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Imagerie quantitative fonctionnelle et radiomique des masses orbitaires

par Augustin Lecler

Thèse de doctorat en Imagerie (ima)

Sous la direction de Laure Fournier.

Thèses en préparation à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries .


  • Résumé

    Les masses orbitaires constituent un groupe hétérogène de lésions, avec des localisations et des étiologies très variées, et constituent un challenge diagnostique en clinique et en imagerie. Leur présentation clinique est évocatrice, mais non spécifique. L'imagerie orbitaire a donc un rôle majeur dans la démarche diagnostique. Elle permet de préciser le siège de la lésion, ses caractéristiques, son retentissement sur les composants orbitaires. Elle fait le bilan de son extension et permet un diagnostic de probabilité mais pas de certitude. Le développement de techniques d'imagerie ainsi que d'analyses bioinformatiques poussées permettant une approche plus fine de la caractérisation tumorale est donc particulièrement prometteur et pourrait permettre d'adapter la prise en charge et notamment d'éviter le recours à des prélèvements invasifs devant des lésions bénignes ou à faible évolutivité. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés aux étapes de validation de différentes techniques d'imagerie utilisées à visée de caractérisation tumorale, telles que l'analyse des vaisseaux tumoraux en échographie-doppler, la diffusion optimisée IVIM , la perfusion quantitative T1 puis à la technique de radiomique utilisée. Nous avons obtenu les images destinées à la recherche à partir d'une cohorte de 200 patients atteints de masses orbitaires avec une preuve histologique obtenue à la Fondation Ophtalmologique Adolphe de Rothschild qui est un centre expert en chirurgie orbito-palpébrale. Ces patients ont été inclus dans trois cohortes prospectives, une échographique et deux IRM. La démarche de validation des biomarqueurs préconisée par l'Alliance QIBA (Quantitative Imaging Biomarkers Alliance), destinée à unir les chercheurs, les professionnels de santé et l'industrie pour améliorer les techniques d'imagerie quantitative et l'utilisation de biomarqueurs en pratique clinique et dans les projets de recherche, est une première étape particulièrement importante avant l'utilisation des techniques et des biomarqueurs en pratique clinique courante et en recherche. Dans le cadre de ce travail de thèse, mes travaux d'imagerie m'ont permis de réaliser une partie des étapes de validation requises, en échographie-Doppler avec l'utilisation de paramètres vasculaires reflétant l'angiogenèse tumorale, en IVIM avec la validation de l'ADC et du D issu de l'IVIM comme biomarqueurs robustes et reproductibles, et en perfusion T1 où j'ai montré l'importance de l'utilisation d'un modèle pharmacocinétique adapté à l'étude de l'orbite et des masses orbitaires. Le développement de nouvelles techniques diagnostiques est un processus long et complexe ; nécessitant la validation technique dans les conditions cliniques permettant d'étudier les artéfacts, les limites et la variabilité lors de l'utilisation chez des patients. Les limites de ces techniques avancées doivent être prises en compte pour toute analyse quantitative de l'image, dont la valeur du paramètre mesuré ne sera plus alors le reflet des seules caractéristiques biologiques et histologiques des tissus mais aussi de contingences techniques. Cela est particulièrement important lors de l'obtention de données quantitatives qui pourront être utilisées comme biomarqueurs en pratique clinique, pour le diagnostic, pronostic ou suivi des patients, ou lors de projets de recherche. Quoi qu'il en soit, ces techniques d'imagerie fonctionnelle semblent prometteuses pour la caractérisation des masses orbitaires et permettront d'élaborer des algorithmes décisionnels afin d'améliorer leur diagnostic, de diminuer le recours à des prélèvements invasifs, d'avoir un suivi précis et régulier et d'adapter les traitements. De même, l'aide de techniques biostatistiques avancées telles que la radiomique promettent également une révolution en terme d'aide au diagnostic et de pronostic en identifiant des biomarqueurs inaccessibles à l'oeil humain et en améliorant et en complétant nos capacités cliniques.

  • Titre traduit

    Quantitative functional imaging and radiomic of orbital masses


  • Résumé

    Orbital masses make up a heterogeneous group of lesions, with very varied localizations and etiologies, and constitute a diagnostic clinical challenge. Their clinical presentation is evocative, but not specific. Orbital imaging therefore plays a major role in the diagnostic process. It makes it possible to specify the location of the lesion, its characteristics, its impact on orbital components. It assesses its extension and allows a diagnosis of probability but no certainty. The development of imaging techniques and advanced bioinformatics analysis, allowing a more detailed approach to tumour characterization, is therefore particularly promising and could make it possible to adapt the management and in particular to avoid recourse to invasive sampling in the event of benign or low progressive lesions. In this thesis work, we looked at the validation steps of different imaging techniques used for tumour characterization, such as analysis of the tumour vessels in ultrasound-doppler, optimized IVIM diffusion, Dynamic-Contrast-Enhanced MRI followed by the radiomics technique used. The research images were obtained from a cohort of 200 orbital mass patients with histological evidence obtained at the Adolphe de Rothschild Ophthalmological Foundation which is an expert center for orbito palpebral surgery. These patients were included in three prospective cohorts, one using ultrasound and two using MRI. The QIBA (Qantitative Imaging Biomarkers Alliance) approach to biomarker validation, which aims to unite researchers, health professionals and industry to improve quantitative imaging techniques and the use of biomarkers in clinical practice and research projects, is a particularly important first step before the use of techniques and biomarkers in routine clinical practice and research projects. As part of this thesis work, my imaging work allowed me to carry out part of the required validation steps, in ultrasonography-Doppler with the use of vascular parameters reflecting tumor angiogenesis, in IVIM with the validation of ADC and D derived from IVIM as robust and reproducible biomarkers, and in DCE imaging where we showed the importance of using a pharmacokinetic model adapted to orbit and orbital mass studies. The development of new diagnostic techniques is a long and complex process, requiring technical validation under clinical conditions to study artifacts, limitations and variability in patient use. The limits of these advanced techniques must be taken into account for any quantitative analysis of the image, whose value of the measured parameter will then no longer reflect only biological and histological characteristics of the tissues but also technical contingencies. This is particularly important when obtaining quantitative data that can be used as biomarkers in clinical practice, for the diagnosis, prognosis or follow-up of patients, or in research projects. In any case, these functional imaging techniques seem promising for the characterization of orbital masses and will allow the development of decisional algorithms to improve their diagnosis, reduce the use of invasive specimens, have a precise and regular follow-up and adapt treatments. Similarly, the use of advanced biostatistical techniques such as radiomics also promises a revolution in diagnostic and prognostic support by identifying biomarkers inaccessible to the human eye and improving and complementing our clinical capabilities.