Micro-imagerie par Micro-TDM et IRM à haut champs pour l’étude anatomique post-mortem du fœtus humain au premier trimestre : vers une utilisation en fœtopathologie.

Micro-Imaging with Micro-CT and High-Field MRI for Post-Mortem Fetal Anatomy in the First Trimester: Advancing Toward Clinical Application

• Auteur / Autrice : Audrey Lamouroux
• Direction : Guillaume Captier, Christophe Goze-bac
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 11/04/2025
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Information, Structures, Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Micro-électronique de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Département Informatique
• Jury : Président / Présidente : Sophie Collardeau-franchon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Captier, Alexandra Benachi, Emmanuel Brun, Christophe Goze-bac, Christophe Fiorio, Gérard Subsol, Owen Arthurs
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandra Benachi, Emmanuel Brun

Mots clés

Mots clés libres

Micro-TDM

Irm

Foetopathologie

Diagnostic prenatal

Post-mortem

Embryologie

Micro-CT

Mri

Post-mortem

Prenatal diagnosis

Autopsy

Embryology

Résumé

En cas de décès fœtal, qu’il soit spontané (fausse couche ou mort in utero) ou provoqué (interruption médicale de grossesse) en raison de malformations congénitales (3,2 % des grossesses), l’autopsie conventionnelle est la référence pour déterminer la cause du décès. Cependant, son caractère invasif peut conduire à un refus parental. Cette thèse explore l’utilisation du micro-TDM (micro-CT, MCT) et de l’IRM à champ élevé (IRM-HF) dans l’imagerie post-mortem du fœtus humain au premier trimestre permettant d’accéder à une anatomie détaillée vers une utilisation en foetopathologie. Cette thèse débute par une revue des connaissances sur l’autopsie moins invasives utilisant de l’imagerie post-mortem (PM) (Simcock IC, Lamouroux A, et al. Less-invasive autopsy for early pregnancy loss. Prenat Diagn. 2023). Les techniques conventionnelles d’imagerie PM (radiographie, scanner, IRM et échographie) offrent une précision limitée avant 20 semaines d'aménorrhée (SA). En revanche, les techniques de micro-imagerie, telles que MCT et IRM-HF (> 3 Tesla), offrent une résolution isotrope < 100 µm, permettant une visualisation détaillée dès le premier trimestre. La partie méthodologique vise à l’optimisation de la préparation des échantillons par l’utilisation de bain de contraste iodé composé d’un rapport équimolaire de paraformaldéhyde à 4 % et de Lugol (avec un contenu total en iode de 63,25 mg/ml) (A. Lamouroux et al. Modelling of staining in post-mortem diffusible iodine-based contrast-enhanced (Dice) micro-CT imaging of non-macerated first-trimester human fetuses, soumis à European radiology experimental). Ce bain iodé diffuse dans la plupart des organes selon un modèle d’exponentielle étirée, hormis dans le foie. La durée optimale de coloration, permettant d’obtenir un ratio contraste sur bruit supérieur à 5 (selon les critères de Rose), dépend de la longueur cranio-caudale (LCC) ou du poids (par exemple, 96h pour un fœtus non macéré avec une LCC de 50 mm ou un poids de 20 g). Dice MCT et l’IRM-HF permettent dans la troisième partie une visualisation précise de l’anatomie fœtale PM dès 8 SA. (Lamouroux A et al. Micro-CT and high-field MRI for studying very early post-mortem human fetal anatomy at 8 weeks of gestation. Prenat Diagn. 2024). Le Dice MCT offre un contraste supérieur à celui de l'IRM-HF pour les fœtus à 8 SA, mais au prix de rétrécissements tissulaires, nécessitant des normes biométriques spécifiques ajustées telles que fournies pour les fœtus à 12 SA. Dice MCT semble plus adaptée aux applications cliniques que l’IRM-HF. La quatrième partie ouvre sur des perspectives d’utilisation du PM-MCT en pratique clinique dans le cadre d’un examen PM moins invasifs. Une large étude clinique portant sur plus de 1000 fœtus non sélectionnés réalisant une autopsie moins invasive utilisant le MCT avec une prise en charge moyenne inférieure à 21 jours (Simcock IC, Lamouroux A et al. Fetal post-mortem imaging using microfocus computed tomography: single centre retrospective clinical experience, soumis à Radiology). Une cause au décès a été identifiée dans 47 % des cas—21 % étant liés au fœtus et 26 % au placenta—tandis que 49 % sont restés inexpliqués, notamment en cas de décès in utero (69 %) et de macération sévère (86 %). La combinaison de l'examen externe (21% de contribution au diagnostic), de l’évaluation placentaire (35%) et de l'imagerie MCT (19%) a conduit à un taux d'évitement d'autopsie de 96 %. En conclusion, bien que l'autopsie conventionnelle reste la référence, son caractère invasif limite son acceptabilité. La Dice MCT avec une préparation optimisée des échantillons et l’IRM-HF permettent une imagerie fœtale haute résolution dès le premier trimestre. L’autopsie moins invasive, combinant de la MCT avec l’examen externe et l’analyse placentaire réduit le recours à l’autopsie en maintenant un taux élevé de consentement parental.

In cases of fetal death, whether spontaneous (miscarriage or in utero death) or induced due to serious conditions (termination of pregnancy) such as congenital malformations (3.2% of pregnancies), conventional autopsy remains the gold standard for determining the cause of death. However, its invasive nature often leads to parental refusal. This thesis aims to explore the use of Micro-CT and High-Field MRI for post-mortem fetal imaging in the first trimester, providing detailed anatomical insights and advancing toward clinical application. This thesis begins by reviewing the current state of less-invasive fetal autopsy (Simcock IC, Lamouroux A, et al. Less-invasive autopsy for early pregnancy loss. Prenat Diagn. 2023 Jun 1;43(7):937–49.). Conventional post-mortem (PM) imaging techniques - radiography, CT, MRI, and ultrasound - offer limited diagnostic accuracy before 20 weeks of gestation (WG). In contrast, advanced micro-imaging techniques, such as micro-CT (MCT) and high-field MRI (HF-MRI) using a magnetic field strength exceeding 3 Tesla provide an isotropic resolution under 100 µm and superior visualization of early pregnancy losses. The second part outlines a methodology for enhancing image quality in MCT imaging by modelling the staining diffusion process and optimizing sample preparation prior to MCT acquisition (Lamouroux A, et al. Modelling of staining in post-mortem diffusible iodine-based contrast enhanced (Dice) micro-CT imaging of non-macerated first-trimester human fetuses submitted in European radiology experimental). Our study examined diffusible iodine-based contrast-enhanced (Dice) staining solution, composed of 4% paraformaldehyde and Lugol's iodine (63.25 mg/ml total iodine content) in a 1:1 ratio. Contrast diffusion follows a stretched exponential model, except in the liver. The optimal staining duration - ensuring a contrast-to-noise ratio exceeding 5 (Rose criterion) – varies by fetal size, such as crown-rump length (CRL) or weight. For instance, a non-macerated fetus with a 50 mm CRL or 20 g weight requires at least 96 hours of staining for optimal contrast. Tailoring staining duration based on fetal size maximizes imaging quality. MCT and HF-MRI are used in the third part to assess critical anatomical structures at 8 and 12 WG (Lamouroux A, et al. Micro-CT and high-field MRI for studying very early post-mortem human fetal anatomy at 8 weeks of gestation. Prenat Diagn. 2024 Jan;44(1):3–14). Dice MCT provided superior contrast compared to MRI at 8 WG, while biometric standards were established at 12 WG to account for tissue shrinkage. Given its higher resolution and diagnostic value, MCT appears better suited for clinical application than HF-MRI. The fourth part offers valuable perspectives on the future integration of PM-MCT into routine clinical practice and less-invasive autopsy. This large-scale clinical study involves over 1,000 fetuses with an average turnaround time of under 21 days (Simcock IC, Lamouroux A, et al. Fetal post-mortem imaging using microfocus computed tomography: single centre retrospective clinical experience, submitted in Radiology). A cause of death was identified in 47% of cases - 21% fetal-related and 26% placental - while 49% remained unexplained, particularly in in utero deaths (69%) and severely macerated cases (86%). Integrated routine external examination (diagnostic contributor in 21% of cases), placental analyses (35%), and MCT imaging (19%) led to a 96% autopsy avoidance rate, in line with parental consent. In conclusion, while conventional autopsy remains the gold standard, its invasiveness often limits acceptance. Less invasive autopsy, using Dice MCT and HF-MRI with optimized sample preparation, enables high-resolution fetal imaging even in early gestation. Combining MCT with external and placental examinations significantly reduced the need for conventional autopsy, while maintaining high parental consent rates.