Guidage d’un endoscope interventionnel robotisé à l’aide de la tomographie par cohérence optique

Development of a novel method using optical coherence tomography (OCT) for guidance of robotized interventional endoscopy

• Auteur / Autrice : Oscar Mauricio Caravaca Mora
• Direction : Paul Montgomery, Michel de Mathelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, image, automatique et robotique (SIAR). Génie biomédical
• Date : Soutenance le 21/02/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Hans P. Zappe
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paul Montgomery, Michel de Mathelin, Hans P. Zappe, Maciej Szkulmowski, Nicolas Andreff, Albert-Claude Boccara, Michalina Gora
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maciej Szkulmowski, Nicolas Andreff

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer colorectal

Imagerie interventionnelle

Tomographie en cohérence optique

Robotique en médecine

Chirurgie endoscopique

Mots clés libres

Tomographie par cohérence optique (OCT)

Endoscopie digestive interventionnelle

Robotique

Chirurgie assistée par robot

Tractus gastro-intestinal inférieur

Cancer colorectal

Imagerie préopératoire

Imagerie optique médicale

Imagerie endoscopique OCT

Optical Coherence Tomography (OCT)

Interventional flexible endoscopy

Robotics

Robot-assisted surgical procedures

Biomedical imaging

Lower gastrointestinal tract (Lower GI-tract)

Colorectal cancer

Intraoperative OCT

Advanced optical imaging

Endoscopic OCT

Clinical guidance

Résumé

Il manque actuellement aux médecins une nouvelle méthode qui rationalise le traitement peu invasif pour en faire des procédures à opérateur unique, assistées par une caractérisation précise des tissus in situ et en temps réel, en situation de prise de décisions dans la gestion du cancer colorectal. Une solution prometteuse à ce problème a été développée par l'équipe AVR (Automatique, Vision et Robotique) du laboratoire ICube, au sein de laquelle l'endoscope interventionnel flexible (fabriqué par Karl Storz) a été entièrement robotisé, permettant ainsi à un seul opérateur de télémanipuler indépendamment l'endoscope et deux instruments thérapeutiques insérables, grâce à unité de contrôle commune. Cependant, l'endoscope flexible assisté par robot est soumis aux mêmes limites de précision diagnostique que les systèmes d'endoscopie standards. Il a été démontré que l'OCT endoscopique présente un potentiel pour l'imagerie des troubles de la voie gastro-intestinale et pour la différenciation de tissus sains des tissus malades. Actuellement, l'OCT se limite à l'imagerie de l'œsophage humain, qui présente une géométrie simple et un accès facile. Ni l'OCT, ni l'endoscope robotisé ne peuvent résoudre à eux seuls les limites de la norme actuelle de soins pour la prise en charge d’un cancer du côlon. La combinaison de ces deux technologies et le développement d'une nouvelle plate-forme pour la détection et le traitement précoce du cancer constituent l'objet principal de cette thèse, avec la vision de développer une console d'imagerie OCT et une sonde de haute technologie intégrée à l'endoscope robotisé. Ce système permet d'obtenir des images de l'intérieur du gros intestin pour la caractérisation des tissus et l'assistance au traitement, permettant ainsi à un seul opérateur d'effectuer une intervention peu invasive en mode télémanipulation.

There exists an unmet clinical need to provide doctors with a new method that streamlines minimally invasive endoscopic treatment of colorectal cancer to single operator procedures assisted by in-situ and real-time accurate tissue characterization for informed treatment decisions. A promising solution to this problem has been developed at the ICube laboratory, in which the flexible interventional endoscope (Karl Storz) was completely robotized, so allowing a single operator to independently telemanipulate the endoscope and two insertable therapeutic instruments with a joint control unit. However, the robot-assisted flexible endoscope is subject to the same diagnostic accuracy limitations as standard endoscopy systems. It has been demonstrated that endoscopic optical coherence tomography (OCT) has a good potential for imaging disorders in the gastrointestinal tract and differentiating healthy tissue from diseased. Neither OCT, nor the robotized endoscope can solve the limitations of current standard of care for colon cancer management alone. Combining these two technologies and developing a new platform for early detection and treatment of cancer is the main interest of this work, with the aim of developing a state-of-the-art OCT imaging console and probe integrated with the robotized endoscope. The capabilities of this new technology for imaging of the interior of the large intestine were tested in pre-clinical experiments showing potential for improvement in margin verification during minimally invasive endoscopic treatment in the telemanipulation mode.