Soutenance de thèse de Régis Pailhe le 23/10/17

Régis Pailhe de l’équipe GMCAO, soutiendra sa thèse le lundi 23 octobre 2017 à 14h00 :

« Innovations relatives à l’évaluation du cartilage articulaire du condyle fémoral humain par une nouvelle modalité d’imagerie optique »

Direction de thèse :
- M. Alexandre Moreau-Gaudry, Professeur des Universités-Praticien hospitalier, CHU Grenoble Alpes, TIMC-IMAG, directeur
- M. Philippe Cinquin, Professeur des Universités-Praticien hospitalier, CHU Grenoble Alpes, TIMC-IMAG, co-directeur

Jury :
- M. Eric Stindel, Professeur des Universités-Praticien hospitalier, CHRU de Brest, Rapporteur
- M. Stéphane Boisgard, Professeur des Universités-Praticien hospitalier, CHU Gabiel -Montpied de Clermont-Ferrand, Rapporteur
- M. Didier Mainard,Professeur des Universités-Praticien hospitalier, CHRU de Nancy, Examinateur
- M. Dominique Saragaglia, Professeur des Universités-Praticien hospitalier, CHU Grenoble Alpes, Examinateur

>>> Lieu : Amphithéâtre de l’IAB (Institut Albert Bonniot), Rond-point de la Chantourne, 38706 La Tronche Cedex.

Mots clés

OCT, imagerie, cartilage, peropératoire, cartographie, genou

Résumé

L’Organisation Mondiale de la Santé recommande le développement d’outils innovants d’imagerie pour le diagnostic précoce et le monitoring de l’arthrosedans le cadre d’une prévention secondaire(10). L’objectif de ce travail de thèse était d’établir l’intérêt de l’imagerie par OCT grand champ pour réaliser une évaluation du tissus cartilagineux peropératoire.
La première partie de notre travail a consisté à définir à partir des données les plus récentes de la littérature les paramètres qualitatifs et quantitatifs les plus pertinents pour évaluer les lésions cartilagineuses arthrosiques. Ce travail de synthèse nous a semblé être le prérequis indispensable pour pouvoir développer des stratégies d’évaluation automatisé du cartilage en peropératoire. En effet, il n’existe pas en l’état une technique d’imagerie combinant toutes les qualités nécessaires pour caractériser le tissu cartilagineux. Les données actuelles montrent que parmi les paramètres quantitatifs, l’évaluation de l’état de surface, à une échelle micrométrique apparaît comme l’un des paramètres les mieux corrélés aux grades histologiques d’arthrose qui demeurent le gold-standard. Cette revue de la littérature a également mis en avant que les paramètres structurels, aussi bien biomécaniques que biochimiques, souffrent en l’état de ne pas avoir fait l’objet d’une corrélation avec les stades arthrosiques histologiques, limitant ainsi leur intérêt à des travaux de recherche fondamentale. Enfin, nous avons constaté que les systèmes d’imagerie les plus intéressants (IRM, SEM, etc…) pour caractériser le cartilage, et de fait les plus étudiés n’étaient accessibles qu’à un usage peropératoire et que très rarement à un usage in vivo.
Dans la deuxième partie de notre travail de thèse, nous avons évalué la place de l’imagerie par tomographie par cohérence optique grand champ (Full Field Optical Coherence Tomography : FFOCT) pour la caractérisation du tissu cartilagineux. Nous avons exposé les principes de l’OCT grand champ ainsi que les avantages et les inconvénients que présente cette technique d’imagerie en comparaison à celles listées dans notre revue de la littérature. Puis nous avons présenté les résultats des évaluations descriptives, qualitatives et quantitatives des lésions cartilagineuses arthrosiques par OCT grands champ. Ces travaux expérimentaux sont, à notre connaissance, les premiers à avoir permis de développer un algorithme semi-automatique pour évaluer la dégénérescence cartilagineuse à partir d’images FFOCT. Six paramètres de surface ont pu être ainsi identifiés comme fortement corrélés au stade arthrosique histologique OARSI.
Dans la troisième partie de cette thèse, nous essayons de répondre à la question de l’applicabilité clinique de ces travaux, en présentant les perspectives et les travaux de recherche que nous conduisons. En effet, même si les paramètres de surfaces sont fortement corrélés aux grades arthrosiques histologiques, il semble indispensable de développer et de valider de nouveaux paramètres quantitatifs, accessible à terme en peropératoire, qui pourront être combinés à ces premiers. Nous développons actuellement une thématique de recherche avec l ‘étude de deux paramètres structurels :la densité cellulaire des couches superficielles du cartilage et l’analyse de la rugosité de surface du cartilage. En parallèle de ces travaux, le développement d’un système d’imagerie accessible au bloc opératoire et à la chirurgie endoscopique mini-invasive est poursuivi. La sonde endoscopique FFOCT-NOCT développée en collaboration avec la société LLTech pourrait être le futur système d’imagerie peropératoire permettant d’obtenir les paramètres de caractérisation des lésions cartilagineuses que nous avons validés lors des expérimentations ex-vivo.


"Imaging modality for assessment of knee cartilage defects"

Key words

OCT,imaging,carilage,peroperative,mapping,knee

Abstract

The World Health Organization recommends as part of secondary prevention, the development of innovative imaging tools allowing early diagnosis and assessement of osteoarthritis (10). The objective of this thesis was to study full-field OCT imaging and determine its ability to evaluate intraoperative cartilage tissue.
The first part of our work consisted in defining the most accurate qualitative and quantitative parameters to evaluate osteoarthritis-induced cartilage lesions according to the latest literature. This preliminary part seemed necessary to further develop peroperative cartilage evaluation strategies. Indeed, to our knowledge, no existing technique allowed cartilaginous tissue characterization. Among the quantitative parameters, the assessment of the cartilage surface on a micrometric scale appeared to be best correlated to the histological grades of osteoarthritis which are the gold standard. This review of the literature also revealed that the structural parameters, both biomechanical and biochemical, lacked of actual correlation with histological arthrosis stages, which limits their interest in fundamental research. Finally, we noticed the most appropriate imaging systems for cartilage characterization (MRI, SEM, etc.) were unusable peroperatively and were very rarely used in vivo.
In the second part of our work, we evaluated the ability of full field optical coherence tomography (FFOCT) imaging to characterize cartilaginous tissue. We described the principle of full field OCT, its advantages and disadvantages compared to the other existing imaging techniques listed in our review of literature. We then displayed the results of the descriptive, qualitative and quantitative evaluations of osteoarthritic cartilage lesions by full field OCT. This experimental work is, to our knowledge, the first to develop a semi-automatic algorithm in order to assess cartilage degeneration on FFOCT images. This allowed us to identify six surface parameters strongly correlated with OARSI histological arthrosis.
In the third part of the thesis, we tried to determine the clinical applicability of this work, exposed further perspectives and explained the research work that we lead. Indeed, although the surface parameters were strongly correlated with the osteoarthritis grades, it seems essential to develop and validate new quantitative parameters that can be combined with these first ones. We are currently working on two structural parameters : the cell density of the superficial layers of the cartilage and the analysis of the surface roughness of the cartilage. At the same time we are working on the development of a peroperative and minimally invasive imaging system for endoscopic surgery. The endoscopic probe FFOCT-NOCT developed with the LLTech company could in the future allow to characterize cartilage lesions with the parameters we validated during the ex-vivo experiments


Laboratoire TIMC-IMAG, Domaine de la Merci, 38706 La Tronche Cedex

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