Imagerie optique pour le diagnostic du cancer de l'ovaire

Le cancer de l'ovaire est l'un des cancers les plus mortels en raison de sa progression excessivement rapide. Il s'agit également d'une pathologie très hétérogène, prenant plusieurs formes et débutant souvent hors de l'ovaire. Une fraction importante des tumeurs et lésions prennent origine dans la trompe de Fallope, anatomiquement difficile d'accès. Actuellement, le diagnostic du cancer de l'ovaire se fait via une chirurgie exploratoire au cours de laquelle les organes touchés sont retirés pour examen pathologique. Le pathologiste effectue une inspection visuelle, puis quelques coupes histologiques pour établir s'il existe ou non une (des) lésion(s) et de quel type, ce qui permet d'établir le diagnostic de la patiente, puis le plan de traitement. Il est possible que des lésions et petites tumeurs (quelques centaines de micromètres) ne soient pas relevées à l'examen pathologique. Cette information manquante ne peut être employée pour établir le type et le stade de cancer, résultant parfois en un faux négatif (la patiente est déclarée saine alors qu'elle a un cancer), ce qui retarde le traitement et entraîne de sérieuses complications, souvent la mort, dans les 12 à 24 mois suivants l'intervention. Cette thèse de doctorat propose un nouvel instrument d'analyse exhaustive des trompes de Fallope afin d'assister le pathologiste dans sa tâche en faisant un lien entre l'inspection visuelle et l'analyse microscopique. L'instrument proposé est un système d'imagerie optique combinant la tomographie par cohérence optique (OCT) à la spectroscopie en fluorescence. Ainsi, la totalité de la trompe pourrait être imagée en quête de lésions potentiellement malignes. Les lésions détectées pourront être indexées et ensuite analysées de façon traditionnelle en pathologie. La thèse présente d'abord une revue critique des éléments clés de la littérature concernant le cancer de l'ovaire et l'importance des trompes de Fallope dans le dépistage et le diagnostic. Plusieurs nouvelles hypothèses médicales réorientent la recherche sur le cancer de l'ovaire et la thèse cherche à intégrer ces nouvelles idées. Dans l'effort d'acheminer un instrument d'imagerie optique en clinique pour le diagnostic, un travail en instrumentation a d'abord été réalisé. Ce travail passe par la réalisation de composants en fibre à double gaine, permettant de combiner plus d'une modalité d'imagerie par la même fibre en minimisant la dégradation des performances pour chacune des modalités. La première version du coupleur est un composant asymétrique en fibre à grande gaine interne. Ses performances sont en accord avec le modèle de prédiction théorique des performances développé dans la thèse. La seconde version du coupleur présente une amélioration des performances multimodes près des limites maximales théoriques.

Abstract

Ovarian cancer is one of the deadliest cancers for women. The progression of this disease is very fast and spreads to the whole body through the abdominal cavity. This pathology is highly heterogeneous and is now believed to originate away from the ovary in the majority of cases. In fact, the majority of the lesions and tumours spreads from the fallopian tube. Since direct access to these organs is difficult, diagnosis is performed after exploratory surgery, during which fallopian tubes, ovaries and uterus are removed for pathological examination. A pathologist then carefully inspects and dissects the tubes and ovaries looking for small lesions and tumours (a few hundreds of micrometers) to establish a diagnosis. It is possible that some of these lesions may be overlooked. If these lesions are missed during pathological evaluation, treatment can be delayed (in case of false negative, the patient is declared healthy but has a cancer), resulting in heavy complications, including death, in the following 12 to 24 months following the intervention. This Thesis investigates a new instrument for extensive analysis of the fallopian tubes to assist the pathologist during his or her diagnostic process. This instrument is an imaging system combining optical coherence tomography (OCT) and autofluorescence spectroscopy that can be inserted directly into the tubes. Such instrument could enable complete Imaging of the tubes in order to locate potentially harmful lesions. These lesions can then be identified on the tube for further histological analysis. The Thesis first presents a critical literature review about ovarian cancer and the role of fallopian tubes in screening and diagnosis of this condition. New medical hypothesis are now reorienting research and this Thesis leverages from these ideas. Working towards clinical use of the device, new instrumentation components have been developed. This work is based on optical fiber components enabling multimodal imaging through a double-clad fiber. The first version of the coupler developed is an asymmetric double-clad fiber coupler, along with a theoretical model predicting the performances of such device. In the second version, three new design concepts were used to design and fabricate the component. This coupler has performances close to the maximum theoretical limits. These couplers are then demonstrated in multimodal imaging schemes, such as OCT combined with fluorescence imaging. The three new design concepts were applied to small inner cladding double clad fiber couplers. Such devices were then integrated in a confocal imaging system with both fluorescence and reflectance contrasts as well as a tri-modal benchtop microscope (OCT, confocal and fluorescence imaging).