Exploration de l'anatomie du système nerveux pelvien par tractographie pour l'amélioration de la prise en charge chirurgicale d'enfants atteints de tumeurs et malformations pelviennes

Nervous system exploration using tractography to enhance pelvic surgery in children with tumors and malformations

• Auteur / Autrice : Cécile Muller
• Direction : Isabelle Bloch, Sabine Sarnacki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences et troubles neuronaux
• Date : Soutenance le 04/09/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation (Paris ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Maladies Génétiques (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Nicholas Ayache
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicholas Ayache, Eric Vibert, Guillaume Morel, Hervé Brisse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Vibert, Guillaume Morel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chirurgie assistée par ordinateur

Imagerie tridimensionnelle

malformations

Pelvis

Cancérologie pédiatrique

Radiodiagnostic en pédiatrie

Mots clés libres

Irm

Tractographie

Pediatrie

Tumeurs

Malformations

Pelvis

Mri

Tractography

Pediatrics

Tumors

Malformations

Pelvis

Résumé

La chirurgie pelvienne soulève le problème de la préservation des nerfs qui gèrent les fonctions urinaire, génitale et digestive, en particulier chez les enfants où ces structures peuvent être modifiées par de grosses tumeurs ou des malformations rares. Les résultats fonctionnels et la qualité de vie de ces patients dépendent fortement de l'évaluation de l'anatomie du réseau nerveux pelvien pendant la prise en charge chirurgicale, que ce soit avant, pendant ou après l'opération. Des travaux récents sur la visualisation nerveuse 3D, qui reposent sur des dissections de cadavres ou l'utilisation de sondes détectant des fluorophores se liant à la myéline en peropératoire, ne fournissent pas d'analyse pré-opératoire préliminaire de l'anatomie pelvienne. La neurographie à résonance magnétique elle nécessite une segmentation manuelle fastidieuse des nerfs coupe par coupe. L'IRM de diffusion, associée à des algorithmes de tractographie, est actuellement la seule technique d'exploration in vivo du réseau nerveux sans nécessité de segmentation nerveuse manuelle. Contrairement à l'imagerie cérébrale qui fait l'objet de nombreux travaux de recherche et ce depuis plus de 20 ans, peu d'études se concentrent sur la visualisation des nerfs périphériques par tractographie. En collaboration avec des radiologistes pédiatriques et des chercheurs en traitement d'images de l'école Telecom ParisTech, nous proposons dans cette thèse une méthode d'analyse du réseau nerveux pelvien par tractographie basée sur la segmentation d'organes spécifique du patient. D'abord testée sur des sujets sains, cette méthode est ensuite appliquée à une série de 40 patients pédiatriques présentant des malformations pelviennes et des tumeurs. Des analyses qualitatives et quantitatives des tractogrammes pelviens sont présentées et discutées. En collaboration avec des chercheurs de l'Institut de la Vision, nous présentons également les résultats d'une tentative de validation des résultats de la tractographie par immunohistochimie 3D par microscopie Lightsheet dans un modèle fetal humain. Enfin, nous présentons comment les résultats de la tractographie sont intégrés dans les modèles 3D spécifiques du patient utilisés en pratique clinique.

Pelvic surgery raises the challenge of preservation of nerves that handle, genital and digestive functions, especially in children where these structures can be modified by large tumors or rare malformations. Both functional outcome and quality of life are highly dependent on the appraisal of the pelvic nervous network anatomy during surgical management, either pre-, per, or post-operatively. Recent works on 3D nerve visualization, which rely on cadavers dissections or intra-operative use of probes detecting myelin-binding fluorophores, do not provide preliminary pre-operative analysis of the pelvic nervous anatomy. Magnetic resonance neurography requires a slice by slice manual segmentation of the nerves. MRI diffusion, associated with tractography algorithms, is currently the only technique for in-vivo exploration of the nervous network with no need for manual nerve segmentation. In contrast to brain imaging that is motivated a lot of work, only few studies focus on peripheral nerves visualization. In collaboration with pediatric radiologists and image processing researchers from Telecom ParisTech school, we propose in this thesis a method for pelvic tractography analysis based on patient-specific organ segmentation. First tested on healthy subjects, this method is then applied to a series of 40 pediatric patients presenting pelvic malformations and tumors. Both qualitative and quantitative analysis of pelvic tractograms are presented and discussed. In collaboration with researchers from the Institut de la Vision, we also present the results of an attempt to validate tractography results by Lightsheet microscopy 3D immunochemistry in a human fetal model. Finally, we present how the tractography results are integrated in the 3D patient specific models which are used in clinical practice.