lancé dans une aventure très risquée il y a quatre ans, mais la coopération active et étroite des différentes équipes a abouti à un résultat positif. L’expertise acquise et les collaborations mises en place dans le cadre du projet ont aidé les membres de l’équipe à se faire un nom dans le domaine et ont également contribué à la formation de la prochaine génération de jeunes scientifiques. En évitant la rotation de la source de rayons X ou de l’échantillon, la technologie révolutionnaire VOXEL permet d’utiliser des doses d’irradiation extrêmement faibles pour un impact maximal en termes de médecine et de biologie. Malgré le succès des prototypes, de nombreux problèmes de conception restent à régler avant de pouvoir produire une caméra à rayons X de ce type à des fins commerciales. Le partenaire industriel du projet VOXEL a déjà obtenu un financement dans le cadre du FET (technologies futures et émergentes) Innovation Launchpad pour étudier le potentiel commercial de cette caméra à rayons X. Des fonds supplémentaires seront nécessaires pour améliorer le niveau de maturité technologique du prototype et soutenir son développement futur, qui consistera à passer du statut de validation de principe à celui d’innovation médicale.

Mots‑clés

VOXEL, rayons X, caméra, imagerie, optique, prototype, plénoptique, dose, irradiation, scanner

Informations projet

N° de convention de subvention: 665207

État

Projet clôturé

  • Date de début

    1 Juin 2015

  • Date de fin

    31 Mai 2019

Financé au titre de:

H2020-EU.1.2.1.

  • Budget total:

    € 3 996 875

  • Contribution de l’UE

    € 3 996 875

Coordonné par:

ASSOCIACAO DO INSTITUTO SUPERIOR TECNICO PARA A INVESTIGACAO E DESENVOLVIMENTO