Reproduction de : Thèse d' exercice : Médecine spécialisée : Nancy 1 : 2002. / Thèse : 2002NAN11139. Titre provenant de l'écran-titre.

Le cancer de la vessie représente la deuxième cause de cancer de l'appareil urinaire. Ses tumeurs se caractérisent par des taux de récidives très élevés dont l'une des causes est la réimplantation de cellules tumorales après la résection transuréthrale. La thérapie photodynamique (PDT) est basée sur l'action d'un photosensibilisateur qui en présence de la lumière et de l'oxygène induit la synthèse d'espèces réactives de l'oxygène, toxiques pour les cellules. <br />Nous avons développé cette modalité d'une part pour le traitement des tumeurs urothéliales non invasives de la vessie et d'autre part pour prévenir les récidives de ce type de cancer. Les études ont été réalisées en préclinique sur des rates Fischer 344 implantées par des tumeurs vésicales orthotopiques et syngéniques. Le traitement photodynamique a été développé en utilisant l'Hexvix® précurseur de protoporphyrine IX (PpIX). <br />Dans une première partie, les paramètres biologiques liés à la PpIX et qui régissent l'efficacité du traitement photodynamique des tumeurs vésicales ont été déterminés en fonction de deux concentrations d'Hexvix® (8 et 16 mM) induisant des effets photodynamiques diamétralement opposés. <br />Nous avons montré que l'efficacité du traitement obtenue pour 8 mM d'Hexvix® était liée à la localisation mitochondriale du photosensibilisateur induisant des dommages pro-apoptotiques après PDT. <br />Dans une deuxième partie, nous avons étudié la possibilité de réduire les récidives des tumeurs vésicales en utilisant la PDT suite à la résection transuréthrale dirigée par fluorescence. Un modèle préclinique chez le rat mimant la situation post résection transuréthrale a été mis au point. Nous avons montré que les cellules tumorales étant chargées de PpIX, la PDT entraîne leur destruction et donc une diminution significative du pourcentage de l'implantation tumorale. <br />La PDT utilisant Hexvix®/PpIX est une modalité de traitement alternative intéressante pour le traitement des tumeurs vésicales non musculo-invasives et pour la prévention de ses récidives.

Cette thèse propose un algorithme de mosaïquage pour la construction d'images panoramiques des parois internes de la vessie. Le temps de construction de ces images correspondant aux parties intéressantes de la vessie doit être inférieur à la durée d'un examen clinique standard. La méthode de mosaïquage doit aussi être robuste vis-à-vis des variabilités inter-examens liées aux patients et aux instruments. Ces images panoramiques pourront être utilisées par le clinicien comme référence pour guider des examens ultérieurs, pour l'archivage des données et pour suivre l'évolution des lésions. La première étape de l'algorithme est le pré-traitement des images cystoscopiques consistant en l'atténuation des inhomogénéités d'illumination et du motif de fibres optiques visible dans les images acquises par un fibroscope. La deuxième étape est le recalage des images. La solution retenue consiste en la corrélation par les transformées de Fourier des images qui fournit des translations initiales à un algorithme itératif basé sur la différence d'intensité entre les images. Ce dernier délivre les paramètres de la transformation perspective reliant deux images successives de la séquence. Dans la troisième étape nous projetons les images dans un repère commun en utilisant des transformations globales calculées avec les résultats des recalages. Nous utilisons un moyennage pondéré des intensités des pixels pour atténuer les bords visibles lors de la projection. Les résultats quantitatifs obtenus avec un fantôme et des résultats qualitatifs calculés pour des séquences réelles montrent que notre approche automatique de mosaïquage est robuste et rapide (temps compatible avec la durée d'un examen cystoscopique clinique). Nos tests ont également prouvé que l'algorithme de recalage fonctionne pour des transformations géométriques plus grandes que celles rencontrées typiquement entre images d'une séquence vidéo (90% de recouvrement entre images consécutives pour ces dernières) / This work describes a mosaicing algorithm for constructing panoramic images of internal walls of the bladder. Time relating to the construction of panoramic images including the interesting parts must be shorter than that required by a standard cystoscopic examination. The mosaicing algorithm must be robust against lighting conditions, morphologic and texture variations relating to instruments and patient anatomy. These panoramic images could be used by a clinician for guiding further exams, storing non-redundant data and following-up evolution of lesions. The preprocessing of cystoscopic images is the first stage of the algorithm. Preprocessing consists of shading correction and fiber optics pattern attenuation occurring in fiberscope acquired images. The second stage is image registration. The chosen solution consist of cross-correlating images (using their Fourier transforms) in order to have initial translations for an iterative registration algorithm based on the sum of squared differences of images. In the third stage, images are projected in the coordinate system of the panoramic image using global transformations computed with matrices given by the iterative registration. We use a weighted average of pixel intensities to blend visible borders of images produced in the projection process. Numerical results obtained with a phantom and qualitative results obtained with real sequences show that our automatic approach is robust and allows for a fast construction of panoramic images in a period of time that is shorter than the duration of a clinical cystoscopic examination. Our experiments showed that the registration algorithm can handle geometric transformations that are larger than those existing typically in a video-sequence (90% of superposition between successive images in this case)

Cette thèse propose un algorithme de mosaïquage pour la construction d'images panoramiques des parois internes de la vessie. Le temps de construction de ces images correspondant aux parties intéressantes de la vessie doit être inférieur à la durée d'un examen clinique standard. La méthode de mosaïquage doit aussi être robuste vis-à-vis des variabilités inter-examens liées aux patients et aux instruments. Ces images panoramiques pourront être utilisées par le clinicien comme référence pour guider des examens ultérieurs, pour l'archivage des données et pour suivre l'évolution des lésions. La première étape de l'algorithme est le pré-traitement des images cystoscopiques consistant en l'atténuation des inhomogénéités d'illumination et du motif de fibres optiques visible dans les images acquises par un fibroscope. La deuxième étape est le recalage des images. La solution retenue consiste en la corrélation par les transformées de Fourier des images qui fournit des translations initiales à un algorithme itératif basé sur la différence d'intensité entre les images. Ce dernier délivre les paramètres de la transformation perspective reliant deux images successives de la séquence. Dans la troisième étape nous projetons les images dans un repère commun en utilisant des transformations globales calculées avec les résultats des recalages. Nous utilisons un moyennage pondéré des intensités des pixels pour atténuer les bords visibles lors de la projection. Les résultats quantitatifs obtenus avec un fantôme et des résultats qualitatifs calculés pour des séquences réelles montrent que notre approche automatique de mosaïquage est robuste et rapide (temps compatible avec la durée d'un examen cystoscopique clinique). Nos tests ont également prouvé que l'algorithme de recalage fonctionne pour des transformations géométriques plus grandes que celles rencontrées typiquement entre images d'une séquence vidéo (90% de recouvrement entre images consécutives pour ces dernières).

Ce manuscrit se compose de 3 grandes parties. La première présente d'une part, un court curriculum vitae et d'autre part, une notice exposant l'ensemble de mes activités en matière d'enseignement, de recherche, d'administration et autres responsabilités individuelles et collectives depuis 1997. La deuxième grande partie est consacrée à une description du projet de recherche mené au CRAN depuis 2002-2003, dans le domaine de la caractérisation de tissus biologiques à l'aide de méthodes d'imagerie et de spectroscopie optique UV-Visible, au travers d'une approche "multi-échelles" et "multi-modalités". Leurs applications notamment au photodiagnostic in vivo en cancérologie (vessie, peau) sont développée au travers de 2 axes de recherche en : - imagerie endoscopique panoramique en lumière blanche (LB) et fluorescence (F), avec la construction automatique et rapide d'images panoramiques de parois internes de vessies par recalage et mosaïquage des images cystoscopiques, les validations quantitatives et qualitatives des performances des algorithmes développés, et la validation de la superposition d'images panoramiques LB/F au moyen d'un système d'excitation et d'acquisition Visible/UV multiplexées dans le temps, - spectroscopie fibrée d'autofluorescence (AF) et de diffusion élastique (DE) résolue spatialement, avec le développement et la validation métrologique d'un système de multiple excitation d'AF 360- 460 nm et de DE 360-760 nm, le traitement des données spectroscopiques multi-dimensionnelles, l'extraction, la sélection et la classification supervisée / non-supervisée de caractéristiques spectrales, l'identification de paramètres optiques de tissus à l'aide de simulations statistiques (Monte Carlo, modèles multi-couches), enfin l'application de la méthode à plusieurs études de différenciation in vivo entre les états sains/inflammatoires/cancéreux de la vessie de rats et entre les états sains/hyperplasiques/dysplasiques de la peau de souris. Pour chacun de ces axes, les problématiques, objectifs, principaux résultats et perspectives sont précisées. Finalement, la troisième et dernière grande partie de ce manuscrit donne la production scientifique et la version intégrale de plusieurs articles représentatifs.

Le cancer de la vessie est un cancer fréquent et extrêmement onéreux par patient puisque plusieurs patients subissent des récidives de cancer et ont recours parfois à des chirurgies complexes. Il est donc important de diagnostiquer efficacement ces cancers lors de la prise en charge initiale du patient. En effet, la procédure standard d’imagerie pour la détection du cancer est la cystoscopie de la vessie guidée par lumière blanche, toutefois cette méthode ne permet pas de bien distinguer les cellules qui sont propices à l’invasion musculaire des cellules de cancer de la vessie non infiltrant. Ce mémoire propose d’utiliser un nouvel immunoconjugué fluorescent ciblant la sous-unité alpha du récepteur de l’interleukine 5, un nouveau biomarqueur spécifique aux cellules du cancer de la vessie infiltrant, afin d’effectuer la cystoscopie de la vessie guidée par fluorescence. Pour ce faire, un protocole de conjugaison du fluorochrome cyanine-5 (Cy5) à un anticorps monoclonal a été développé. De plus, un protocole de conjugaison d’un peptide Cell Accumulator (ACCUM) sur cet anticorps fluorescent (A14-Cy5-ACCUM) a été optimisé. Ensuite, la capacité de cet immunoconjugué à marquer les cellules humaines de cancer de la vessie infiltrantes du muscle (MIBC), HT1376, a été testée. Par la suite, un nouveau modèle orthotpique murin de MIBC humain permettant la validation préclinique prochaine de l’A14-Cy5-ACCUM a été développé. Une banque de plasma et sérum sanguin, et d’urine de patients sains et atteints de cancer de la vessie a été compilé. Cette biobanque contient 111 échantillons de plasma sanguin et d’urine qui pourront être utilisé afin de tester l’hypothèse selon laquelle le niveau d’interleukine-5 sanguin pourrait être un facteur pronostique pour la progression du cancer de la vessie. Ce projet jette les bases pour l’évaluation potentielle de la cystoscopie guidée par fluorescence lors de la prise en charge initiale des patients atteints de cancer de la vessie afin d’améliorer la survie sans progression et la survie à long terme des patients atteints de MIBC. / Abstract: Bladder cancer is a frequent and extremely costly cancer when evaluated on a per-patient basis because of its high recurrence rate and patients undergoing complex medical procedures. It is of utmost importance to better identify the aggressiveness of this cancer at initial diagnosis. The standard procedure for bladder cancer detection is still white-light guided cystoscopy, which relies mostly on physicians experience in regard to identifying invasive malignancies. This memoir proposes the use of a new fluorescent immunoconjugate, targeting the alpha subunit of interleukin-5 receptor (IL-5R[apha]), a new biomarker specific to muscle-invasive bladder cancer (MIBC) cells for fluorescence-guided cystoscopy. To do so, a conjugation protocol to fluorescently label a monoclonal antibody with cyanine-5 fluorophores has been developped. Then, a conjugation protocol to attach Cell Accumulator (ACCUM) peptides to this fluorescent immunoconjugate (A14-Cy5-ACCUM) has been optimized. Moreover, the ability of A14-Cy5-ACCUM to stain MIBC cell line HT1376 has been tested. Most importantly, a novel orthotpic rat model of human MIBC for the future preclinical validation of fluorescence-guided cystoscopy in rat bladder has been developped. Finally, a new bladder cancer tissue repository at the CHUS has been established. This repository contains a total of 111 plasma and urine patient samples that will be helpful to evaluate if interleukin-5 blood levels could be used as a prognosis marker for bladder cancer progression. This project laid the basis for the potential evaluation of fluorescence-guided cystoscopy during initial diagnosis of bladder cancer patients to improve their disease-free and long-term survival.