- développement de méthodes d’acquisition. 

En IRM, de nouveaux schémas d’acquisition sont en cours de développement afin d’accélérer les acquisitions tout en préservant le même niveau de détail. Par ailleurs, les hauts-champs permettront d’explorer par IRM d’autres noyaux que celui de l’hydrogène, présents dans l’organisme comme le sodium ou administrés comme agents thérapeutiques à l’instar du lithium utilisé dans les troubles psychiatriques. En TEP, la sensibilité augmentée des caméras numériques permet de développer les acquisitions « corps entier dynamique » particulièrement utiles en pharmacologie. En ultrasons, les techniques d’acquisition ultrarapides (4D) font l’objet de nombreux travaux visant à caractériser simultanément les propriétés biomécaniques et vasculaires des organes in vivo ;

- developpement de nouveaux agents d’imagerie. 

En IRM, l’utilisation des très hauts champs magnétiques impose des recherches sur des nouveaux agents de contraste En TEP, un des principaux enjeux est le développement de nouveaux radiotraceurs, ouvrant la voie à une médecine personnalisée et prédictive. Les activités de recherche s’organisent autour de deux axes : les nouvelles méthodologies de radiomarquage et les nouveaux radiotraceurs pour des cibles d’intérêt en imagerie. Ces activités s’appuient sur une plateforme de fabrication de radiopharmaceutiques unique en Europe qui comporte le système iMiGiNE (1ère plateforme de production de radiopharmaceutiques automatisée miniaturisée) et le laboratoire CaOr (fabrication GMP de préparations pharmaceutiques pour essais cliniques). En ultrasons, les recherches portent sur les agents ultrasonores bimodaux (microbulles couplées à des émetteurs de positons) ;

- traitement des signaux et images. 

En IRM, de nouveaux schémas de reconstruction du signal tirant partie de la parcimonie de son spectre fréquentiel et des techniques d’intelligence artificielle sont en cours de développement. En TEP, la quantification des images nécessite des corrections basées sur les connaissances physiques des rayonnements et de leurs interactions avec les tissus. En outre, pour chaque radiopharmaceutique utilisé, cette quantification nécessite une modélisation compartimentale de sa fixation sur sa cible biologique. D’autres recherches consistent à créer des systèmes de visualisation numérique dédiés à la modélisation de la variabilité entre sujets des caractéristiques observées. La panoplie des modalités d’imagerie à disposition sur les plateformes de l’institut génère de grandes quantités de données multimodales qui nécessitent le développement d’outils de traitement de l’image spécifiques pour en extraire l’information anatomique, fonctionnelle et métabolique. L’institut dispose d’équipes d’experts en traitement de l’image, en mathématiques, en statistiques et en intelligence artificielle qui travaillent actuellement à la constitution d’une plateforme numérique hébergée par le CEA, qui permettra de mettre disposition des équipes de recherche clinique les outils d’investigation des pathologies humaines afin de répondre au besoin de stratification de la population pour in fine développer la médecine personnalisée du futur ;

- intégration multimodalités et multiéchelles. 

La multimodalité, qui consiste à acquérir des images du même sujet au moyen de plusieurs modalités d’imagerie, permet de multiplier les paramètres physico-chimiques mesurés : l’IRM donne accès à des paramètres anatomiques, structurels, et fonctionnels ; les ultrasons fournissent des paramètres anatomiques, biomécaniques et vasculaires ; la TEP permet d’accéder à des paramètres métaboliques, biochimiques et moléculaires. L’institut conduit des travaux originaux en bi-modalité TEP/IRM (utilisation des signaux IRM pour améliorer la qualité des images TEP, combinaison des signaux IRM et TEP dynamiques pour localiser les foyers épileptogènes ou pour prédire la réponse thérapeutique en cancérologie…). Le développement de la trimodalité TEP/IRM/US constitue un autre défi technologique relevé par les équipes de l’institut. Enfin, la combinaison de l’imagerie médicale et de l’imagerie optique ouvre des perspectives originales en neurosciences comme en cancérologie. En neurosciences, les méthodes microscopiques (microscopes 2- et 3-photons) fournissent des informations à l’échelle des neurones isolés, très complémentaires des informations obtenues à l’échelle du millimètre par l’imagerie médicale. En oncologie, la combinaison des ultrasons et de l’optique (« acousto-optique ») permet de faire de l’imagerie optique dans les tissus en profondeur, afin de détecter les lésions tumorales. Des algorithmes dédiés sont développés pour relier les données obtenues par ces différentes méthodes, aux échelles différentes.