L'athérosclérose est une maladie progressive qui peut débuter durant l'enfance et s'aggraver en vieillissant. De nos jours, les chercheurs ne l'étudient plus comme une maladie focale caractérisée par des symptômes produits par des sténoses mais plutôt comme une maladie systémique typifiée par des dysfonctions endothéliales et par l'inflammation. La tomographie d'émission par positrons (TEP), utilisée avec le fluorodésoxyglucose (FDG), est une technique d'imagerie non invasive qui fournit des images tomographiques de l'activité glycolytique dans les athéromes. Cette recherche a demandé une étude répétée de la consommation de FDG dans l'aorte et les artères iliaques et fémorales chez des personnes âgées en utilisant l'imagerie TEP-FDG. Ce projet a impliqué trois groupes distincts de sujets âgés. Aussi, il incluait l'utilisation de la rosuvastatine pour le traitement de l'hypercholestérolémie. La technique de la TEP-FDG a permis de détecter une augmentation des niveaux d'inflammation artérielle durant les 12 mois de l'étude. L'analyse quantitative par TEP-FDG serait efficace pour localiser l'inflammation et évaluer sa progression durant le processus de l'athérosclérose.

L'objectif de ce travail consiste à étudier la réponse tumorale à la thérapie photodynamique (TPD), notamment en examinant les mécanismes d'action de 2 photosensibilisateurs utilisés pour cette TPD, à savoir l'Aluminium phtalocyanine tétrasulfonée (AlPcS[indice inférieur 4]), et le Zinc phtalocyanine disulfonée (ZnPcS[indice inférieur 2]). L'étude aborde le problème à travers la modélisation pharmacocinétique décrivant la captation tumorale du [18F]-fluorodésoxyglucose durant la thérapie phtodynamique sur les tumeurs, avec comme objectif de mettre en évidence les phénomènes métaboliques transitoires durant le traitement. La tomographie d'émission par positons, qui est un outil d'imagerie puissant et non invasif permettant d'étudier in vivo les processus biologiques et moléculaires au niveau oncologique, a été combinée à la TPD pour l'évaluation en temps réel de la réponse tumorale. Des travaux antérieurs, mis en oeuvre à travers un protocole qui comporte deux tumeurs dont l'une sera traitée tandis que l'autre a servi de contrôle, ont mis en évidence le potentiel énorme de cette combinaison. En effet, la faisabilité d'utiliser l'imagerie TEP en temps réel avec des infusions continues de FDG a été démontrée afin d'étudier la réponse métabolique tumorale durant la thérapie photodynamique chez un modèle de rongeur. La pertinence de la méthode a notamment été mise en évidence dans l'étude des changements métaboliques transitoires survenant aux niveaux tumoral et systémique pendant et tout de suite après la TPD, particulièrement pour la caractérisation des mécanismes d'action de différents PS. Une simple observation visuelle a permis de noter des différences significatives entre les profils de captation du FDG, dépendamment du PS utilisé. Ces différences offrent une façon rapide de distinguer entre un mécanisme de destruction directe ou indirecte des cellules tumorales et ce, en temps réel. Toutefois, cette approche basée sur des observations et des approximations comporte malheureusement un grand handicap. Elle ne permet pas, en toute rigueur, de prévoir les comportements tumoraux. Ce mémoire propose une approche plus formelle pour étudier les mécanismes d'action des PS à travers une modélisation pharmacocinétique de la réponse tumorale. C'est le modèle pharmacocinétique standard du FDG, modèle compartimental, qui a servi de base à notre étude. En effet, nous avons, dans une première approche, introduit la notion de perturbation pour caractériser l'effet du traitement sur le comportement normal d'une tumeur. Mais cette notion de perturbation a mis en évidence le fait que la courbe sanguine est aussi affectée. En tenant compte de cette réalité, il a fallu recourir à l'analyse factorielle pour pouvoir extraire la courbe sanguine qui servira de fonction d'entrée au modèle. Nous avons supposé que cette perturbation portait sur les constantes de transfert entre les compartiments. Cela a permis de relier l'effet du traitement aux paramètres et surtout a démontré l'inutilité probable de la durée prolongée de l'illumination. Une deuxième approche a consisté à modéliser la tumeur traitée comme un ensemble de deux populations cellulaires. Cela a permis d'abord de prendre en compte la tumeur contrôle du protocole comme une référence, mais surtout d'introduire la notion de survie cellulaire après le traitement.

La maladie veineuse thrombombolique (MVTE), associant thrombose veineuse profonde et embolie pulmonaire, peut être le premier signe d’un cancer jusque-là méconnu. Des études anciennes ont rapporté que 6 à 15% des patients étaient diagnostiqués d’un cancer occulte dans l’année suivant l’épisode de MVTE. L'identification précoce d’un cancer occulte au moment du diagnostic de la MVTE non provoquée est fondamentale car la présence d’un cancer va conditionner la prise en charge du patient, que ce soit au niveau de la thrombose ou du cancer. Actuellement, les recommandations préconisent un dépistage limité du cancer en cas de MVTE non-provoquée, basé sur un examen clinique complet (interrogatoire, examen physique), un bilan biologique de base, une radiographie thoracique ainsi que tous les examens communément admis pour le dépistage du cancer en fonction de l’âge et du sexe du patient (PSA chez les hommes, mammographie et examen gynécologique chez les femmes). La tomographie par émission de positon (TEP) au 18F-fluorodéoxyglucose (FDG) est une technique d’imagerie en pleine expansion depuis les années 2000. Elle est largement utilisée en routine clinique pour la détection des foyers tumoraux, leur bilan d’extension, l’évaluation des traitements ainsi que le bilan de possibles récidives. En revanche, aucune étude n’a aujourd’hui évalué l’intérêt de cette technique dans le dépistage du cancer chez les patients présentant une MVTE non provoquée. Afin de répondre à cette problématique, l’objectif de cette thèse a été spécifiquement d’étudier l’intérêt de la TEP au FDG pour la détection des néoplasies dans le bilan étiologique d’une MVTE non provoquée au travers des résultats de l'étude MVTEP, étude multicentrique randomisée comprenant une stratégie de dépistage limitée associée à une TEP au FDG à une stratégie limitée seule. / Venous thromboembolism (VTE), which encompasses deep vein thrombosis and pulmonary embolism, can occur as the first manifestation of an underlying occult malignancy. Previous studies reported that the incidence of undiagnosed cancer is 6% to 15% in the year following an unprovoked VTE épisode, i.e. VTE not provoked by a major risk factor.In patients with unprovoked VTE, extensive screening for cancer has been proposed in order to diagnose occult malignancy as early as possible in the hope of improving the prognosis. Current guidelines for occult cancer screening in patients with unprovoked VTE recommend limited cancer screening, including of a thorough medical history and physical examination, basic laboratory investigations, chest X-ray, as well as age-specific and gender-specific cancer screening (colon, breast, and prostate) according to national guidelines.18F-Fluorodesoxyglucose Positron Emission Tomography combined with Computed Tomography (FDG PET/CT) is routinely used for the diagnosis and staging of various malignancies. The use of FDG PET/CT might overcome the limitations of previous extensive screening strategies as it involves whole-body imaging using a single, non-invasive test. To date, there has been no formal assessment of the additional value of FDG PET/CT for occult malignancy screening in patients with unprovoked venous thromboembolism.To address this issue, we conducted a multicenter randomised controlled trial comparing a limited screening strategy to a strategy combining limited screening and FDG PET/CT in patients with unprovoked venous thromboembolism, and then assessed the additional value of FDG PET/CT in addition to a limited strategy.

Les pathologies cardio-vasculaires d’origine athéroscléreuse, premières causes de mortalité dans les pays occidentaux, sont insuffisamment prises en charge par les outils de dépistage et de suivi thérapeutique actuels. La Tomographie par Emission de Positons (TEP) est susceptible d’apporter au clinicien des outils puissants pour le diagnostic et le suivi thérapeutique des patients, en particulier grâce au traceur Fluorodésoxyglucose marqué au fluor 18 ([18F]-FDG). Cependant, l’Effet de Volume Partiel (EVP), dû notamment à la résolution spatiale limitée dans les images (plusieurs millimètres) en regard des faibles dimensions (de l’ordre du millimètre) des VOlumes d’Intérêt (VOIs), et les fluctuations statistiques du signal mesuré présentent des défis pour une quantification fiable.Un modèle original de lésion athéromateuse, paramétré par ses dimensions et sa concentration d’activité, a été développé et des simulations Monte-Carlo d’acquisitions TEP au [18F]-FDG de 36 lésions ont été produites. A partir des acquisitions simulées, nous avons montré que le nombre d’itérations des reconstructions itératives, le post-filtrage appliqué et le moyennage dans le VOI,paramètres relevés comme hautement variables dans une revue de la littérature dédiée, peuvent induire des variations des valeurs de fixation mesurées d’un facteur 1.5 à 4. Nous avons montré qu’une modélisation de la réponse du tomographe pouvait réduire le biais de mesure d’environ 10% par rapport au biais mesuré sur une image reconstruite avec un algorithme itératif standard et pour un niveau de bruit comparable. Sur les images reconstruites, nous avons montré que la fixation mesurée reste très biaisée (sous-estimation de plus de 50% du SUV réel) et dépend fortement des dimensions de la lésion à cause de l’EVP. Un contraste minimum de 4 par rapport à l’activité sanguine est nécessaire pour qu’une lésion soit détectée. Sans correction d’EVP, la mesure présente une corrélation faible avec la concentration d’activité, mais est très corrélée à l’activité totale dans la lésion. L’application d’une correction d’EVP fournit une mesure moins sensible à la géométrie de la lésion et plus corrélée à la concentration d’activité mais réduit la corrélation à l’activité totale dans la lésion.En conclusion, nous avons montré que l’intégralité de la fixation du [18F]-FDG dans les lésions athéromateuses inflammatoires totale peut être caractérisée sur les images TEP. Cette estimée ne requiert pas de correction de l’EVP. Lorsque la concentration d’activité dans la lésion est estimée, les mesures sont très biaisées à cause de l’EVP. Ce biais peut être réduit en mesurant le voxel d’intensité maximale, dans les images reconstruites sans post-filtrage avec au moins 80 itérations incluant un modèle de réponse du détecteur. La mise en œuvre d’une correction d’EVP facilite la détection des changements d’activité métabolique indépendamment de changements de dimensions de la zone siègede l’inflammation. Une quantification absolue exacte de la concentration d’activité dans les lésions ne sera possible que via une amélioration substantielle de la résolution spatiale des détecteurs TEP. / Cardiovascular disease is the leading cause of death in western countries. New strategies and tools for diagnosis and therapeutic monitoring need to be developed to manage patients with atherosclerosis, which is one major cause of cardiovascular disease. Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography (FDG-PET) is a powerful imaging technique that can detect at early stages plaques prone to rupture. Yet, Partial Volume Effect (PVE), due to the small lesion dimensions (around 1 mm) with respect to the scanner spatial resolution (around 6 mm full width at half maximum), and statistical variations considerably challenge the precise characterization of plaques from PET images. An original model of atheromatous lesion parameterized by its dimensions and activity concentration, was developed. Thirty six Monte Carlo simulations of FDG-PET acquisitions were produced. Based on the simulations, we showed that the number of iterations in iterative reconstructions, the post filtering of reconstructed images and the quantification method in the Volume Of Interests (VOI) varied sharply in an analysis of the dedicated literature. Changes in one of these parameters only could induce variations by a factor of 1.5 to 4 in the quantitative index. Overall, inflammation remained largely underestimated (> 50% of the real uptake). We demonstrated that modeling the detector response could reduce the bias by 10% of its value in comparison to a standard OSEM recontruction and for an identical level of noise. In reconstructed images, we showed that the measured values depended not only on the real uptake but also on the lesion dimensions because of PVE. A minimum contrast of 4 with respect to blood activity was required for the lesion to be observable. Without PVE correction, the measured values exhibited a correlation with activity concentration but were much more correlated with the total uptake in the lesion. Applying a PVE correction leads to an activity estimate that was less sensitive to the geometry of the lesion. The corrected values were more correlated to the activity concentration and less correlated to the total activity. In conclusion, we showed that the total activity in inflammatory lesions could be assessed in FDG-PET images. This estimate did not require PVE correction. Tracer concentration estimates are largely biased due to PVE, and the bias can be reduced by measuring the maximum voxel in the lesion in images reconstructed with at least 80 iterations and by modeling the detector response. Explicit PVE correction is recommended to detect metabolic changes independent of geometric changes. An accurate estimation of plaque uptake will however require the intrinsic spatial resolution of PET scanners to be improved.

Le suivi continu des substituts tissulaires en développement est crucial afin de comprendre leur évolution au fil du temps. Par contre, la tâche représente tout un défi quand vient le temps d'évaluer des échantillons de grande taille avec les techniques de microscopie. De plus, les méthodes de caractérisation les plus courantes sont fastidieuses et entraînent le sacrifice des cultures. Le développement d'approches de suivi in situ en temps réel, non invasives et non destructives, adaptées aux échantillons non transparents et de grandes tailles, est essentiel dans le domaine du génie tissulaire. Les techniques d'imagerie médicale peuvent répondre à ces besoins sans perturber ni interrompre les cultures en cours. L'hypoThèse de travail de cette Thèse était de démontrer la possibilité d'établir des méthodes d'imagerie in situ, non invasives, non destructives et en temps réel pour le suivi de la viabilité et du métabolisme de cultures tridimensionnelles (3D) de cellules endothéliales dans un gel de fibrine perfusé. Afin d'y arriver, une chambre de culture à perfusion munie de fibres creuses pour la croissance de cellules endothéliales à l'intérieur d'un gel de fibrine a d'abord été conçue. Ensuite, un bioréacteur pulsatif à perfusion apte à assurer la survie et la croissance de cultures 3D in vitro pour le génie tissulaire a été développé et validé. Dans un second temps, les protocoles d'imagerie par tomographie d'émission par positrons (TEP) n'étant pas adaptés aux systèmes de bioréacteurs, il a fallu en développer et valider un en utilisant un radiotraceur bien connu : le [indice supérieur 18]F-fluorodésoxyglucose ([indice supérieur 18]FDG) qui est un marqueur capable de détecter le métabolisme cellulaire. L'imagerie au [indice supérieur 18]FDG d'un bioréacteur permet d'évaluer la perfusion de la culture, de contrôler sa viabilité ainsi que d'estimer la densité cellulaire et le positionnement des structures tissulaires émergentes. Ainsi, les conditions optimales favorisant sa capture par les cellules ont été déterminées au préalable sur des monocouches afin d'optimiser le signal TEP correspondant. Enfin, les paramètres actifs identifiés précédemment ont été mis en application pour le suivi de cultures 3D où les densités cellulaires ont pu être estimées après seulement 12 heures de culture et des structures émergentes décelées dans les gels de fibrine au bout d'une à deux semaines. L'imagerie TEP au FDG est une approche très prometteuse pour effectuer le suivi non destructif de cultures tridimensionnelles en génie tissulaire et pour comprendre l'évolution des tissus en croissance in vitro.