Développement d'une plateforme d'imagerie multimodale peropératoire par spectroscopie optique pour la détection de la dysplasie corticale focale en neurochirurgie pédiatrique

1. Résumé du projet

Environ 30% des patients épileptiques pédiatriques ne répondent pas aux médicaments anti-épileptiques et environ 50% des crises sont causées par des malformations du développement cortical, principalement une dysplasie corticale focale (FCD). Le traitement principal de ces cas d’épilepsie réfractaire est une opération du cerveau visant à éliminer la région responsable des crises. Les investigations préopératoires de l’épilepsie comprennent l’imagerie par résonance magnétique (IRM), la tomographie à émission de positrons (TEP) et la tomographie à émission d’un photon (SPECT) pour détecter la présence d’une lésion et localiser le foyer épileptique. Malgré les améliorations apportées, ces techniques ne permettent souvent pas de détecter tout l’étendue de la lésion FCD ce qui entraîne des crises épileptiques après la chirurgie dans plus de 50% des cas. En conséquence, il est difficile d’atteindre une résection complète tout en minimisant l’impact sur la fonction cérébrale. Même l’électrocorticographie est limitée dans sa capacité à localiser avec précision le tissu FCD en raison de la nature très diffuse des signaux électriques.

Nous développerons et déploierons dans la clinique un système d’imagerie par spectroscopie optique multimodale portatif et des modèles de classification basés sur l’apprentissage automatique afin de maximiser l’extraction de tissus pathologiques. Ceci sera réalisé grâce à une détection très précise du tissu lésionnel utilisant la réflectance diffuse et la spectroscopie de fluorescence résolue en profondeur pour détecter les altérations structurelles et métaboliques du tissu. Le travail de recherche permettra d’atteindre la preuve de principe et les premières études chez l’homme, ouvrant ainsi la voie à un essai clinique comparant quantitativement les taux sans crise de FCD avec et sans l’utilisation de la nouvelle méthode.

Ce projet aboutira à :

1. La mise au point d’un système d’imagerie par spectroscopie peropératoire pour l’identification des lésions à l’aide de la spectroscopie de réflectance et fluorescence diffuse ;
2. La mise au point et la validation d’algorithmes (testés sur des fantômes et sur des simulations de transport de la lumière) fournissant : i) des informations résolues en profondeur pour chaque modalité d’imagerie, par modulation de fréquence spatiale ou par modulation de longueur d’onde d’excitation ; ii) des cartes quantitatives de fluorescence pour lesquelles les facteurs d’atténuation non associés à la fluorescence sont découplés ;
3. L’élaboration de modèles de classification des tissus et de techniques fournissant des cartes tissulaires identifiant cerveau normal et tissu FCD.

Des images optiques et des échantillons de biopsie co-localisés seront acquis dans le cadre de chirurgie chez 20 enfants au Centre universitaire de santé McGill et au Centre hospitalier universitaire Sainte-Justine. Des modèles combinant des informations de toutes les modalités seront entrainés, validés et testés pour détecter le tissu FCD à l’aide d’étiquettes tissulaires attribuées sur la base d’analyses histopathologiques. Les nouvelles techniques pourront également être appliquées pour d’autres procédures neurochirurgicales ainsi que pour d’autres applications incluant la chirurgie associée aux cancers du sein, des ovaires, de la prostate et des poumons.