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Projet abouti

Biotechnologies / SantéBiotechnologies médicalesDispositifs médicaux, nouveaux équipements de santéOptique/Photonique

SPIRIT : Développement d’un spectromètre proche infrarouge par imagerie temporelle pour l’imagerie et le diagnostic médical

Alsace BioValley, 

Caméra SPIRIT : un outil de diagnostic médical innovant (LOCALITE / Photonis)

Développement d'un outil de diagnostic et d’imagerie médicale innovant qui améliore le confort du patient en recourant aux phénomènes optiques et à l’imagerie in-vivo sans contact pour la  localisation spatiale rapide des pathologies étudiées.

Ce projet, labellisé par Alsace BioValley, a bénéficié d’une subvention dans le cadre du 5ème appel à projets du Fonds Unique Interministériel (FUI).

Le contexte

Les systèmes d’imagerie médicale existants nécessitent une mise en contact avec la peau du patient, ce qui est souvent inconfortable pour ce dernier. De plus, ces systèmes ont trois limitations principales : i) la non-quantification des données, ii) la faible résolution et iii) l’induction d’erreurs de mesure liées aux faibles variations des propriétés optiques. Dans le cadre de ce projet, l’appareil d’imagerie développé par Photonis et ses partenaires associe la spectrométrie proche Infra-Rouge et l’imagerie optique avec résolution temporelle de photons. Il permet à la fois de surmonter ces limitations et de disposer d’un seul outil alliant imagerie médicale et diagnostic.

Les objectifs

Le projet SPIRIT (Spectroscopie Proche InfraRouge par Imagerie Temporelle) consistait à réaliser un appareil d’imagerie médicale servant d’outil de diagnostic pour assurer dans un premier temps le suivi de paramètres physiologiques tels que le volume sanguin cérébral, le flux sanguin cérébral et la consommation d’oxygène cérébral par des méthodes optiques, grâce à la pénétration de la lumière dans le proche Infra-Rouge. Les perspectives d’application sont très vastes, tant en clinique (pédiatrie, neurologie, mammographie, maladies musculaires) que pour des études précliniques, en particulier dans la tomographie de fluorescence.

Les partenaires du projet

  • Photonis : porteur du projet. Société spécialisée dans la conception et la fabrication de composants pour la détection de rayonnements et de photons.
  • Telmat Industrie : société spécialisée dans le développement de logiciels destinés particulièrement aux systèmes de vision optique et les besoins en termes d’interface hommes-machines.
  • Montena : société suisse spécialisée dans le développement, la production et l’installation de produits et systèmes pour les tests de compatibilité électromagnétique (CEM).
  • Institut électronique du solide et des systèmes (InESS) (CNRS-UMR 7163) : institut spécialisé dans l’électronique des solides, les matériaux et nanotechnologies pour l’électronique et la photonique.
  • Laboratoire d’Imagerie et de Neurosciences Cognitives (LINC) (CNRS-UMR 7237) : laboratoire spécialisé en biophysique ainsi que dans le développement de logiciels de traitement de signaux optiques et reconstruction d’images.

Description des travaux menés

Les travaux menés ont consisté à développer principalement une approche temporelle permettant une résolution spatiale de 1mm et un système de détection par photodétecteur multipixels (caméra) à portée temporelle ultra-rapide pour enregistrer les réponses. L’appareil conçu repose à la fois sur une stimulation lumineuse ultra-rapide séquencée, issue de quatre diodes laser émettant dans le proche Infra-Rouge, et sur un système de détection à portée temporelle ultra-courte pour l’enregistrement des réponses.

Premières retombées technologiques et économiques

  • Produits, prototypes, services issus de travaux de R&D :
    • Pour Photonis : fabrication des tubes intensificateurs d’image permettant l’amplification des photons reçus à la sortie de l’objet à visualiser.
    • Pour Telmat : développement de l’interface homme-machine et du logiciel de pilotage de l’ensemble du dispositif.
    • Pour Montena : développement et fabrication du générateur d’impulsions électriques pour piloter le système de détection et montage mécanique de la caméra.
    • Pour l’InESS : fabrication du séquenceur permettant le pilotage des sources lumineuses et le déclenchement de la partie détection.
    • Pour le LINC : développement des modules d’optique d’émission (couplage des diodes laser avec les fibres optiques) et validation expérimentale de la méthode avant une évaluation clinique.
    • Développement d’un système de spectroscopie par imagerie temporelle versatile en tant que prototype.
  • Publications : 3 publications, 4 revues et 1 livre.
  • Conférences, colloques, dont manifestations à l’international : 10.
  • Emplois créés pendant la réalisation du projet : 6 (5 LINC et 1 InESS).

Perspectives

Ce projet a permis de mettre au point un système de spectroscopie par imagerie temporelle versatile. Le système SPIRIT, aujourd’hui opérationnel, est unique dans sa compacité et ses performances. En effet, l’intégration de sources lumineuses est une originalité du système qui facilite sa mise en œuvre grâce à l’utilisation d’un seul logiciel de pilotage et à la manipulation d’un seul appareil. Une utilisation de ce prototype pourrait être envisagée pour le dépistage de maladies ou le guidage de gestes chirurgicaux grâce à la génération d’images indiquant les zones à éviter lors des opérations.

 

Les pôles de compétitivité
DATAR et Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie

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