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Thèse CIFRE : Développement et validation d’algorithmes de reconstruction du signal en 3D pour la tomographie de fluorescence dans la seconde fenêtre biologique (SWIR)

13 Juin 2022


Catégorie : Doctorant


Développement et validation d’algorithmes de reconstruction du signal en 3D pour la tomographie de fluorescence dans la seconde fenêtre biologique (SWIR) en vue de la détection de nouveaux agents de contrastes SWIR in vivo dans des modèles murins

Nous proposons un sujet de thèse (financement CIFRE) dans le domaine de la modélisation et du traitement d’image pour l’imagerie biomédicale optique. Cette thèse se place dans le cadre d’un projet collaboratif entre l’Institut Fresnel à Marseille, la plateforme Optimal de l’Institut pour l’Avancée des Biosciences (IAB) à Grenoble, et la société Kaer Labs à Nantes, pour le développement d’un système de tomographie de fluorescence dans la seconde fenêtre biologique. La mission du doctorant sera de développer des algorithmes de reconstruction 3D pour la localisation de sources de fluorescence détectables in vivo dans des modèles murins.

L’imagerie biomédicale optique est une technique d’imagerie non-conventionnelle, en plein essor. La tomographie optique diffuse de fluorescence est une technique d’imagerie non–invasive capable de détecter et de quantifier des sources fluorescentes localisées dans des organes profonds dans des organismes vivants (rongeurs). La technique utilise le rayonnement non ionisant dans la gamme spectrale dite SWIR (shortwave infrared) (de 900 nm à 1700 nm, seconde fenêtre biologique), où les tissus biologiques présentent des coefficients de diffusion plus faibles que dans le domaine visible ou proche infrarouge.

Le projet de thèse porte sur le développement d’un algorithme de reconstruction exploitant les images de fluorescence issues d’un système d’imagerie de fluorescence pour le petit animal similaire à celui décrit dans les publications [1-4] mais dans la gamme spectrale dite “NIR-II” ou “SWIR” (1000 à 1700 nm). Cet algorithme doit: i) s’appuyer sur la résolution numérique d’un modèle de propagation de la lumière apte à prendre en compte les forts niveaux d’absorption et de diffusion des tissus biologiques à ces longueurs d’ondes (Equation de Transfert Radiatif); ii) prendre en compte les caractéristiques techniques instrumentales (géométrie d’acquisition, type de capteur et de source, filtre de fluorescence…). Le candidat pourra s’appuyer sur des travaux préliminaires et des outils numériques déjà implémentés, ainsi que sur l’expertise de l’équipe.

L’algorithme développé sera ensuite mis en œuvre pour la détection de nouveaux agents de contraste SWIR organiques (dérivées de cyanine) et inorganiques (nanoclusters d’or) [5] possédant des fonctions de ciblage de motifs spécifiques du cancer. Le comportement biologique in vivo de ces agents de contraste sera évalué après administration chez la souris. Dans un premier temps leur biodistribution in vivo sera évaluée chez des souris saines puis leur capacité de ciblage tumoral sera évaluée dans des modèles murins de cancer [6].

La thèse se déroulera sur le site de Marseille (Institut Fresnel / CERIMED) pour le développement algorithmique puis sur le site de Grenoble (Plateforme Optimal, IAB) pour les expérimentations in vivo.

Le candidat retenu sera encadré par un directeur de thèse propre à chaque site.

Profil recherché

Les principales compétences requises pour le projet concernent le calcul scientifique (analyse numérique pour les EDP, optimisation, algorithmie, deep learning et HPC), le traitement du signal et des images. La connaissance des modèles physiques serait un plus.

Master en mathématiques appliquées, physique, informatique, traitement d’image ou domaine assimilé.

Il n’est pas demandé de compétences préalables spécifiques en chimie ni en biologie mais le candidat devra être ouvert à la perspective de contribuer à ces expérimentations.

Langages de programmation: C/C++, Python, MATLAB, VTK, des connaissances en CUDA seraient un plus.

Responsable universitaire 1: Anabela Da Silva (DR CNRS), Tel : +33 4 13 94 54 79, Email : anabela.dasilva@fresnel.fr

Equipe de recherche: DiMABio, Institut Fresnel/CERIMED

https://www.fresnel.fr/spip/spip.php?article1085

Adresse : Institut Fresnel, Av Escadrille Normandie-Niémen, 13397 Marseille Cedex 20

Responsable universitaire 2: Xavier Le Guevel (CR CNRS), Tel : +33 4 76 54 95 54, Email : xavier.le-guevel@univ-grenoble-alpes.fr

Equipe de recherche: Thérapie ciblée, diagnostic précoce et imagerie du cancer, Institut pour l’Avancée des Biosciences.

https://iab.univ-grenoble-alpes.fr/

Adresse : Institut pour l’Avancée des Biosciences, INSERM U1209 - CNRS UMR 5309, Allée des Alpes, 38700 La Tronche

Responsable entreprise: Pierre-Alix Dancer (CEO),Entreprise: KAER LABS ,https://www.kaerlabs.com/,Tel: +33 6 77 34 66 44, Email: pierrealix@kaerlabs.com