Optimisation des thérapies intra-artérielles guidées par l'imagerie des cancers primitifs du foie : Impact des nouvelles techniques d'imagerie interventionnelle dans le ciblage tumoral

par Haytham Derbel

Projet de thèse en Pathologie et recherche clinique

Sous la direction de Hicham Kobeiter.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2015-....) , en partenariat avec Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil) (laboratoire) et de Eq 18 - Virologie moléculaire et immunologie - Physiopathologie et thérapeutique des hépatites virales chroniques (equipe de recherche) depuis le 03-12-2018 .


  • Résumé

    Cette thèse d'université s'inscrit dans la continuité de mon travail de Master 2 de science (Signaux et images en médecine, obtenu en septembre 2016 de l'UPEC) qui a porté sur l'évaluation de la précision et de la reproductibilité de nouveaux algorithmes de guidage tridimensionnel pour les thérapies intra-artérielles (TIA) des cancers primitifs du foie (Derbel et al. Accuracy of a Cone-Beam CT Virtual Parenchymal Perfusion Algorithm for Liver Cancer Targeting during Intra-arterial Therapy, J Vasc Interv Radiol. 2018 Feb;29(2):254-261.e2. doi: 10.1016/j.jvir.2017.08.023). Elle s'intègre dans une thématique globale de recherche au sein de l'équipe hospitalo-universitaire du service d'imagerie médicale du CHU Henri Mondor et en particulier de l'unité de radiologie interventionnelle oncologique et vasculaire. Les travaux sur cette thématique ont été initiés par le Pr Hicham Kobeiter, PUPH dans le service, directeur de la thèse suivis de ceux du Dr Vania Tacher, MCU-PH dans le service, encadrant de cette thèse, et ont essentiellement porté sur l'optimisation du guidage tridimensionnel dans la radiologie interventionnelle oncologique et vasculaire. L'ensemble de ces projets de recherche s'intègre dans le cadre de partenariat de recherche avec la société Philips Healthcare et qui ont été l'objet de trois Masters de sciences (Dr M. Chiaradia, Dr V. Tacher et moi), d'une thèse de science (Dr V. Tacher) ainsi qu'une vingtaine de publications. Ces travaux ont été aussi fait en collaboration avec d'autres centres comme l'Hôpital Johns Hopkins et le NIH aux États-Unis. L'efficacité des TIA dépend de plusieurs facteurs et principalement de la précision du ciblage tumoral. En effet, un guidage précis lors de la navigation intra-artérielle hépatique permet une concentration plus importante de l'agent thérapeutique au niveau de la cible tumorale et une meilleure épargne du parenchyme non tumoral. L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'impact sur la réponse tumorale et sur la survie des patients des nouvelles techniques d'imagerie et des algorithmes de détection automatique des vaisseaux nourriciers dans l'optimisation des TIA. La thèse sera répartie en deux chapitres principaux suivis d'études cliniques ancillaires. Le premier chapitre portera sur l'optimisation instrumentale des outils de guidage tridimensionnel. Les trois premières études de cette partie viseront à évaluer la précision et la reproductibilité d'un nouvel algorithme de perfusion parenchymateuse virtuelle (VPP) développé par l'équipe de recherche de Philips Healthcare (Medysis, Suresnes, France) permettant de prédire les territoires artériels hépatiques et de cibler les tumeurs hépatiques lors des TIA. Ce logiciel sera évalué par rapport à celui qui est utilisé en pratique clinique (EmboGuide) développé par le même constructeur. Dans ce même chapitre, on visera à développer un système d'intelligence artificielle visant à reconnaitre dans un premier temps le modèle anatomique artériel du foie (en se basant sur les scanners pré-thérapeutiques), puis dans un deuxième temps à identifier automatiquement la position optimale du microcathéter pour la délivrance du traitement sur les cone-beam CT (CBCT) per-interventions. Ce système d'intelligence artificielle fera l'objet d'un brevet avec une collaboration industrielle. Le deuxième chapitre de la thèse aura pour objectif principal l'évaluation clinique des nouveaux algorithmes décrits dans la première partie avec deux principales études cliniques : Une première étude prospective randomisée qui comparera le nouveau logiciel VPP au logiciel EmboGuide dans les chimioembolisations hépatiques en termes de survie globale, de réponse tumorale, d'exposition en rayons X et de quantité de contraste utilisée. Cette étude comparera deux groupes de patients chez qui sera appliqué de façon randomisée soit le logiciel VPP soit le logiciel EmboGuide. La deuxième étude visera à déterminer une marge de sécurité péri-tumorale minimale à respecter lors des radioembolisations hépatiques (TARE) pour garantir une réponse tumorale optimale. Ce critère sera extrait sur les IRM de surveillance post-radioembolisation hépatiques en comparant deux groupes de patients répondeurs et non-répondeurs. Durant la réalisation de la thèse, un co-encadrement d'internes en imagerie médicale et d'étudiants en M2 (Dr C. Touloupas et Dr M. Krichen) dans des sujets de recherche émanant du sujet principal de la thèse sont prévus.

  • Titre traduit

    Optimization of image guided intra-arterial therapies of primitive liver cancers: impact of new interventional imaging on the targeting


  • Résumé

    This PhD thesis is a logic continuation of my Master of Science (medical images treatment, obtained in September 2016 from the university of Paris-Est Creteil). My Master subject was the evaluation of the accuracy and reproducibility of a new three-dimensional guidance algorithms for intra-arterial therapies (IAT) of primitive liver cancers (Derbel et al. Accuracy of a Cone-Beam CT Virtual Parenchymal Perfusion Algorithm for Liver Cancer Targeting during Intra-arterial Therapy, J Vasc Interv Radiol. 2018 Feb;29(2):254-261.e2. doi: 10.1016/j.jvir.2017.08.023). This project was part of the global research project within the academic and clinical team (oncology and vascular interventional radiology unit, Medical Imaging Department of Henri-Mondor University Hospital), including the researches of Professor Hicham Kobeiter and the Dr. Vania Tacher, director and supervisor of this PhD thesis, respectively. Their researches focused on the optimization of three-dimensional guidance in oncological and vascular interventional radiology. This project is part of a research partnership with the Philips Healthcare R & D team which resulted in three Master of science (Dr M. Chiaradia, Dr V. Tacher and me), a PhD thesis (Dr V. Tacher) and about twenty publications The effectiveness of IAT depends on several factors and mainly the accuracy of tumor targeting. Indeed, accurate guidance of the hepatic intra-arterial navigation allows greater concentration of the therapeutic agent in the tumor and a better saving of the non-tumoral parenchyma. The objective of this thesis is to evaluate the impact on tumor response and patient survival of new imaging techniques and algorithms for feeder automatic detection in the optimization of IAT. The thesis will be divided into two main chapters followed by ancillary clinical studies. The first chapter will focus on instrumental optimization of three-dimensional guidance tools. The first three studies in this section will evaluate the accuracy and reproducibility of a new virtual parenchymal perfusion (VPP) algorithm developed by the Philips Healthcare research team (Medysis, Suresnes, France) to predict hepatic arterial territories and target liver tumors during TIA. This software will be evaluated comparing to the commercially available software (EmboGuide) developed by the same manufacturer. In this same chapter, we will develop an artificial intelligence system aimed at first to recognize the arterial anatomical model of the liver (based on pre-therapeutic CT angiographies), then in a second step to automatically identify the optimal positioning of the microcatheter for the delivery of treatment basing on per-procedural cone beam computed tomography (CBCT). This artificial intelligence system will be patented and developed with industrial collaboration. The second chapter of the thesis will have as main objective the clinical evaluation of the new algorithms described in the first part with two main clinical studies: a first prospective randomized study which will compare the new software VPP to the commercially available one (EmboGuide) during trans-arterial chemo-embolization (TACE) in terms of overall survival, tumor response, X-ray exposure and contrast media quantity. This study will compare two groups of patients in whom either VPP or EmboGuide will be applied randomly as a 3D guidance software for TACE. The second study aim to determine a minimum peritumoral safety margin to respect during hepatic trans-arterial radioembolizations (TARE) in order to ensure an optimal tumor response. This criterion will be extracted on liver MRI monitoring post-TARE by comparing two groups of patients responders and non-responders. During the PhD thesis, I will supervise residents in medical imaging and M2 students (Dr C. Touloupas et Dr M. Krichen) for research projects emanating from the main research item of the thesis.