Détection du cancer de la peau par tomographie d'impédance électrique

Au cours des trente dernières années, l'augmentation du taux d'incidence du cancer de la peau a été la plus importante parmi tous les cancers. Le diagnostic précoce du cancer de la peau s'avère important pour minimiser les risques d'évolution en cancer généralisé. Ce diagnostic implique habituellement une inspection visuelle suivie d'une biopsie si la lésion est jugée suspecte par le clinicien. Des études récentes indiquent que le quart des lésions cancéreuses ne sont pas détectées à un stade précoce diminuant ainsi le pronostic du patient. De plus, plusieurs lésions biopsiées s'avèrent non cancéreuses, augmentant ainsi les risques d'infection tout en causant un stress inutile au patient dans l'attente des résultats histopathologiques. Pour détecter précocement le cancer de la peau, une nouvelle technique biomédicale s'avère prometteuse : la tomographie d'impédance électrique (TIE). La TIE est une technique d'imagerie médicale qui permet de visualiser la distribution de conductivité électrique d'une section du corps. Celle-ci se base sur le principe que les propriétés électriques de chaque tissu biologique varient de façon spécifique en fonction de la fréquence. Les images sont reconstruites à partir d'une série de mesures acquises à l'aide d'électrodes placées autour de la région d'intérêt. Ces mesures sont effectuées en utilisant toutes les combinaisons possibles de quatre électrodes : deux pour appliquer un courant de faible amplitude et deux autres pour mesurer la tension résultante. Comme les propriétés électriques des lésions cancéreuses et non cancéreuses diffèrent en fonction de la fréquence, les images de conductivité obtenues par TIE permettraient de les discriminer objectivement. L'objectif général de ce projet de doctorat consiste à développer un système de TIE permettant de détecter le cancer de la peau. Les objectifs spécifiques sont : 1) développer un modèle par éléments finis de la peau, 2) développer les algorithmes de reconstruction d'images, 3) adapter un système de TIE au contexte dermatologique et 4) valider le système en effectuant des tests expérimentaux.

Abstract

Over the past thirty years, skin cancer incidence rate has increased the most significantly among all cancers. Early stage skin cancer diagnosis is essential to minimize risks of developing metastases. Diagnosis usually involves visual inspection followed by histopathological examination if the lesion is suspected malignant by the clinician. Recent studies however suggest that a quarter of lesions remain undetected at an early stage which adversely affects the patient's prognosis. Furthermore, many excised lesions are found not cancerous increasing risks of infection and causing unnecessary stress to the patient awaiting histopathological results. For early stage skin cancer diagnosis, a new biomedical technique seems promising: electrical impedance tomography (EIT). EIT is a medical imaging technique used to visualize the electric conductivity distribution of a body segment. EIT is based on the principle that electrical properties of every biological tissue specifically vary as a function of frequency. Images are reconstructed from a set of measurements acquired with electrodes applied around the region of interest. Measurements are performed using all possible combinations of four electrodes: two are used to apply a low amplitude current while two others are used to measure the resulting voltage. Since malignant and benign lesions have different cellular characteristics, their impedance signature as a function of frequency differs and they can therefore be objectively discriminated by EIT. The main objective of this PhD project is to develop an EIT system for skin cancer screening. The specific objectives are: 1) to develop a finite element model of the skin, 2) to develop image reconstruction algorithms, 3) to adapt an EIT system to the dermatology context, and 4) to validate the system experimentally. Since no EIT system has been developed for skin cancer screening, a finite element model of the skin was first developed to study the electrical behavior of the skin, identify optimal frequencies to discriminate lesions, and solve the forward problem of EIT.