Étude des bénéfices de l’ultra-haute résolution pour l’imagerie TEP du cerveau de rongeur et d’humain

La tomographie d’émission par positrons (TEP) est une modalité d’imagerie moléculaire de choix en recherche pour évaluer la localisation d’une cible ou d’un processus biologique d’intérêt, en plus d’être un outil privilégié pour le diagnostic de diverses maladies. Malgré tous ses mérites, la TEP n’a jamais pu être exploitée à son plein potentiel étant donné que les caméras TEP sont typiquement dotées d’une faible résolution spatiale. Cet obstacle est particulièrement défavorable pour l’imagerie du cerveau, car cet organe abrite plusieurs structures et phénomènes biologiques de petites dimensions. Pour remédier à ce problème, le Laboratoire TEP (LabTEP) a développé la technologie de détection LabPET II, basée sur des modules de détection optimisés pour atteindre une résolution spatiale considérablement meilleure que les standards actuels. Incorporée chez les appareils précliniques LabPET II et la caméra dédiée à l’étude du cerveau nommée Ultra-Haute Résolution (UHR), cette technologie promet des avancées inédites dans le domaine de l’imagerie cérébrale. L’objectif de ce projet de maitrise était d’évaluer et de démontrer les gains des caméras LabPET II et UHR pour l’imagerie de cerveau de rongeur et d’humain. Quatre avenues auront été empruntées pour réaliser cet objectif. En premier lieu, une étude d’activation visant à sonder de minuscules régions du cerveau de rat a été entreprise. Afin de se dissocier des effets confondant des anesthésiants en imagerie préclinique, des démarches ont également été testées pour conduire des séances d’imagerie chez des rats éveillés. L’évaluation des normes NEMA du scanneur UHR de même que l’imagerie de rongeurs sur cet appareil a permis de mettre en évidence ses caractéristiques de performance et sa capacité à imager précisément des petits animaux. Finalement, les premières images de cerveau humain acquises à une résolution millimétrique en TEP sont présentées et analysées.
Positron emission tomography (PET) is a valuable molecular imaging modality to assess the localization of a target or a biological process of interest. It is also a privileged tool for the diagnosis of various diseases. Despite all its merits, the potential of PET has never been fully exploited due to the typical low spatial resolution of PET scanners. This challenge is particularly critical for brain imaging, as this organ houses several small-scale structures and biological phenomena. To address this issue, the PET Laboratory (LabPET) has developed the LabPET II detection technology, based on optimized detection modules designed to achieve significantly better spatial resolution than current standards. Incorporated into LabPET II preclinical devices and the dedicated brain scanner called Ultra-High Resolution (UHR), this technology promises unprecedented advances in the field of brain imaging. The objective of this master's project was to evaluate and demonstrate the benefits of LabPET II and UHR cameras for rodent and human brain imaging. Four avenues were pursued to achieve this objective. Firstly, an activation study aimed at probing tiny regions of the rat's brain was undertaken. To dissociate from the confounding effects of anesthetics in preclinical imaging, approaches were also tested to conduct imaging sessions with awake rats. The NEMA evaluation of the UHR scanner, as well as rodent imaging on this device, highlighted its performance characteristics and its ability to precisely characterize small animals. Finally, the first images of the human brain acquired at millimetric resolution in PET are presented and analyzed.