Imagerie quantitative et multimodale pour la chirurgie

Quantitative multimodal optical imaging for surgery

• Auteur / Autrice : Luca Baratelli
• Direction : Manuel Flury, Sylvain Gioux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Photonique
• Date : Soutenance le 06/04/2022
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Michele Diana
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antonio Pifferi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Brian W. Pogue, Daniel Elson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dissertation universitaire

Imagerie optique

Chirurgie assistée par ordinateur

Imagerie médicale

Mots clés libres

Imagerie optique diffuse

Imagerie dans le domaine de la fréquence spatiale

Domaine temporel spectroscopie

Endoscopie

Chirurgie guidée par l’image

Apprentissage profond

Diffuse optical imaging

Spatial frequency domain imaging

Time domain spectroscopy

Endoscopic imaging

Image-guided surgery

Deep learning

Résumé

L’obtention d’informations quantitatives lors du guidage chirurgical est encore aujourd’hui un besoin majeur non satisfait. L’objectif de ce projet de thèse est de développer des techniques innovantes d’imagerie optique multimodale en temps réel pour le guidage chirurgical et peu invasif, en fournissant des informations quantitatives sur les paramètres physiologiques fondamentaux d’un certain tissu, comme la saturation en oxygène. Ce travail s’appuie surtout sur la Spatial Frequency Domain Imaging (SFDI) et sur la Single Snapshot Imaging of Optical Properties (SSOP). Un système d’imagerie endoscopique basé sur la SSOP a été conçu et validé sur des étalons imitant des tissus, puis développé en une version portable adaptée aux essais précliniques. Une plateforme de référencement multimodal a également été développée pour la caractérisation spectroscopique des milieux diffusifs. L’instrument combine la SFDI et la Time-resolved Diffuse Optical Spectroscopy (TDOS) pour la mise en œuvre d’une approche de référence croisée dans la quantification des propriétés optiques des tissus.

The lack of quantitative information during surgical guidance is still nowadays a major unmet need. The aim of this thesis project is to develop innovative, real-time multi-modal optical imaging techniques for open and minimally invasive surgical guidance, by providing quantitative information on fundamental physiological parameters of a certain tissue, such as oxygen saturation. This work is largely built on Spatial Frequency Domain Imaging (SFDI) and Single Snapshot Imaging of Optical Properties (SSOP). An endoscopic imaging system based on SSOP was implemented and validated on tissue mimicking phantoms and then further developed into an handheld version adapted for pre-clinical trials. A multi-modal referencing platform was also developed for the spectroscopic characterization of diffusive media. The instrument combines SFDI and Time-resolved Diffuse Optical Spectroscopy (TDOS) for the implementation of a cross-reference approach in the quantification of tissue optical properties.