Recherche et développement à l'Université du Michigan
L'U-M s'appuie sur la gamme de produits Phoenix pour sa R&D
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L'Université du Michigan (U-M) mène une grande variété de recherches, allant de l'étude des résultats de santé à la recherche visant à améliorer la qualité des implants. L'ensemble des activités de recherche de la faculté de médecine de l'université est supervisé, en partie, par le doyen associé pour la recherche, Karl Jepsen, PhD. Il est également professeur de chirurgie orthopédique à l'U-M. L'un des domaines d'intérêt de son laboratoire est donc de mieux comprendre comment le système squelettique établit sa fonction pendant la croissance et la maintient tout au long du processus de vieillissement afin de prévenir la fragilité osseuse : de l'ostéoporose à la scoliose, en passant par la fragilité pédiatrique et les fractures dues à l'effort. Outre la recherche interne, le Dr Jepsen propose également les installations, l'équipement et l'expertise de son laboratoire à l'ensemble de la communauté des chercheurs. Les partenaires de coopération comprennent d'autres instituts médicaux et de recherche comme Harvard, Yale et l'Ohio State University, mais aussi le ministère américain de la défense.
La quasi-totalité de cette recherche (95 %) est effectuée ex vivo, ce qui permet d'utiliser les technologies microCT et nanoCT à des kilovoltages plus élevés pour obtenir la meilleure résolution possible. Au-delà de l'utilisation traditionnelle de la technologie CT pour scanner les os et autres tissus minéralisés, les efforts de recherche actuels utilisent également la CT pour étudier les tissus mous et les vaisseaux sanguins pour lesquels une détectabilité plus détaillée dans des régions d'intérêt aussi petites que 5 microns et moins est nécessaire. Cet éventail très large de la recherche à l'U-M nécessite donc un équipement et des méthodes d'analyse flexibles qui peuvent rapidement s'adapter aux différents défis et besoins des travaux du laboratoire et des travaux sous-traités.
En résumé, les trois principaux défis auxquels le laboratoire de recherche en tomographie de l'université est confronté sont les suivants :
- des volumes élevés d'échantillons qui doivent être scannés dans des délais courts
- Diverses exigences en matière d'analyse qui doivent être couvertes par le même équipement
- Échantillons complexes nécessitant une détection détaillée pour obtenir les informations nécessaires.
Pour relever ces défis, Karl Jepsen déploie depuis longtemps des systèmes de tomographie assistée par ordinateur de Waygate Technologies dans son laboratoire.
"Nous devons nous doter d'équipements de pointe afin de pouvoir repousser les limites de la recherche fondamentale et d'être compétitifs pour l'obtention de fonds fédéraux, ce qui nous permet de financer en grande partie notre entreprise. Pour ce faire, nous avons besoin d'un système de tomodensitométrie qui combine la capacité de traiter de grands volumes d'échantillons avec une détection très détaillée et une large gamme de puissance de pénétration allant de la nanofocalisation à la microfocalisation pour s'adapter à n'importe quelle tâche avec une grande souplesse, ce qui est crucial pour nous. C'est ce que nous avons trouvé dans les systèmes de tomodensitométrie Phoenix de Waygate Technologies".
Pour acquérir rapidement des images de haute résolution et surpasser les autres groupes de recherche, l'équipe de Karl Jepsen a déployé un Phoenix Nanotom S ainsi qu'un Nanotom M. Le Phoenix Nanotom S, lancé en 2005, a été le premier système de recherche nanoCT®. Plus important encore, la technologie nanoCT® de la gamme de produits Phoenix ouvre de nouveaux domaines d'exploration. Au-delà des os et des implants, le domaine s'oriente vers l'examen des tissus mous, non minéraux, tels que les tissus vasculaires ou cardiaques. Avec la microtomographie classique pour les échantillons à forte absorption tels que les os de grande taille, l'imagerie ne peut toutefois pas descendre en dessous de 6 microns, ce qui n'est pas suffisant pour les chercheurs qui souhaitent avoir la possibilité de scanner également de petits échantillons à faible absorption avec la plus grande détectabilité des détails afin de pouvoir quantifier les petites structures qui s'y trouvent. Le Phoenix Nanotom M a été encore optimisé en vue d'une plus grande flexibilité pour un plus grand nombre d'échantillons et d'applications et d'une bien meilleure résolution spatiale et de contraste. Le tube à rayons X de 180 kV / 20 W déployé dans les deux systèmes offre plusieurs modes de fonctionnement, de la nanoCT à la microCT haute puissance.
L'excellente détectabilité des détails jusqu'à 200 nanomètres des systèmes nanoCT de Waygate Technologies est également précieuse pour les recherches et les échantillons plus traditionnels. Dans la recherche pédiatrique que mène l'U-M sur la croissance osseuse, par exemple, les scans microCT de pointe des petits os post-natals de souris ne fournissaient pas d'images quantifiables. Le Phoenix Nanotom M a toutefois permis aux chercheurs de quantifier les os à partir de la naissance.
Karl Jepsen trouve de multiples avantages aux tubes à rayons X nanofocus : "La différence de qualité entre un système microCT et le Nanotom est énorme, même si l'on regarde une image de même résolution. C'est là que d'autres chercheurs dans ce domaine ont besoin d'être sensibilisés à la valeur de cette technologie. Même à une résolution inférieure, la détection des caractéristiques est nettement améliorée".
Dans son étude sur l'ostéoporose, l'examen de la porosité en fonction de l'âge est essentiel. Pour obtenir les informations nécessaires sur cet aspect, le laboratoire doit examiner les fémurs proximaux humains en une seule image. Avec le Nanotom ou le V|tome|x de Waygate Technologies, il est possible d'obtenir une coupe transversale du fémur humain à une résolution de 5 à 10 microns. La qualité haute résolution de ces images offre de nouvelles perspectives et permet aux chercheurs de commencer à poser de nouvelles questions de suivi, ce qui leur permet de progresser dans leurs recherches et d'obtenir de nouvelles subventions.
De même, les recherches du laboratoire sur la scoliose portent sur les tiges d'explantation qui ont été implantées chez des enfants et des adolescents pendant 3 à 4 ans à des fins de stabilisation. Comme les tiges sont soumises à la structure osseuse en croissance des enfants, on s'inquiète de l'accumulation de débris. Il est donc essentiel d'étudier les explants de manière non invasive pour garantir que les débris détectés n'ont pas été causés par l'ouverture de l'implant. C'est possible grâce à la tomodensitométrie à haute résolution et à la technologie nanoCT, qui offre une qualité d'imagerie optimale.
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Une technologie supérieure de détection et d'imagerie peut également répondre à un autre défi de l'U-M : Le volume. Les scans d'une section transversale entière du fémur, par exemple, prennent généralement de quatre à huit heures. Avec le Phoenix V|tome|x M par exemple, le laboratoire pourrait réduire le temps de scannage à une ou deux heures. Dans le cas des tissus mous, le temps est essentiel car le temps de numérisation est généralement encore plus long et il est difficile de maintenir un appareil stable pendant des périodes de numérisation pouvant aller jusqu'à 46 heures afin de ne pas perdre la résolution en raison des vibrations ou des mouvements thermiques. Dans de tels cas, lorsqu'il est impossible d'éviter de légers flous de mouvement, une puissance et une résolution élevées ainsi que des détecteurs à haute dynamique deviennent essentiels.
En particulier dans le cadre d'un contrat, la gestion de volumes importants se traduit par des revenus directs. L'augmentation de la capacité de production permet au laboratoire d'offrir davantage de services en gros aux chercheurs externes et de générer plus de revenus. La demande pour le service "plug-and-chug" est élevée. "Les gens viennent avec 200 os et veulent qu'ils soient scannés dès demain", explique M. Jepsen. Obtenir la qualité requise à des vitesses rapides est le "Saint-Graal de la recherche", comme l'appelle Jepsen. La solution souhaitée pour le laboratoire de l'U-M est un Phoenix V|tome|x M de Waygate Technologies, qui comprend deux tubes à rayons X que l'on peut changer en appuyant simplement sur un bouton : Pour les scans à haute résolution, un tube nanofocus de 180 kV / 20 W comme dans le Nanotom, et pour les scans microCT à haute puissance d'échantillons plus grands ou à forte absorption, un tube à rayons X microfocus de 300 kV / 500 W : "Avec cette combinaison de deux tubes, nous pouvons faire les deux, microCT, ce qui est plus que suffisant pour les explants, puis nous pouvons passer au tube nanofocus pour les études vasculaires, parce que celles-ci nécessitent de descendre jusqu'à 5 microns.