Tissue database of autofluorescence response to improve intra-operative diagnosis of primitive brain tumors

par Fanny Poulon

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Darine Abi Haidar.

Soutenue le 26-09-2018

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Imagerie et modélisation en neurobiologie et cancérologie (Orsay, Essonne ; 2006-....) (laboratoire) , Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) , Synchrotron SOLEIL (laboratoire) et de Hôpital psychiatrique Sainte-Anne (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Fabienne Mérola.

Le jury était composé de Darine Abi Haidar, Fabienne Mérola, Huikai Xie, Jürgen Popp, Eva Compérat, Frédéric Jamme.

Les rapporteurs étaient Huikai Xie, Jürgen Popp.

  • Titre traduit

    Base de données sur le signal d'autofluorescence des tissus pour améliorer le diagnostic per-opératoire des tumeurs cérébrales


  • Résumé

    Le premier traitement standard pour les tumeurs cérébrales est la résection chirurgicale. Dans cette procédure un enjeu important demeure, l'identification des berges tumorales pour assurer une résection totale et éviter le risque de récidive pour le patient. A ce jour aucune technique d'imagerie peropératoire est capable de résoudre l'infiltration tumorale du tissu sain. La norme pour le diagnostic des berges tumorales est l'analyse histologique des biopsies. Une méthode ex vivo qui requiert un à plusieurs jours pour fournir ler apport pathologique final, un lapse de temps qui peut s'avérer fatal pour le patient. La microscopie optique a récemment été développer vers une utilisation clinique peropératoire pour répondre à cet enjeu. Dans travail, la technique de microscopie à deux-photons a été préférée pouressayer de répondre à cette problématique. Cette méthode donne accès à deux contrastes d'imagerie, la génération de seconde harmonique et l’émission de fluorescence, qui peuvent être combinés à des mesures quantitatives, tel que la spectroscopie et le temps de vie de fluorescence. Combiner ces quatre modalités de détection donnera une information complète sur la structure et le métabolisme de la région observée. Pour soutenir le développement technique vers une sonde endomicroscopique visant une utilisation peropératoire, les données en résultants doivent être fiables, et se montrer d'un intérêt pour le chirurgien. Par conséquent, une base de données sur le signal d'autofluorescence des tissus a été construite et présentée dans ce manuscrit, avec des algorithmes capables de discriminer de façon fiable les régions tumorales des régions saines. Des algorithmes qui ont montré le potentiel d'être automatisé dans une configuration clinique, afin de fournir une réponse en temps-réel au chirurgien.


  • Résumé

    The first standard approach for brain tumor treatment is the surgical resection. In this protocol an important challenge remains, the identification of tumor margins to ensure a complete resection and avoid risk of tumor recurrence. Nowadays no intra-operative means of contrast are able to resolve infiltrated regions from healthy tissue. The standard for tumor margin diagnosis is the histological analysis of biopsies. An ex vivo method that requires one to several days to issue a final pathological reports, a time lapse that could be fatal to the patient. Optical microscopy have recently been developed towards an intra-operative clinical use to answer this challenge. In this work, the technique of two-photon microscopy based on the autofluorescence of tissue have been favored. This technique gives access to two imaging contrasts, the second-harmonic generation and emission of fluorescence, and can be combined to quantitative measurements, such as spectroscopy and fluorescence lifetime. The combination of these four modalities of detection will give a complete structural and metabolic information on the observed region. To support the technical development towards an endomicroscopic probe, the resulted data have to be reliable and proved to be of interest for the surgeon. Consequently, an extensive database of the autofluorescence response of brain tumor tissue have been constructed and presented in this manuscript, with algorithms able to discriminate with reliability tumoral from healthy regions. Algorithms that have shown potential to be automatized in a clinical setting, in order to give a real-time answer to the surgeons.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 01-11-2019


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