Instrumentation optique pour l'identification per-opératoire des tissus durant les chirurgies de la thyroïde

Cette thèse traite du développement d'instrumentation pour l'imagerie médicale optique. Ces travaux sont centrés sur une application particulière ; faciliter l'identification des tissus durant les chirurgies de la thyroïde et de la parathyroïde. La thyroïde est une glande située dans le cou, attachée au larynx à la hauteur de la pomme d'Adam. Elle est entourée de plusieurs structures importantes : muscles, nerfs et glandes parathyroïdes. Ces dernières contrôlent la calcémie et jouent donc un rôle essentiel dans le corps. Elles sont toutefois de petite taille et sont très difficiles à distinguer du gras et des ganglions environnants. L'objectif principal de cette thèse est de développer une instrumentation basée sur la microscopie optique pour permettre l'identification des tissus : thyroïde, parathyroïde, gras et ganglions, durant les chirurgies. Les choix sont donc faits en fonction de cette application et du contexte spécifique des mesures intra-opératoires sur des patients humains. Plusieurs modalités d'imagerie optique sont identifiées pour atteindre l'objectif : microscopie confocale en réflectance, tomographique par cohérence optique, et mesure de l'autofluorescence des glandes parathyroïdes. Dans le but d'améliorer leur compatibilité avec l'environnement clinique qui requiert stabilité dans le temps et résistance aux vibrations et aux conditions environnementales, ce projet se concentre sur les implémentations miniaturisables et basées sur des fibres optiques. Pour implémenter un système d'imagerie en fluorescence à balayage laser rapide, un système d'imagerie en fluorescence par encodage spectral est proposé. Bien que l'utilisation de l'encodage spectral semble a priori incompatible avec le contraste en fluorescence, une implémentation facile à réaliser est proposée. Une seconde version du montage, compatible avec la clinique et facilitant le développement d'un endoscope, est présentée. La preuve de principe de cette méthode est faite à 1300nm, une longueur d'onde qui n'est pas appropriée pour la fluorescence intrinsèque des parathyroïdes. Pour adresser cette lacune, une nouvelle source laser à balayage centrée à 780nm à haute puissance (100mW) est montrée. Ces développements sont compatibles avec l'implémentation de la microscopie confocale en réflectance identifiée pour l'identification des tissus durant les chirurgies de la thyroïde. Cela permet de développer un montage combinant le contraste en réflectance et en fluorescence dans le même instrument. La microscopie confocale en réflectance possède une très grande résolution permettant l'examen au niveau cellulaire des tissus. Cette technique souffre toutefois d'un faible rapport signal sur bruit et d'un bruit de tavelure important, réduisant l'interprétabilité des images.