Spectroscopie de fluorescence et imagerie optique pour l'assistance à la résection de gliomes : conception et caractérisation de systèmes de mesure et modèles de traitement des données associées, sur fantômes et au bloc opératoire - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2017

INTERVENTIONAL IMAGING FOR NEUROSURGERY OF GLIOMAS BASED ON FLUORESCENCE AND OPTICAL SPECTROSCOPY

Spectroscopie de fluorescence et imagerie optique pour l'assistance à la résection de gliomes : conception et caractérisation de systèmes de mesure et modèles de traitement des données associées, sur fantômes et au bloc opératoire

Laure Alston
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 968581

Résumé

Gliomas are infiltrative tumors of the brain which are currently rarely curable, notably because of the difficulty to precisely delimitate their margins during surgery. Intraoperative 5-ALA induced protoporphyrin IX (PpIX) fluorescence microscopy has shown its relevance to assist neurosurgeons but lacks sensitivity. In this thesis, we perform a spectroscopic clinical trial on 10 patients with the assumption that collected fluorescence is a linear combination of the contribution of two states of PpIX whose proportions vary with the density of tumor cells. This work starts with the development of the intraoperative, portable and real-time fluorescence spectroscopic device that provides multi-wavelength excitation. Then we show its use on PpIX phantoms with tissue mimicking properties. This first enables us to obtain a reference emitted spectrum for each state separately and then permits the development of a fitting model to adjust any emitted spectrum as a linear combination of the references in the spectral band 608-637 nm. Next, we present the steps undertaken to obtain approvals for the clinical trial, especially the risk analysis. In vivo data analysis is then presented, showing that we detect fluorescence where current microscopes cannot, which could exhibit a change in PpIX state from glioma center to its margins. Besides, the relevance of multi-wavelength excitation is highlighted as the correlation between the three measured spectra of a same sample decreases with the density of tumor cells. Finally, the complementary need to intraoperatively identify cerebral functional areas is tackled with optical measurements as a perspective and other properties of PpIX on phantoms are also raised.
Les gliomes sont des tumeurs cérébrales infiltrantes difficilement curables, notamment à cause de la difficulté à visualiser toutes les infiltrations tumorales au bloc opératoire. Dans cette thèse, nous réalisons une étude clinique de spectroscopie de fluorescence de la protoporphyrine IX (PpIX) dans les gliomes de 10 patients. Notre hypothèse innovante est que les spectres collectés proviennent de la contribution de deux états de la PpIX dont les proportions varient suivant la densité en cellules tumorales. Après avoir présenté le développement du système interventionnel proposant une excitation multi-longueurs d’onde, nous présentons son utilisation sur fantômes de PpIX mimant les propriétés des gliomes. Cette étude sur fantômes permet tout d’abord d’obtenir les spectres de référence émis par les deux états séparément puis de proposer un modèle d’ajustement des spectres comme une combinaison linéaire de ces deux spectres de référence sur la bande spectrale 608-637 nm. Ensuite, nous présentons la mise en place de l’étude clinique, notamment l’analyse de risques, avant d’appliquer ce système in vivo. Les résultats in vivo montrent que nous détectons de la fluorescence dans des tissus où le microscope chirurgical n’en détecte pas et que ceci pourrait s’expliquer par un changement d’état de la PpIX entre le coeur des gliomes et leurs infiltrations, confirmant la présence et l’importance de ces deux états. Nous montrons par ailleurs l’intérêt de l’excitation multi-longueurs d’onde en montrant que la corrélation des spectres acquis aux trois excitations décroît avec la densité en cellules tumorale. Enfin, nous soulevons des pistes d’étude de l’identification peropératoire des zones de fonctionnalité cérébrale à l’aide d’une caméra optique ainsi que l’étude du temps de vie de fluorescence et de la fluorescence deux photons de la PpIX sur fantômes.
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Identifiants

  • HAL Id : tel-01797625 , version 1

Citer

Laure Alston. Spectroscopie de fluorescence et imagerie optique pour l'assistance à la résection de gliomes : conception et caractérisation de systèmes de mesure et modèles de traitement des données associées, sur fantômes et au bloc opératoire. Imagerie. Université Claude Bernard Lyon 1, 2017. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01797625⟩
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