Imagerie optique multispectrale en temps-réel pour la chirurgie

Multispectral optical imaging in real-time for surgery

• Auteur / Autrice : Silvère Ségaud
• Direction : Sylvain Lecler, Sylvain Gioux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique, 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 : Walter Blondel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexander L. Vahrmeijer, Michele Diana
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Walter Blondel, Eric Vibert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie médicale

Chirurgie assistée par ordinateur

Mots clés libres

Chirurgie guidée par l’image

Imagerie d’oxygénation

Imagerie de fluorescence

Translation clinique

Spatial Frequency Domain Imaging

Optique diffuse

Image-guided surgery

Oxygenation imaging

Fluorescence imaging

Clinical translation

Patial Frequency Domain Imaging

Diffuse optical imaging

Résumé

Le développent technologique des salles d’opérations a accéléré de manière spectaculaire ces dernières années. Cependant, la capacité des praticiens à différencier les tissus sains des tissus malsains à travers le champ chirurgical est principalement basée sur leur propre perception et expérience. Ceci est pourtant d’une importance majeure en chirurgie oncologique, tant pour la résection de tumeurs que pour les actes de reconstruction. C’est pourquoi la capacité d’évaluer le statut des tissus biologiques à travers des zones étendues en temps réel est cruciale. Le manque d’outils permettant l’évaluation de la viabilité des tissus biologique dans un contexte intra opératoire a été la motivation principale de ce projet. Un prototype d’imageur multimodal clinique a été développé pour l’imagerie d’oxygénation et de fluorescence en temps-réel. La capacité de la plateforme à quantifier l’ischémie a été démontrée lors de tests précliniques, par comparaison avec les méthodes standards. Le caractère multimodal de la plateforme d’imagerie a été exploité pour combiner l’imagerie endogène mesurant les propriétés optiques des tissus et l’imagerie exogène par fluorescence, dans le cadre de la chirurgie du cancer. Une méthode de quantification a été employée lors d’essais précliniques sur des modèles de cancers colorectaux et pancréatiques, mettant en évidence les défaillances de l’imagerie de fluorescence conventionnelle.

The deployment of technology in operating rooms dramatically accelerated over the last decades. More precisely, the surgeons’ ability to distinguish healthy from diseased tissues is still mostly based on their own subjective perception. As tissue status assessment is of upmost importance in oncologic surgery, both for tumor resection and reconstruction procedures, the ability to assess the tissues intraoperatively and in real-time over a large field is crucial for surgical act guidance. The lack of tools for biological intraoperative tissue status assessment has been the main source of motivation for this thesis work. A clinically-compatible imaging platform has been developed for oxygenation and fluorescence imaging in real-time. The capability of the platform to detect and quantify ischemia has been demonstrated through preclinical trials, by comparison with standard of care methods. Furthermore, the multimodal nature of the developed imaging device has been exploited by combining endogenous imaging of optical properties with exogenous fluorescence imaging, in the context of oncologic surgery. A fluorescence quantification technique was validated in preclinical trials with colorectal and pancreatic cancer models, highlighting the limitations of conventional fluorescence imaging.