Cette thèse est consacrée au traitement d’images de bioluminescence chez le petit animal. Ce type d’imagerie, bien qu'utilisé en routine pour la recherche en cancérologie par exemple, présente néanmoins des problèmes liés aux phénomènes de diffusion et d'absorption par les tissus internes à l'animal. Il s'ajoute à cela le bruit du système d'acquisition ainsi que le bruit lié aux rayonnements cosmiques. Ceci influe sur la qualité des images acquises et rend leur exploitation délicate. Le but de cette thèse est de compenser ces effets perturbateurs. Les travaux menés ont abouti à la proposition d’un modèle de formation des images de bioluminescence ainsi qu’à une chaîne de traitement adaptée composée d’une étape de filtrage suivie d’une étape de déconvolution. Après étude de la nature des différents bruits liés à l'acquisition, nous avons mis au point un nouveau filtre médian pour la suppression du bruit impulsionnel aléatoire présent sur les images acquises ; ce filtre représente le premier bloc de la chaîne proposée. Pour l'étape de déconvolution, nous avons mené une étude comparative de différents algorithmes de déconvolution. Cela a conduit à choisir un algorithme de déconvolution aveugle initialisé avec la réponse impulsionnelle estimée du système d'acquisition. Nous avons validé notre approche globale en comparant les résultats à la réalité terrain. Au travers de différents essais cliniques, nous avons montré que le traitement que nous proposons permet une amélioration significative de la mesure des sources bioluminescentes et une meilleure distinction de sources très proches, ce qui représente un apport non négligeable pour les utilisateurs d'images de bioluminescence. / This thesis is devoted to the analysis of bioluminescence images applied to the small animal. This kind of imaging modality is used in cancerology studies. Nevertheless, some problems are related to the diffusion and the absorption of the tissues of the light of internal bioluminescent sources. In addition, system noise and the cosmic rays noise are present. This influences the quality of the images and makes it difficult to analyze. The purpose of this thesis is to overcome these disturbing effects. We first have proposed an image formation model for the bioluminescence images. The processing chain is constituted by a filtering stage followed by a deconvolution stage. We have proposed a new median filter to suppress the random value impulsive noise which corrupts the acquired images; this filter represents the first block of the proposed chain. For the deconvolution stage, we have performed a comparative study of various deconvolution algorithms. It allowed us to choose a blind deconvolution algorithm initialized with the estimated point spread function of the acquisition system. At first, we have validated our global approach by comparing our obtained results with the ground truth. Through various clinical tests, we have shown that the processing chain allows a significant improvement of the spatial resolution and a better distinction of very close tumor sources, what represents considerable contribution for the users of bioluminescence images.

Dans la recherche de thérapie antitumorale de plus en plus innovante, nous avons évalué un traitement local basé sur l’utilisation de plasma froid. Le plasma froid (dans ce cas, <40°C) est un gaz ionisé par un apport d’énergie. Il contient des charges (électrons, ions), des radicaux libres et des molécules excitées. Il peut être généré à l’extrémité de cathéter permettant un traitement locorégional comme le traitement de dysplasie ou encore de tumeurs non résécables. Une activité antitumorale importante du plasma a été mise en évidence in vitro sur diverses lignées tumorales (colorectale, pulmonaire, pancréatique et cérébrale). Par ailleurs les cellules tumorales sont plus sensibles au plasma que les cellules normales. Les ROS générés sont à l’origine des principaux mécanismes d’action du plasma. Ils induisent de nombreux dommages à l’ADN, suivi d’un arrêt du cycle cellulaire conduisant à l’apoptose des cellules. Les études de tolérance ont mis en évidence l’innocuité de faibles doses de plasma sur le tissu traité permettant de définir les doses de plasmas utilisable dans le cadre de traitements antitumoraux. En utilisant des tumeurs xénogreffées en sous cutané et l’imagerie de bioluminescence, une activité antitumorale du plasma froid a été mise en évidence pour la première fois in vivo avec une augmentation de la survie des souris traitées d’environ 60%. Le traitement induit un arrêt de la prolifération tumoral avec une induction d’apoptose dans l’ensemble de la tumeur sans augmenter la surface de nécrose. L’effet antitumoral a également été démontré en utilisant le plasma gun sur un modèle de tumeurs colique et pancréatique en situation orthotopique chez la souris avec une augmentation de la survie (115%) accompagné d’une diminution de la métastasie. Ces résultats obtenues dans une démarche de recherche translationnelle montrent l’intérêt potentiel du plasma comme nouvel agent antitumoral. / In the context of new innovated antitumor treatment discovery, we evaluated the efficacy of a new local treatment based on non-thermal plasma (NTP). NTP is a cold (in this case, <40°C) ionized gas (a ir or noble gas) thanks to an electric discharge. It contains free charges (electrons, ions), free radicals and excited molecules. It can be generated at the end of a catheter allowing a local treatment that is compatible with usual endoscopes for dysplasia or non resecable tumors. We showed that NTP has a significant antitumor effect in vitro on various cell lines including colorectal, pancreatic, lung and brain tumor cells. The major action mechanisms of NTP was linked to a high rate generation of ROS in the vicinity of tumors cells and others plasma components have a minor implications. These ROS induce lethal DNA damages leading to a multiphase cell cycle arrest and finally to apoptosis. In vivo, a good tolerance of plasma treatment was highlighted and NTP treatment parameter was defined. Using subcutaneous xenografts and bioluminescence imaging, we showed a major antitumor effect of plasma in vivo with a 60% increase of mice life span. NTP treatments of tumor induce a tumor cell cycle arrest with a significant apoptosis induction in the whole tumor without increase of necrotic area. This in vivo antitumor effect was also observed with an in situ treatment using plasma gun of colorectal and pancreatic orthotopic tumor xenografts. A significant increase of mice lifespan (115%) was obtained together with a metastasis decrease. These results obtained in translational research showed the potential antitumor activity of NTP as a new type of treatment for cancer treatment.

Thèse de doctorat : Sciences de la vie et de la santé : Tours : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Dans la recherche de thérapie antitumorale de plus en plus innovante, nous avons évalué un traitement local basé sur l'utilisation de plasma froid. Le plasma froid (dans ce cas, <40°C) est un gaz ionisé par un apport d'énergie. Il contient des charges (électrons, ions), des radicaux libres et des molécules excitées. Il peut être généré à l'extrémité de cathéter permettant un traitement locorégional comme le traitement de dysplasie ou encore de tumeurs non résécables. Une activité antitumorale importante du plasma a été mise en évidence in vitro sur diverses lignées tumorales (colorectale, pulmonaire, pancréatique et cérébrale). Par ailleurs les cellules tumorales sont plus sensibles au plasma que les cellules normales. Les ROS générés sont à l'origine des principaux mécanismes d'action du plasma. Ils induisent de nombreux dommages à l'ADN, suivi d'un arrêt du cycle cellulaire conduisant à l'apoptose des cellules. Les études de tolérance ont mis en évidence l'innocuité de faibles doses de plasma sur le tissu traité permettant de définir les doses de plasmas utilisable dans le cadre de traitements antitumoraux. En utilisant des tumeurs xénogreffées en sous cutané et l'imagerie de bioluminescence, une activité antitumorale du plasma froid a été mise en évidence pour la première fois in vivo avec une augmentation de la survie des souris traitées d'environ 60%. Le traitement induit un arrêt de la prolifération tumoral avec une induction d'apoptose dans l'ensemble de la tumeur sans augmenter la surface de nécrose. L'effet antitumoral a également été démontré en utilisant le plasma gun sur un modèle de tumeurs colique et pancréatique en situation orthotopique chez la souris avec une augmentation de la survie (115%) accompagné d'une diminution de la métastasie. Ces résultats obtenues dans une démarche de recherche translationnelle montrent l'intérêt potentiel du plasma comme nouvel agent antitumoral.

Cette thèse est consacrée au traitement d'images de bioluminescence chez le petit animal. Ce type d'imagerie, bien qu'utilisé en routine pour la recherche en cancérologie par exemple, présente néanmoins des problèmes liés aux phénomènes de diffusion et d'absorption par les tissus internes à l'animal. Il s'ajoute à cela le bruit du système d'acquisition ainsi que le bruit lié aux rayonnements cosmiques. Ceci influe sur la qualité des images acquises et rend leur exploitation délicate. Le but de cette thèse est de compenser ces effets perturbateurs. Les travaux menés ont abouti à la proposition d'un modèle de formation des images de bioluminescence ainsi qu'à une chaîne de traitement adaptée composée d'une étape de filtrage suivie d'une étape de déconvolution. Après étude de la nature des différents bruits liés à l'acquisition, nous avons mis au point un nouveau filtre médian pour la suppression du bruit impulsionnel aléatoire présent sur les images acquises ; ce filtre représente le premier bloc de la chaîne proposée. Pour l'étape de déconvolution, nous avons mené une étude comparative de différents algorithmes de déconvolution. Cela a conduit à choisir un algorithme de déconvolution aveugle initialisé avec la réponse impulsionnelle estimée du système d'acquisition. Nous avons validé notre approche globale en comparant les résultats à la réalité terrain. Au travers de différents essais cliniques, nous avons montré que le traitement que nous proposons permet une amélioration significative de la mesure des sources bioluminescentes et une meilleure distinction de sources très proches, ce qui représente un apport non négligeable pour les utilisateurs d'images de bioluminescence.