Imagerie multispectrale intraopératoire pour la détection des propriétés optiques et de la réponse hémodynamique associée à l'épilepsie

L'épilepsie est une condition neurologique caractérisée par des crises récurrentes, causées par une hyperexcitabilité des neurones. La principale méthode permettant de contrôler les crises est le traitement pharmacologique, qui est efficace chez environ 70% des patients. Pour les autres, un traitement alternatif possible est la neurochirurgie, visant à retirer la zone cérébrale responsable des crises. Plusieurs techniques d'imagerie structurelles et fonctionnelles sont alors utilisées pour planifier la chirurgie, afin de bien localiser le tissu à réséquer et de minimiser les risques d'atteinte aux fonctions cérébrales. Bien que les techniques d'imagerie soient nombreuses pour la planification préopératoire, peu d'entre elles peuvent être utilisées durant la chirurgie pour valider la zone à retirer ou pour évaluer la progression de la résection. L'objectif de cette thèse est de développer un système d'imagerie optique pouvant être utilisé lors de la neurochirurgie afin de détecter la zone responsable des crises d'épilepsie. Deux modalités complémentaires d'imagerie ont été choisies afin de permettre la détection de marqueurs fonctionnels et structurels spécifiques à l'épilepsie : l'imagerie de la réponse hémodynamique et l'imagerie dans le domaine des fréquences spatiales (SFDI). L'imagerie de la réponse hémodynamique mesure l'augmentation de l'apport en oxygène par les vaisseaux sanguins à la suite d'une activité neuronale. Elle est à la base de certaines techniques d'imagerie fonctionnelle, qui permettent de localiser les zones cérébrales associées à des fonctions spécifiques. L'étude de la réponse hémodynamique dans certaines activités anormales telles que les crises d'épilepsie permet de mieux comprendre les processus physiologiques impliqués et pourrait améliorer la précision des techniques d'imagerie fonctionnelle. Le SFDI, quant à lui, permet l'imagerie des propriétés optiques des tissus (coefficient d'absorption et de diffusion réduit), qui peuvent servir d'indicateurs de modifications tissulaires, comme des altérations au niveau vasculaire ou au niveau de la structure cellulaire. Dans le cadre de cette thèse, un système d'imagerie multispectrale a été développé pour la détection de la réponse hémodynamique à la surface du cortex associée aux pointes épileptiques, qui sont de brèves décharges neuronales. Le système a été calibré, validé et testé lors de 18 neurochirurgies. Une première étude a permis d'établir les algorithmes de calibration et de traitement de données sur quelques patients. Une seconde étude a permis d'évaluer la sensibilité du système à distinguer la réponse hémodynamique de différentes structures, soit les vaisseaux sanguins, le cortex et le ang et a mené à l'élaboration de critères numériques permettant de les distinguer. La troisième étude a permis la mesure de la fonction de réponse hémodynamique chez huit patients, permettant de démontrer les capacités du système d'imagerie multispectrale, conjointement à l'électrocorticographie, à mesurer la réponse avec une bonne résolution spatiale, temporelle et une grande sensibilité aux pointes épileptiques. L'étude a également montré le potentiel à localiser les zones démontrant des changements hémodynamiques associés aux pointes épileptiques. Un deuxième système, basé sur la méthode SFDI, a aussi été conçu et validé sur des échantillons (fantômes optiques et échantillons ex vivo). Les développements techniques ont permis de reconstruire les coefficients d'absorption et de diffusion réduit avec une bonne précision, même pour des échantillons non-planaires et à forte absorption. Une version du système intégrée à un microscope neurochirurgical a démontré la possibilité d'intégrer ces outils pour une utilisation facile par le chirurgien. Le travail de cette thèse s'inscrit dans le développement d'outils d'imagerie intraopératoire pour la neurochirurgie, avec l'objectif final d'améliorer le guidage chirurgical et d'aider à approfondir les connaissances sur l'épilepsie. En continuant le développement technologique, les prochaines générations de systèmes permettront de fournir aux médecins des outils faciles d'utilisation, ayant une haute sensibilité, spécificité et résolution spatiale, et comportant un risque minimal pour le patient. Ceci permettra d'améliorer le taux de succès des chirurgies, d'approfondir les connaissances sur différentes conditions neurologiques et même d'aider à la cartographie des fonctions cérébrales.