Applications de la spectro-imagerie Terahertz pour la détection du cancer du sein

Terahertz radiations for breast tumour recognition

• Auteur / Autrice : Quentin Cassar
• Direction : Patrick Mounaix, Jean-Paul Guillet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Soutenance le 18/06/2020
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Thomas Zimmer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Mounaix, Jean-Paul Guillet, Thomas Zimmer, Guilhem Gallot, Frédéric Garet, Romain Peretti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guilhem Gallot, Frédéric Garet
• DOI : 10.70675/0dd508baze6d9z4462za4f5z8715c2067e67

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer du sein

Spectroscopie terahertz

Biotechnologie

Données -- Récupération (informatique)

Électromagnétisme

Mots clés libres

Spectro-imagerie térahertz

Ingénierie biomédicale

Cancer du sein

Science des données

Problème électromagnetique inverse

Terahertz spectroscopy imaging

Biomedical engineering

Breast cancer

Data science

Inverse electromagnetic problem

Résumé

La faible précision avec laquelle sont délimitées les marges d'exérèse des adénocarcinomes mammaires se traduit par un recours régulier à un second acte chirurgical. Afin d'en limiter la fréquence, la communauté scientifique tente de définir les grands axes de conception d'un système intraopératif permettant la reconnaissance des lésions mammaires malines. Ce manuscrit de thèse rapporte les investigations menées sur la capacité des ondes térahertz à fournir un contraste entre tissus mammaires sains et malins. Les premiers travaux ont montré l'existence d'un contraste sur l'indice de réfraction entre 300 GHz et 1 THz, évalué en moyenne à 8%. Ce dît contraste semble prendre origine dans la dynamique des molécules d'eau intrinsèques aux cellules cancéreuses. Différentes techniques de segmentation d'image, basées sur l'indice de réfraction des zones tissulaires, ont permis de rapporter une sensibilité au cancer jusqu'à 80% tout en maintenant un taux de spécificité de l'ordre de 82%. L'ensemble de ces études a guidé la conception d'un imageur champ-proche opérant à 560 GHz, dont la réponse des différents senseurs est sensible à la permittivité en surface des tissus du sein.

The failure to accurately delineate breast tumor margins during breast conserving surgeries results in a 20% re-excision rate. Consequently, there is a clear need for an operating room device that can precisely define intraoperatively breast tumor margins in a simple, fast, and inexpensive manner. This manuscript reports investigations that were conducted towards the ability of terahertz radiations to recognize breast malignant lesions among freshly excised breast volumes. Preliminary works on terahertz far-field spectroscopy have highlighted the existence of a contrast between healthy fibrous tissues and breast tumors by about 8% in refractive index over a spectral window spanning from 300 GHz to 1 THz. The origin for contrast was explored. Results seem to indicate that the dynamics of quasi-free water molecules may be a key factor for demarcation. On these basis, different methods for tissue segmentation based on refractive index map were investigated. A cancer sensitivity of 80% was reported while preserving a specificity of 82%. Eventually, these pilot studies have guided the design of a BiCMOS-compatible near-field resonator-based imager operating at 560 GHz and sensitive to permittivity changes over breast tissue surface.