FR3004807A1 - Methode d'imagerie en luminescence - Google Patents

Abstract

Procédé d'imagerie en luminescence comprenant de fournir une image bidimensionnelle d'un objet (4) à observer luminescent comprenant au moins une source de luminescence interne, ainsi que deux images radio (14') et (16') de l'objet prises par deux sources distinctes (10) et (12) dont les faisceaux se recouvrent partiellement, puis obtenir une image tridimensionnelle personnalisée (42) de l'objet en adaptant un atlas décrivant la morphologie intérieure type tridimensionnelle d'objets similaires aux images radio de cet objet. On détermine finalement un positionnement tridimensionnel de la source de luminescence au sein de l'objet à partir des images bidimensionnelle, tridimensionnelle personnalisée et d'une loi de propagation de la lumière dans l'espace.

Description

Méthode d'imagerie en luminescence La présente invention concerne une méthode d'imagerie 5 en luminescence. Une nécessité croissante dans le domaine de l'imagerie médicale est de pouvoir imager les sujets observés en trois dimensions, détecter, localiser et suivre des entités luminescentes pour dépister des évènements biologiques chez 10 ces sujets. Une difficulté est d'obtenir une information fiable sur la structure interne du sujet à étudier, dans lequel se propage le signal lumineux ultérieurement détecté. 15 Certaines techniques offrent déjà cette possibilité d'imager la structure interne du sujet observé dont le scanner à rayons X mais nécessitent un équipement un peu trop volumineux pour pouvoir être adapté en tant que module à des systèmes complexes. D'autres travaux proposent la 20 modélisation tridimensionnelle de sujets par tomographie en faisant tourner la source et le détecteur de rayons X autour du sujet à imager, une technique d'imagerie qui est difficilement intégrable à un système d'imagerie de luminescence. De plus le scanner étant un système irradiant 25 pour le sujet observé, son utilisation continue pendant un certain laps de temps a un effet négatif ou indésirable, surtout dans le cas de l'imagerie d'une tumeur chez un sujet mammifère par exemple. En effet l'irradiation continue peut influer sur la tumeur que l'on souhaite 30 observer. D'autres techniques d'imagerie mettant en jeu des systèmes moins encombrants et moins irradiants existent mais ne règlent pas la totalité du problème. L'imagerie optique tridimensionnelle par exemple permet de reconstituer le sujet en trois dimensions en combinant l'image optique de quatre vues de l'objet avec un scan du profil de la surface par un projecteur de lumière. Par cette technique il est possible de détecter également simultanément le signal de luminescence. Mais cette technique a comme limite majeure que c'est seulement une vue de la projection à la surface reconstituée du sujet qui peut être obtenue du signal de luminescence de cette façon. Une autre technique proposée par Biospace Lab permet d'obtenir simultanément une reconstitution tridimensionnelle surfacique du sujet à observer via un système de marquage du sujet, et une détection du signal de luminescence émis par le sujet via un détecteur de luminescence. Mais là encore il s'agit d'observer la projection à la surface du sujet du signal de photoluminescence émis. La possibilité de pouvoir identifier en trois dimensions le point source du signal luminescent émis par le sujet observé serait un réel atout pour ces techniques d'imagerie.

A cet effet, l'invention a pour objet une méthode d'imagerie en luminescence comprenant : a) Fournir au moins une image bidimensionnelle de luminescence d'un objet à observer luminescent comprenant au moins une source de luminescence interne, b) Fournir au moins deux images radio obtenues par rayons X de l'objet à observer, prises par deux sources X dont les faisceaux se recouvrent partiellement, c) Obtenir une image tridimensionnelle personnalisée de l'objet en adaptant un atlas décrivant la morphologie 30 intérieure type tridimensionnelle d'objets similaires à l'objet à observer aux images radio, d) Déterminer un positionnement tridimensionnel de la source de luminescence au sein de l'objet à observer à partir de l'image bidimensionnelle de luminescence, de l'image tridimensionnelle personnalisée et d'une loi de propagation de la lumière dans l'espace. Grâce à cette technique on obtient, via un système 5 d'imagerie rayons X couplé à un système de détection de luminescence, la position en trois dimensions de la source du signal luminescent émis par le sujet observé au cours d'acquisitions très rapides avec de faibles doses de rayonnement. Cette technique permet de pallier au problème 10 de l'encombrement lorsque l'on fait simultanément de l'imagerie rayons X et de la détection de luminescence, ou du moins au cours d'une même expérience. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on 15 peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - l'étape c) comprend également l'utilisation d'une position et/ou orientation a priori de l'objet et/ou dans lequel l'atlas comprend une segmentation d'objets 20 similaires en portions anatomiques et dans lequel l'adaptation de l'atlas comprend une segmentation réalisée à partir des images radio et se fait indépendamment pour chaque portion anatomique. - l'image tridimensionnelle personnalisée comprend à la 25 fois une image tridimensionnelle volumique interne de l'objet à observer, et une image tridimensionnelle surfacique externe de l'enveloppe de l'objet à observer. - c) obtenir une image tridimensionnelle personnalisée comprend une adaptation de l'atlas en outre à l'image 30 tridimensionnelle surfacique. - e) fournir l'image tridimensionnelle surfacique à partir d'au moins une image bidimensionnelle de repérage de l'objet à observer. - l'image bidimensionnelle de repérage comprend quatre vues de l'objet à observer obtenues par imagerie optique selon des angles différents, et l'image bidimensionnelle de luminescence comprend quatre vues de la tache de luminescence détectées par le détecteur de luminescence. - f) fournir l'enveloppe volumique par une technique de stereophotométrie. - d) déterminer comprend dl) déterminer le positionnement tridimensionnel de la source à partir d'une loi de propagation de la lumière dans l'air entre un détecteur utilisé pour acquérir l'image bidimensionnelle de luminescence et la surface tridimensionnelle externe de l'objet à observer, et une loi de propagation de la lumière dans l'objet à observer, dans les structures internes entre ladite surface tridimensionnelle externe et la source de luminescence. - c) obtenir comprend identifier des contours de la structure interne de l'objet à observer sur les images radio et adapter l'atlas aux contours de la structure interne. - l'objet à observer est un animal, dans laquelle c) obtenir comprend fournir un atlas décrivant la morphologie d'animaux similaires à l'animal, positionnant les os, les organes et les chairs de l'animal en trois dimensions. - le procédé comprend en outre : f) Fournir un dispositif d'imagerie comprenant un porte échantillon, une source X positionnée successivement en au moins deux positions dirigée vers le porte échantillon, au moins un détecteur X adapté pour détecter un rayonnement X provenant de la source et traversant le porte échantillon, et un détecteur de luminescence, g) Positionner l'objet à observer sur le porte échantillon, h) Acquérir lesdites images radio avec le détecteur X, et l'image bidimensionnelle avec le détecteur de luminescence, - on espace les positions successives de la source X de 1 à 20cm, les faisceaux correspondants à chaque position 5 faisant un angle a de 50 à 900 entre eux, préférentiellement de 5° à 60°. - on positionne le détecteur de luminescence entre les deux positions de la source X. - on utilise le positionnement angulaire de la source pour 10 corréler la distance verticale qui sépare deux points à l'intérieur du petit mammifère avec la distance qui sépare ces points dans le plan du détecteur. - on utilise plusieurs sources X. - on utilise deux détecteurs de luminescence ou plus. 15 - on utilise une technique d'imagerie radio multi-énergies. - on utilise un projecteur de lumière capable d'acquérir le profil de surface de l'objet à observer, fournissant une image tridimensionnelle surfacique de l'objet à observer. - on utilise un système de marquage de l'objet pour fournir 20 une image tridimensionnelle surfacique de l'objet à observer. - on place l'objet à observer sur un système à deux miroirs positionnés en angle l'un par rapport à l'autre. - plusieurs objets sont traités à la fois. 25 L'invention a également pour objet un dispositif d'imagerie combinant un porte-échantillon, au moins deux sources X dirigées vers le porte échantillon issues de deux sources X distinctes ou d'une source X déplaçable entre deux 30 positions, un détecteur permettant de détecter un rayonnement provenant des deux sources X et traversant le porte échantillon, et un détecteur de luminescence capable de détecter un signal luminescent émis par un objet à imager placé sur le porte échantillon.

L'invention a également pour produit un programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées pour mettre en oeuvre un procédé quand il est exécuté sur une machine programmable.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de deux de ses formes de réalisation, données à titre d'exemple non limitatif, en regardant des dessins joints.

Sur les dessins : - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques d'une disposition possible des éléments composant le dispositif d'imagerie. - la figure 3 est une vue schématique des images obtenues 15 pour chaque position de la source de rayons X. - la figure 4 est la représentation schématique de la superposition des deux images radio. - la figure 5 est la représentation schématique de la reconstruction en trois dimensions de la structure interne 20 réelle de l'objet. - les figures 6a, 6b et 6c sont des représentations en coupe transversale de l'objet modèle issu de l'atlas, du modèle réel de l'objet et du recalage de ces modèles l'un sur l'autre, respectivement. 25 - la figure 7 est une vue en coupe latérale de l'objet, des points sources possibles et de leur projection à la surface de l'objet. - la figure 8 est une vue schématique du dispositif d'imagerie incluant un système à deux miroirs. 30 - les figures 9a et 9b sont des représentations schématiques des images obtenues par le dispositif de détection dans le cas d'un système à deux miroirs. - la figure 10 est une vue schématique du dispositif informatique utilisé.

Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. La figure 1 illustre le dispositif expérimental. Le dispositif de détection 6 pourra par exemple être logé dans une enceinte 2. L'enceinte 2 contenant le dispositif de détection et dans laquelle est placé l'objet ici noté 4, peut être rendue hermétique à la lumière (par exemple en fermant la porte 7). Le dispositif de détection sera par exemple adapté pour étudier des objets plutôt petits, pouvant entrer dans l'enceinte 2. L'invention peut être généralisée à tout petit objet. L'objet peut être par exemple un petit animal de laboratoire tel un petit mammifère, tel une souris. C'est le cas particulier du petit mammifère qui sera considéré dans toute la suite de la description. Le petit mammifère sera posé sur un porte échantillon 8' transparent au rayonnement X. Le petit mammifère observé 4 est luminescent. La luminescence peut être de différents types et issue de différents évènements biologiques. Il peut s'agir de bioluminescence qui est une émission spontanée, de fluorescence (en utilisant un marqueur qui génère de la fluorescence par illumination), ou de lumière de Cerenkov (qui est issue d'une réaction nucléaire, émise, détectée pour localiser la réaction). La luminescence émise par le petit mammifère 4 permet notamment de suivre l'activité métabolique d'un de ses organes, par exemple. A titre d'exemple la bioluminescence peut être issue d'une protéine luminescente, pour laquelle code un gène intégré aux gènes de cellules administrées au petit mammifère 4. L'expression de ce gène peut se faire sous l'action ou non d'un promoteur inductible. La densité lumineuse émise localement sera alors représentative de la quantité de protéine produite et donnera une mesure locale possible du niveau d'expression du gène. En particulier s'il est souhaité de vérifier si un gène s'exprime chez ledit petit mammifère il pourra être administré au petit mammifère 4 sous la forme d'une construction contenant ce gène, un gène codant pour une protéine bioluminescente et le promoteur de ce dernier gène. Pour une bonne exactitude de la mesure il est possible de mesurer le signal émis par deux petits mammifères chez qui a été administré le gène codant pour la protéine luminescente, l'un chez qui l'expression du gène sera déclenchée et l'autre chez qui elle ne le sera pas. Un autre exemple de source de lumière pouvant être conjuguée à une entité biocompatible et administrée à un mammifère par exemple serait la luciférase, une enzyme qui lorsqu'elle oxyde la luciférine provoque l'émission d'un photon. L'expérience en question peut également, par exemple, consister à mesurer l'activité musculaire générée par un évènement chez le petit mammifère 4, en détectant la quantité de lumière émise par le couple substrat- photoprotéine coelenterazine-aequorin qui réagit avec une entité chimique complémentaire donnée. L'entité en question est par exemple du calcium approchant la photoproteine aux axones. Puisque de tels évènements ont des signatures temporelles très courtes, il est nécessaire d'acquérir rapidement les informations liées à la réaction. Le système décrit précédemment peut aussi être utilisé pour implémenter une méthode d'imagerie par luminescence ou phosphorescence retardée. Pendant une telle expérience, une molécule adaptée pour émettre de la lumière par phosphorescence durant une durée donnée suffisamment longue de l'ordre de quelques minutes, est illuminée ex-vivo pour déclencher la dite phosphorescence. La molécule est alors introduite dans le petit animal de laboratoire et peut être utilisée comme traceur de lumière. La concentration de cette molécule dans une zone de l'organisme par exemple parce qu'une certaine réaction a eu lieu à cet endroit, et parce que la molécule en question participe à la dite réaction, est détectable par le dispositif précédent et rend possible la caractérisation de la réaction en question quantitativement et qualitativement. Dans tous les cas, la luminescence à détecter provient de l'intérieur de l'échantillon. Par « intérieur » on comprend un emplacement situé à une certaine distance de la surface externe de l'échantillon, par exemple de l'ordre d'un millimètre ou plus. En particulier, il peut s'agir d'un emplacement situé sous la peau du petit mammifère. Le petit mammifère observé 4 pourra rester statique pendant 15 la durée de l'expérience. C'est la raison pour laquelle dans le cas d'un petit mammifère par exemple, il pourra être judicieux d'anesthésier le petit mammifère pendant au moins 10-15s, durée de l'expérience. Un mammifère est considéré comme statique même s'il respire. 20 La partie détection du dispositif se divise en deux sous parties comme illustré sur la figure 2 pour une configuration possible du système de détection, la partie imagerie par rayons X du système (8, 10, 12) et la partie détection de luminescence (14). Le dispositif pourra être 25 complété par un système d'imagerie optique (18) pouvant fournir une image bidimensionnelle de repérage/positionnement 19' du petit mammifère observé 4 comme illustré à la figure 9a dans un cas plus général. Pour réaliser cette expérience de détection, on pourra 30 en option stocker au niveau de la mémoire une position et/ou une orientation macroscopique pour un petit mammifère donné. Cette information, prédéfinie une fois pour toute, ou enregistrée pour chaque expérience, sera utilisée au cours du procédé d'imagerie décrit ci-après. Lorsqu'on met en oeuvre une telle option, il faudra, avant toute expérience repositionner le même type de petit mammifère dans cette même position et/ou orientation macroscopique. Le dispositif d'imagerie ici décrit est un dispositif permettant de prendre une image du petit mammifère 4 émettant de la lumière depuis l'intérieur de son corps. La technique d'imagerie ici proposée est selon un principe de stéréo tomographie à rayons X. C'est une technique qui est basée sur la tomographie. La tomographie est une technique qui permet de reconstruire le volume d'un objet à partir d'une série de mesures déportées à l'extérieur de l'objet. La stéréo tomographie utilise au moins deux sources X, qui peuvent être soit au moins deux sources X distinctes (10) et (12), soit une source X positionnée en au moins deux positions distinctes en deux instants successifs que nous noterons également (10) et (12). Dans tout ce qui suivra nous envisagerons le cas particulier où le petit mammifère est illuminé par deux sources de rayons X distinctes (10) et (12), par soucis de simplification. Cette technique utilise également un détecteur de rayons X tel une plaque détectrice 8. Le petit mammifère à observer 4 est par exemple placé sur la plaque détectrice de rayons X 8, qui constitue le fond de l'enceinte. Les sources de rayons X 10 et 12, illuminent le petit mammifère, leurs projections sur le plan médian du petit mammifère se recouvrant partiellement. La dose d'irradiation reçue par le petit mammifère 4 lors de la prise d'une image radio est de l'ordre de 10pGy à 100pGy. Les sources de rayons X sont par exemple positionnées au-dessus du petit mammifère comme illustré sur la figure 2. La géométrie de positionnement des deux sources de rayons X, notées 10 et 12, peut-être par exemple la suivante : les deux sources 10 et 12 sur un même axe horizontal sont séparées de quelques centimètres. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention les deux sources sont séparés de 1 à 20 cm, les faisceaux faisant un angle a de 5° à 90° entre eux, de préférence de 5° à 60°. Dans un mode particulier de réalisation, on pourra utiliser 5 le positionnement angulaire du faisceau issu de l'une quelconque des sources de rayons X par rapport à la verticale en corrélant la projection de la distance entre deux rayons X quelconques de la source sur un plan à la verticale du petit mammifère avec la projection de cette 10 distance dans le plan du détecteur. On pourra ainsi remonter d'une distance entre deux points images dans le plan du détecteur à la distance verticale séparant ces deux points de l'intérieur du petit mammifère à imager. Les deux radiographies (14' et 16') obtenues par ces deux 15 sources de rayons X (10 et 12), comme illustré sur la figure 3, donneront deux projections de l'objet selon deux angles légèrement différents. On peut envisager d'autres modes de réalisation avec un plus grand nombre de sources et positionnées différemment. Les contours des structures 20 internes dudit petit mammifère 4 pourront ensuite être relevés sur chacune des radiographies comme représenté figure 4, de manière manuelle ou assistée par ordinateur. Pouvoir distinguer la chair des os sur une projection radiographique est parfois difficile. Dans un mode 25 particulier de réalisation de l'invention, une technique multi-énergie est proposée pour interpréter la projection radiographique, et délimiter les chairs et les organes des os, ainsi que délimiter les os exactement lors de la définition des contours. A partir de ces vues 30 radiographiques 14' et 16' et en se guidant des propriétés de projection d'un objet 3D dans un plan fonction de l'angle sous lequel l'observation est faite, on peut proposer une image tridimensionnelle personnalisée 42 de la structure interne réelle du petit mammifère observé 4 comme représenté figure 5. Des atlas répertorient la morphologie d'un certain nombre de mammifères et notamment les structures osseuses et organiques et leurs positionnements relatifs dans le corps de certains mammifères, en donnant notamment par exemple des modèles en trois dimensions volumiques moyens de ces mammifères. En utilisant ces atlas, on pourra comme illustré sur la figure 6, définir une transformation à appliquer à la structure osseuse et organique moyenne 20 d'un petit mammifère du type de notre petit mammifère imagé pour qu'elle corresponde à la reconstitution de la structure osseuse interne 22 du petit mammifère issue de la stéréo tomographie sur les figures 6a et 6b, respectivement.

Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, on pourra utiliser une représentation segmentée de l'atlas pour que le recalage des membres soit plus précis lors de la définition de la transformation à appliquer à la structure osseuse moyenne du petit mammifère pour qu'elle corresponde à la structure osseuse issue de la stéréo tomographie. Dans un tel cas, l'atlas est segmenté par membres (notamment pattes, corps, tête, queue). Les radiographies sont segmentées manuellement ou de manière automatisée selon le même découpage anatomique. Les membres de l'atlas sont recalés sur les membres segmentés des radiographies les uns après des autres. Ceci présente un intérêt car la position de la tête, de la queue, des pattes, est susceptible de varier largement d'une expérience à l'autre. De plus, la déformation du corps (le plus souvent homothétique) est assez différente de celle des membres (le plus souvent une transformation rigide). On utilise ici l'information d'orientation a priori, afin que le système puisse associer la patte avant gauche, par exemple, de l'atlas à la patte avant gauche de l'objet imagé. Les images radiographiques ne sont pas nécessairement segmentées elles-mêmes, et en variante, on pourra segmenter toute image obtenue à partir d'elles, tel que par exemple une représentation tridimensionnelle obtenue à partir d'elles. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, on pourra, comme illustré figure 6c, procéder, au-delà de l'alignement des structures internes osseuses, à un alignement 23 du contour du modèle tridimensionnel volumique moyen correspondant au même type de petit mammifère dans l'atlas avec le contour 2D des images réelles du petit mammifère observé 4. On fait alors d'abord un recalage membre par membre puis une déformation non linéaire pour ajuster les contours. Dans ces conditions nous pouvons déduire une image tridimensionnelle volumique de la morphologie de notre petit mammifère et du positionnement relatif de ses chairs, de ses os et de ses organes. Par exemple, sur la figure 6a, on a représenté schématiquement un os 33 ainsi que deux organes 34 et 35 internes de l'atlas, c'est-à-dire d'un modèle de mammifère correspondant au petit mammifère imagé. La figure 3b représente l'os 33', et les organes 34' et 35' du petit mammifère imagé. A ce stade, leurs positions sont inconnues, et déterminables seulement à partir des images radio. Au cours de l'étape d'adaptation, on déforme et/ou on déplace les modèles d'os 33, d'organes 34 et 35 pour que la projection 37 des modèles, dans le plan du détecteur de rayons X, 8, déplacés ou déformés, s'adapte au mieux aux radiographies 38. Les positions et formes obtenues par les modèles définissent une image tridimensionnelle volumique personnalisée du petit mammifère, proche du petit mammifère réel. Le cas échéant, au cours de ce même procédé, on génère une image tridimensionnelle surfacique de l'enveloppe du petit animal 4. L'image tridimensionnelle surfacique peut être générée de la même manière, à partir d'une enveloppe moyenne 36 de l'atlas, déformée et déplacée pour que sa projection dans le plan des radiographies corresponde aux contours externes des radiographies, ce qui donne une enveloppe tridimensionnelle surfacique personnalisée 36'. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, afin de gagner en précision, il sera également utile d'utiliser comme source d'information une enveloppe tridimensionnelle surfacique obtenue via les images dudit petit mammifère obtenues par le système d'imagerie optique 18. En effet, il peut être difficile d'estimer la surface enveloppe du petit mammifère à partir des seules radiographies. Le système d'imagerie optique 18 peut par exemple être positionné au-dessus de l'objet et utilisé à cet effet. L'enveloppe tridimensionnelle ainsi obtenue peut être alignée avec l'enveloppe tridimensionnelle du modèle volumique moyen du petit mammifère type obtenue via l'atlas, ou s'y substituer. Au cours du procédé d'obtention de l'image tridimensionnelle volumique interne personnalisée, on veille à ce que les organes ne sortent pas du cadre de l'enveloppe tridimensionnelle déterminée précédemment.

Il existe plusieurs moyens de générer une telle enveloppe surfacique tridimensionnelle par imagerie optique. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, l'utilisation d'un projecteur de lumière aide à la reconstruction de l'enveloppe tridimensionnelle surfacique de l'objet observé. Un dispositif projecteur de lumière scanne la surface du petit mammifère pour en donner un profil de surface, soit une enveloppe pour le petit mammifère 4. L'utilisation d'un projecteur de lumière donne une dimension supplémentaire à notre connaissance de la forme du petit mammifère lors de l'utilisation de l'atlas pour reconstituer sa structure interne. On procède à une transformation de l'enveloppe tridimensionnelle type du modèle volumique moyen du petit mammifère à observer pour l'adapter à l'enveloppe tridimensionnelle réelle de notre petit mammifère, obtenue via le projecteur de lumière. Après transformation de la morphologie type obtenue via l'atlas pour s'ajuster à l'enveloppe tridimensionnelle réelle connue de la morphologie du petit mammifère, le dit petit mammifère doit toujours s'intégrer dans l'enveloppe obtenue via le scan. Dans un autre mode particulier de réalisation de l'invention, il sera envisagé d'utiliser un système de marquage du petit mammifère à observer 4 permettant également d'obtenir l'enveloppe tridimensionnelle du petit mammifère observé 4. Une marque est faite sur la surface du petit mammifère 4. La position en trois dimensions de cette marque repérée sur la surface du petit mammifère observé est déterminée à partir de la position bidimensionnelle détectée sur chacune de deux images optiques obtenues. Connaissant la position des détecteurs dans le dispositif, les coordonnées tridimensionnelles des points peuvent être déterminées en stéréoscopie à partir de l'offset, entre les deux images obtenues par chacun des détecteurs, des points sur les deux images, comme en appliquant une des méthodes décrites dans « structure from stereo- a review « , Dhond et al., IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Nov/Dec 1989, Volume 19, Issue 6, pp 1489-1510. Ce calcul permet d'obtenir grossièrement l'enveloppe surfacique tridimensionnelle du petit mammifère 4. Dans un autre mode de réalisation, l'enveloppe volumique pourra être reformée en s'appuyant sur une technique de stéréo photométrie. Il s'agit de varier la direction de l'illumination incidente entre images successives tout en maintenant la direction d'observation. Cette technique fournit suffisamment d'informations pour déterminer l'orientation de la surface à chaque point image. La géométrie du système d'imagerie étant inchangée, la correspondance entre les points images est connue a priori. Le dispositif de détection présente aussi une deuxième partie qui est la partie détectrice de luminescence. Le détecteur de luminescence (telle que la bioluminescence) est prévu pour détecter le flux de lumière émis depuis l'intérieur du corps dudit petit mammifère 4. Par lumière on comprend une onde électromagnétique de longueur d'onde comprise entre 300nm et 1300nm et idéalement même entre 400nm et 900nm. Cette luminescence issue d'une source à l'intérieure du corps du petit animal de laboratoire, irradie de façon isotrope dans l'espace, et doit être détectée. Le dispositif de détection présenté en référence à la figure 2 pour une configuration possible du système de détection comprend au moins un détecteur de luminescence 14 adapté à la détection de l'émission de lumière venant de l'intérieur du petit mammifère observé 4 et qui présente un spectre de luminescence. Il détecte une tache 15 comme illustré à la figure 9b dans un cas plus général. Le détecteur de luminescence 14 est par exemple positionné sur une des faces latérales de l'intérieur de l'enceinte 2 contenant le système de détection. Un tel détecteur est, par exemple, une caméra CCD refroidie (« cooled charge coupled device ») présentant une matrice de pixels disposés en lignes et en colonnes, une caméra CCD intensifiée (ICCD), une caméra CCD multiplicatrice d'électrons (EMCCD, c'est-à-dire une CCD avec multiplication interne), ou autres du même type. Dans cette configuration du système de détection le système d'imagerie optique 18 peut être positionné au-dessus du dit petit mammifère à observer. Le dispositif d'imagerie optique 18 peut être une caméra CCD intensifiée ou conventionnelle présentant un grand nombre de pixels disposés en lignes ou en colonnes, adapté pour détecter une image positionnante de l'échantillon, par exemple. Dans le mode de réalisation donné à titre d'exemple ici, et représenté figure 2, une source lumineuse 17 ajoutée génère une illumination incidente vers la plateforme (par exemple conduite par une fibre optique) afin que le signal lumineux combiné détecté corresponde à une combinaison spectrale du premier signal lumineux (portant l'information de luminescence) et du second signal lumineux (positionnant, correspondant à l'illumination incidente réfléchie par le petit mammifère observé 4). Le signal lumineux combiné est séparé par une lame séparatrice 19, qui sépare les signaux sur la base de leurs longueurs d'onde. Par exemple une telle lame séparatrice 19 peut être un miroir dichroïque ou un miroir de type « miroir chaud » qui sépare le visible de l'infrarouge. Le signal lumineux portant l'information de luminescence est retransmis entièrement vers le détecteur de luminescence 14, tandis que le dispositif d'imagerie optique 18 permettra d'obtenir une ou plusieurs images du petit mammifère observé 4. Afin d'être sûr que seul le signal portant l'information de luminescence atteint le détecteur 14 il est également possible de placer un filtre à l'entrée du détecteur 14, qui est adapté pour empêcher les longueurs d'onde qui ne correspondent pas à ce signal d'atteindre le détecteur 14.

En pratique afin d'être sûr que le signal atteignant le détecteur 14 correspond seulement à la luminescence issue du petit mammifère 4, il faut également que le signal d'auto fluorescence émis par le petit mammifère 4 sous l'effet de la source lumineuse 17 présente une longueur d'onde différente de la longueur d'onde du signal lumineux en question. Dans ce but, il est possible de choisir de travailler avec une source lumineuse 17 qui émet une lumière incidente présentant un spectre adapté. Par exemple il est possible d'utiliser une lumière infrarouge centrée sur une longueur d'onde d'au moins 800nm lorsque le spectre de luminescence présente une longueur d'onde de 700nm ou moins. D'autres variantes sont possibles, lorsque l'illumination 10 est synchronisée avec l'acquisition d'images de lumière émise obtenues en couvrant périodiquement la camera détectant la lumière émise. La source du signal de luminescence 44 est représentée sur 15 la figure 7. Le signal de luminescence émis et détecté par le détecteur de luminescence 14 peut être relocalisé dans un premier temps à la surface du petit mammifère observé tel que représenté sur la figure 7 par les taches 47 ou 48. En effet, si une zone de la surface tridimensionnelle de 20 l'animal est projetée sur le plan du détecteur de luminescence 14, il sera possible de rétro-projeter cette zone sur la surface incurvée du petit mammifère 4 observé en connaissance de l'enveloppe tridimensionnelle du petit mammifère observé 4. Cette transformation peut alors être 25 appliquée à l'image contenant l'information concernant la luminescence, de manière à générer une image surfacique tridimensionnelle de l'émission de luminescence. Pour chaque élément de surface, la densité de lumière émise par cet élément est représentée par le niveau de gris adapté ou 30 de couleur. Pour un pixel sur le détecteur de luminescence de surface AO, la surface de l'objet observé est alors la surface Al, du fait de l'inclinaison surfacique en 3D. Ainsi le signal mesuré pour ce pixel est ajusté pour prendre en compte cette différence. La représentation 3D de la surface de l'animal et l'image tridimensionnelle surfacique de l'image de l'émission de lumière de l'objet peuvent être superposées.

Dans un mode particulier de réalisation de l'invention illustré figure 8, une variante d'obtention de la surface tridimensionnelle du petit mammifère observé 4 ainsi que la localisation à la surface dudit animal du signal de luminescence est présentée. Le petit mammifère est posé sur un porte échantillon 32 placé sur deux miroirs positionnés en angle l'un par rapport à l'autre qui constituent un dispositif de réflexion 28. Comme illustré à la figure 9, le système d'imagerie optique permet d'acquérir quatre vues 18', du petit mammifère à la fois (figure 9a) utiles à la reconstruction de son enveloppe tridimensionnelle, et le détecteur de luminescence 14 permet de détecter simultanément le signal luminescent 15' à la surface du petit mammifère (figure 9b). Le détecteur de luminescence 14 et le système d'imagerie optique 18 sont par exemple positionnés sur la même face de l'intérieur de l'enceinte contenant le système de détection, au-dessus du petit mammifère à observer. Le dispositif de réflexion 28 consiste en une première portion réfléchissante 24 et une seconde portion réfléchissante 26 qui sont séparées par une discontinuité géométrique 30. Par exemple la première et la seconde partie réfléchissante sont des miroirs planaires qui sont placés en angle l'un par rapport à l'autre 30. Par exemple les miroirs plans 24 et 26 s'étendent symétriquement par rapport à un plan vertical P qui s'étend transversalement au plan du dessin. Le plan vertical P traverse la ligne centrale du détecteur 14 et la ligne de jonction des miroirs 24 et 26. Le porte échantillon 32 est destiné à recevoir le petit mammifère à observer 4 dans un volume récepteur d'échantillon A, le centre de celle-ci étant décalé d'une distance L du plan P. La distance L peut être par exemple au moins la moitié de la largeur du petit mammifère à étudier. Typiquement si le petit mammifère à imager est une souris, la largeur à prendre en compte sera d'environ 3cm et la distance L sera d'environ 1.5cm. Plus généralement pour les petits mammifères de ce type de dimensions, la distance L peut être d'au moins 5 mm. Le petit mammifère 4 peut être arbitrairement divisé en quatre portions séparées : une première portion Si fait face au premier miroir 24, une seconde portion S2 fait face au second miroir 26, une quatrième portion S4 fait face au détecteur 14 et une troisième portion S3 est opposée à la portion S4, positionnée entre la première portion Si et la seconde portion S2, faisant face à la fois au premier miroir 24 et au second miroir 26. De la même façon le détecteur 14 peut être divisé en quatre portions qui, de gauche à droite sur la figure 8 sont nommées la première portion D1, la quatrième portion D4, la troisième portion D3 et la seconde portion D2. Les portions détectrices D1, D4, D3 et D2 sont des parties d'un unique détecteur planaire. Un premier signal lumineux LS1 est émis par la première portion Si du petit mammifère 4 et réfléchi par le premier miroir 24 pour atteindre la première portion Dl du détecteur, où il est détecté. Un second signal lumineux LS2 est émis par la seconde portion S2 de l'échantillon 4, est réfléchi par le second miroir 26 et atteint la seconde portion D2 du détecteur où il est détecté. Un troisième signal lumineux LS3 est émis par la troisième portion S3 du petit mammifère 4, est réfléchi à la fois par le premier miroir 24 et le second miroir 26 et atteint la troisième portion D3 du détecteur où il est détecté. Comme on le voit sur la figure 8, le troisième signal lumineux LS3 est obtenu partiellement par réflexion du signal lumineux émis par la troisième portion S3 de l'échantillon d'abord sur le premier miroir 24 puis sur le second miroir 26, et partiellement par la réflexion de la troisième portion S3 d'abord sur le second miroir 26 puis sur le premier miroir 24. Cependant cela dépend de la position initiale et de la taille du petit mammifère 4. Un quatrième signal lumineux LS4 émis par la quatrième portion S4 du petit mammifère à observer 4 atteint la quatrième portion D4 du détecteur sans aucune réflexion sur le premier miroir 24 ou sur le second miroir 26. Il est aussi évident aux vues de la figure 8 que certains points du petit mammifère 4 pourraient être imagés par plus qu'une portion de détecteur 14. Cependant comme illustré les quatre portions Dl, D4, D3 et D2 du détecteur 14 ne se recouvrent pas les unes les autres préférentiellement. Autrement dit, la première portion Dl du détecteur détecte la réflexion R1 du petit mammifère 4 par le premier miroir 24, la seconde portion D2 du détecteur détecte une réflexion R2 du petit mammifère 4 par le second miroir 26 ; la troisième portion D3 du détecteur détecte la réflexion R3 du petit mammifère 4 par à la fois le premier miroir 24 et le second miroir 26, tandis que la quatrième portion D4 du détecteur 14 donne une image directe du petit mammifère 4. A titre d'exemple les dimensions du système sont les suivantes. Le fond de l'enceinte hermétique à la lumière est d'environ 180nm de large. Les miroirs sont placés au-dessus du fond, le point de jonction des miroirs étant 5mm éloigné du fond. Les miroirs forment chacun un angle ag, ad de 45 degrés avec le fond et ont une longueur de 126.71mm.

Le porte échantillon est placé à 83.06 mm au-dessus du fond, et le centre du volume récepteur du petit mammifère est localisé environ 25mm du plan central P du système d'imagerie. La distance entre le porte échantillon et le détecteur 14 est de 445mm.

Le système d'imagerie optique 18 permet d'obtenir simultanément l'image du petit mammifère selon ses quatre faces pour en reconstituer son enveloppe tridimensionnelle. Selon un mode de réalisation, il peut être utile d'appliquer une transformation adaptée aux données détectées, afin de tenir compte du fait que la distance optique entre les détecteurs et les différentes parties du petit mammifère sont différentes. Par exemple dans la géométrie décrite ci-dessus, les images détectées par les portions Dl et D2 du détecteur sont seulement environ 90% de la taille de l'image détectée par la quatrième portion D4. L'image détectée par la troisième portion D3 est environ 80% de la taille de l'image détectée par la quatrième portion D4. Ainsi un élargissement partiel adapté est appliqué à l'image détectée par les deux caméras de manière à ce que les quatre images soient redimensionnées comme si elles avaient été détectées depuis un plan virtuel unique. Les images sont obtenues en appliquant une transformation homothétique différente aux données obtenues sur chaque portion du détecteur 14. La transformation homothétique peut, par exemple, déplacer les pixels d'un facteur homothétique donné, tout en conservant la résolution. Les facteurs homothétiques sont obtenus d'une évaluation du chemin optique du signal lumineux atteignant les portions détectrice respectives. Ces facteurs peuvent être intégrés dans le système informatisé ou calculées périodiquement à partir des positions connues des détecteurs, du support 7 et des dispositifs réfléchissants 24, 26, en particulier si le support 32 est déplaçable verticalement à l'intérieur de l'enceinte. Quatre facteurs différents seront utilisés pour les quatre portions de détecteur différentes. Ensuite les images de luminescence corrigées peuvent être superposées aux images de positionnement corrigées. Cette superposition peut être réalisée directement sur les données détectées, et l'élargissement peut être appliqué directement sur les images superposées. A partir de la projection connue à la surface du petit 5 mammifère du signal de luminescence, il est possible de remonter à la position tridimensionnelle de la source du signal de luminescence au sein du petit mammifère 4 en utilisant les propriétés optiques de la projection d'un signal lumineux sur une surface tridimensionnelle. Ces 10 propriétés seront combinées avec les propriétés de propagation d'ondes optiques dans la matière, selon la transparence des matériaux et leur pouvoir focalisant. Des informations supplémentaires peuvent être déduites de l'interprétation des zones d'ombre et de lumières obtenues 15 par détection. En effet selon la transparence des organes et la propagation de la lumière dans les chairs du petit mammifère, il est possible d'interpréter par exemple une image de luminescence à deux taches qui peut venir de l'arrière d'un organe peu transparent, en se guidant des 20 positions des organes précédemment déterminées comme illustré sur la figure 7 dans le cas d'une source lumineuse 44, à l'origine de deux taches de lumière à la surface du petit mammifère observé 47 et 48, qui peuvent être interprétées comme issues de deux sources à l'intérieur du 25 petit mammifère 45 et 46. On gagne ainsi encore en précision sur le positionnement de la source de luminescence en trois dimensions. Ainsi, sur la figure 7, on a représenté l'image tridimensionnelle personnalisée du petit mammifère observé 30 4, y incluant l'image tridimensionnelle volumique de sa structure interne, et l'image tridimensionnelle surfacique de son enveloppe. Dans un exemple de réalisation, on a rétroprojeté sur la surface tridimensionnelle du petit mammifère le signal luminescent détecté comme deux taches distinctes par le détecteur de luminescence. Le problème est ensuite de trouver l'emplacement le plus probable de la source d'émission de lumière à l'intérieur du petit mammifère. Par exemple, le signal détecté pourrait être émis par deux sources distinctes, ou par une source unique dans le cas où un corps interne de l'animal opaque absorberait une partie du rayonnement lumineux tel que le niveau du signal lumineux au niveau de la surface entre les deux tâches détectées soit inférieur au seuil de détection.

On utilise la connaissance de la structure interne personnalisée du petit mammifère pour déterminer la position la plus probable de la source, ainsi que la connaissance sur des propriétés de propagation de la lumière dans les structures internes. Les propriétés en question sont par exemple la transparence des organes et des chairs du petit mammifère en fonction de la fréquence de l'onde lumineuse, les indices de réfraction, réflexion, transmission de la lumière dans les organes et les chairs dudit petit mammifère. Une base de données liste ces propriétés pour différents types de structure internes, notamment os, chair, et certains organes (poumon, foie,...). Le calculateur détermine les positions internes les plus probables des sources permettant d'obtenir le signal détecté en surface de l'enveloppe tridimensionnelle. En variante, le calculateur détermine ces positions permettant d'obtenir le signal détecté sur le détecteur, en intégrant la loi de propagation entre la surface du petit mammifère et le détecteur de luminescence 14. Le cas présenté ici est un simple cas illustratif, mais le calcul est fait en trois dimensions, pour une multiplicité de sources, et une grande diversité de structures internes simultanément. Pour déterminer les positions les plus probables, le calculateur peut commencer par générer une solution initiale, où les sources sont dans l'alignement des tâches détectées à une distance prédéfinie. Puis le calculateur va améliorer cette solution initiale en déplaçant les sources et en estimant le signal détecté associé en prenant en compte les lois de propagation de la lumière dans la structure interne. Le cas échéant, les sources positionnées sont associées aux organes positionnés à cet endroit dans l'image tridimensionnelle personnalisée volumique du petit mammifère. Ainsi, on peut savoir que le signal lumineux est émis depuis une structure interne donnée. Le positionnement de la source de luminescence en trois dimensions dans le petit mammifère observé est piloté par ordinateur. Le système informatique 64 représenté sur la figure 10 intègre plusieurs sources d'informations qui sont les modèles de reconstruction de petits mammifères 50, les lois de propagation de la lumière dans l'air et dans la matière 54, ainsi que l'image de la luminescence détectée 56, les images obtenues par la tomographie à rayons X 58, l'image bidimensionnelle obtenue pour le repérage optique 66, et toute source d'information complémentaire, pour en déduire la position de la source de luminescence dans le petit mammifère observé en trois dimensions, notée 62.

Claims (23)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'imagerie en luminescence comprenant : a) Fournir au moins une image bidimensionnelles de luminescence (15) d'un objet à observer (4) luminescent comprenant au moins une source de luminescence (44) interne, b) Fournir au moins deux images radio, (14') et (16'), obtenues par rayons X de l'objet 4 à observer, prises par deux sources X dont les faisceaux se recouvrent partiellement (10) et (12), c) Obtenir une image tridimensionnelle personnalisée (42) de l'objet (4) en adaptant un atlas décrivant la morphologie intérieure type tridimensionnelle d'objets similaires à l'objet à observer aux images radio, d) Déterminer un positionnement tridimensionnel de la source de luminescence au sein de l'objet (4) à observer à partir de l'image bidimensionnelle de luminescence (15), de l'image tridimensionnelle personnalisée (42) et d'une loi de propagation de la lumière dans l'espace.
2. 2. Procédé d'imagerie selon la revendication 1, dans lequel l'étape c) comprend également l'utilisation d'une position et/ou orientation a priori de l'objet et/ou dans lequel l'atlas comprend une segmentation d'objets similaires en portions anatomiques et dans lequel l'adaptation de l'atlas comprend une segmentation réalisée à partir des images radio et se fait indépendamment pour chaque portion anatomique.
3. 3. Procédé d'imagerie selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l'image tridimensionnelle personnalisée (42) comprend à la fois une image tridimensionnelle volumique interne de l'objet (4) à observer, et une image tridimensionnelle surfacique externe de l'enveloppe de l'objet (4) à observer.
4. 4. Procédé d'imagerie selon la revendication 3, dans lequel c) obtenir une image tridimensionnelle personnalisée (42) comprend une adaptation de l'atlas en outre à l'image tridimensionnelle surfacique.
5. 5. Procédé d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 3 à 4 comprenant en outre e) fournir l'image tridimensionnelle surfacique à partir d'au moins une image bidimensionnelle de repérage (19') de l'objet (4) à observer.
6. 6. Procédé dans le cadre de la revendication 5 dans lequel l'image bidimensionnelle de repérage (18') comprend quatre vues de l'objet (4) à observer obtenues par imagerie optique selon des angles différents, et l'image bidimensionnelle de luminescence (15') comprend quatre vues de la tache de luminescence détectées par le détecteur de luminescence (14).
7. 7. Procédé d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 comprenant en outre f) fournir l'enveloppe volumique par une technique de stereophotométrie.
8. 8. Procédé d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel d) déterminer comprend dl) déterminer le positionnement tridimensionnel de la source à partir d'une loi de propagation de la lumière dans l'air entre un détecteur (14) utilisé pour acquérir l'image bidimensionnelle de luminescence et la surface tridimensionnelle externe de l'objet (4) à observer, et une loi de propagation de la lumière dans l'objet (4) à observer, dans les structures internes entre ladite surface tridimensionnelle externe et la source de luminescence.
9. 9. Procédé d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel c) obtenir comprend identifier des contours de la structure interne de l'objet(4) à observer sur les images radio (14') et (16') et adapter l'atlas aux contours de la structure interne.
10. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 où l'objet (4) à observer est un animal, dans laquelle c) obtenir comprend fournir un atlas décrivant la morphblogie d'animaux similaires à l'animal, positionnant les os, les organes et les chairs de l'animal en trois dimensions.
11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre : f) Fournir un dispositif d'imagerie comprenant un porte échantillon (8'), une source X positionnée successivement en au moins deux positions (10) et (12) dirigée vers le porte échantillon, au moins un détecteur X (8) adapté pour détecter un rayonnement X provenant de la source et traversant le porte échantillon (8'), et un détecteur de luminescence (14), g) Positionner l'objet (4) à observer sur le porte échantillon (8'), h) Acquérir lesdites images radio (14') et (16') avec le détecteur X (8), et l'image bidimensionnelle avec le détecteur de luminescence (14),
12. 12. Procédé selon la revendication 11 en espaçant les positions successives de la source X (10) et (12) de 1 à 20cm, les faisceaux correspondants à chaque position faisant un angle a de 5° à 900 entre eux, préférentiellement de 5° à 600 .
13. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 et 12 en positionnant le détecteur de luminescence (14) entre les deux positions (10) et (12) de la source X.
14. 14. Procédé selon l'une que/conque des revendications 11 à 13 en utilisant le positionnement angulaire de la source pour corréler la distance verticale qui sépare deux points à l'intérieur du petit mammifère avec la distance qui sépare ces points dans le plan du détecteur.
15. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14 en utilisant plusieurs sources X.
16. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 15 en utilisant deux détecteurs de luminescence ou plus.
17. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 16 en utilisant une technique d'imagerie radio multiénergies.
18. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 17 en utilisant un projecteur de lumière capable d'acquérir le profil de surface de l'objet à observer, fournissant une image tridimensionnelle surfacique de l'objet à observer.
19. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 18 en utilisant un système de marquage de l'objet pour fournir une image tridimensionnelle surfacique de l'objet à observer.
20. 20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 19 eri plaçant l'objet à observer sur un système à deux miroirs (24) et (26) positionnés en angle l'un par rapport à l'autre.
21. 21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 20 où plusieurs objets sont traités à la fois.
22. 22. Dispositif d'imagerie adapté pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 21 combinant un porte-échantillon (8'), au moins deux sources X dirigées vers le porte échantillon (10) et (12) issues de deux sources X distinctes ou d'une source X déplaçable entre deux positions, un détecteur (8) permettant de détecter un rayonnement provenant des deux sources X et traversant le porte échantillon (8'), et un détecteur de luminescence (14) capable de détecter un signal luminescent émis par un objet (4) à imager placé sur le porte échantillon (8').
23. 23. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées pour mettre en oeuvre un procédé selonl'une quelconque des revendications 1 à 10 ou 21, quand il est exécuté sur une machine programmable (64).