Projet ANR-11-BSV5-0015 – IMULE : Imagerie de Mueller Endoscopique
Programme : Blanc - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (Blanc SVSE 5)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur DOMINIQUE PAGNOUX (UNIVERSITE DE LIMOGES)
Partenaires : Laboratoire de Physique des Interfaces et des Couches Minces; LARDOUX HERVE; Laboratoire X-LIM
Montant : 409999.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Nouvelle technique d'imagerie endoscopique pour le diagnostic de pathologies cancéreusesLe projet a pour but d'associer, pour la première fois, une technique d'imagerie capable de déceler, à un stade précoce, la présence d'une pathologie cancéreuse sur un tissu biologique (polarimétrie de Mueller), et l'imagerie d'organes profonds grâce à un dispositif endoscopique à fibre optique. Le recours aux biopsies, douloureuses et coûteuses, pourra ainsi être réduit.
Améliorer le diagnostic et mieux cibler les sites suspects pour diminuer le recours aux biopsiesDepuis les années 1990, les techniques optiques pour le diagnostic médical ont connu un engouement considérable, motivé par leur caractère non destructif, minimalement invasif et sans contact. Parmi elles, celles relevant de la polarimétrie peuvent révéler des contrastes imperceptibles par d'autres moyens, qui permettent d'identifier des régions possiblement cancéreuses. C'est le cas en particulier de la polarimétrie de Mueller qui est la technique polarimétrique la plus complète. Mais à ce jour, on ne peut l'utiliser pour caractériser des organes profonds ou difficiles d'accès in vivo in situ car elle est réputée incompatible avec les techniques endoscopiques nécessaires (déport de la lumière par fibre optique). Ceci est du au fait que les fibres utilisées pour véhiculer le faisceau sonde jusqu'au tissu cible et pour rapatrier le faisceau diffusé jusqu'à la station d'analyse sont des objets biréfringents qui modifient fortement la polarisation de la lumière (grandeur à mesurer), d'une manière incontrôlable et variable au cours du temps. Le projet a précisément pour objet de faire sauter ce verrou en proposant une solution originale pour s'affranchir de la contribution indésirable de la fibre en vue de réaliser, pour la première fois, une caractérisation de Mueller complète d'un tissu biologique à travers une fibre optique. Le succès de l'entreprise ouvrira la voie à un élargissement considérable des potentialités de l'imagerie de Mueller dans le domaine de l'aide au diagnostic biomédical, puisque la caractérisation en polarisation de tissus uniquement accessibles par voie endoscopique deviendra possible, diminuant ainsi la fréquence du recours aux prélèvements par biopsie.
Mise en œuvre d'une méthode différentielle pour s'affranchir de la contribution de la fibreUne mesure de la matrice de Mueller (caractéristique de la réponse polarimétrique d'un objet d'intérêt) est effectuée sur l'ensemble fibre aller – tissu cible – fibre retour à une longueur d'onde donnée, puis sur un simple aller-retour dans la fibre à une longueur d'onde voisine, réfléchie en extrémité. L'analyse différentielle des deux matrices permet d'éliminer la contribution de la fibre endoscopique et de déduire la réponse recherchée du tissu cible.
Résumé de la soumission : Le projet IMULE, pour "Imagerie de Mueller Endoscopique", a pour objectif de réaliser, pour la première fois, la caractérisation d'une cible d'intérêt par polarimétrie de Mueller à travers une fibre optique. Les principales applications visées se situent dans le domaine de l'aide au diagnostic médical. Elles concernent en particulier la détection précoce de zones dysplasiques susceptibles de dégénérer sous forme cancéreuse, au niveau d'organes accessibles seulement par voie endoscopique. Les principales spécialités concernées sont la gastro-entérologie, la gynécologie et la pneumologie. L'une des conséquences pratiques du projet sera d'ouvrir la voie au développement d'un outil d'investigation déporté, minimalement invasif, capable de diminuer la fréquence du recours aux biopsies qui sont des opérations coûteuses, consommatrices de temps, et souvent douloureuses pour le patient.Le principal défi scientifique à relever consiste à retrouver une information précise sur la réponse polarimétrique de l'échantillon cible, produite sur des épaisseurs typiques de l’ordre de 0.1 à 1 mm, alors que la polarisation du faisceau lumineux sonde et celle du faisceau renvoyé sont bouleversées au cours de leurs propagations respectives dans la fibre de longueur métrique (soit un milieu 10^3 à 10^4 fois plus épais que la cible), d'une manière inconnue et variable au gré des manipulations (courbures, pressions, torsions…)Le consortium constitué pour mener à bien ce projet associe trois partenaires complémentaires : Le Laboratoire de Physique des Interfaces et des Couches Minces (LPICM, UMR CNRS 7647) de l'Ecole Polytechnique à Palaiseau, le département Photonique de l'Institut Xlim (UMR CNRS 6172) à Limoges et le service d'anatomapathologie de l'Institut Mutualiste Montsouris, établissement hospitalier à Paris. Le LPICM est largement reconnu pour ses travaux relatifs à conception de polarimètres de Mueller destinés à la caractérisation de couches minces pour l'optique et l'électronique, ainsi que pour ses recherches récentes sur la polarimétrie appliquée au diagnostic de cancers du col de l'utérus ou du colon. De son côté, l'institut Xlim conçoit, fabrique et caractérise depuis de nombreuses années des fibres optiques de silice, classiques ou non-conventionnelles, et il a récemment breveté un tout premier dispositif d'imagerie polarimétrique élémentaire, à travers une fibre optique (mesure de DOP et de biréfringence linéaire). Enfin, les anatomopathologistes de l'IMM, déjà fortement impliqués dans des collaborations en cours avec le LPICM, contribueront à la validation des procédés démontrés sur des pièces opératoires ou des biopsies préalablement caractérisées par des procédés classiques. L'idée-force qui sous-tend le procédé proposé dans le cadre du projet IMULE est de mesurer quasi-simultanément la matrice de Mueller de la fibre seule et celle de l'échantillon vu à travers la fibre. Pour cela, plusieurs solutions seront explorées. De plus grâce aux techniques de décomposition des matrices de Mueller déjà existantes au LPICM, il sera possible de remonter à la matrice de Mueller de l'échantillon seul même si la fibre n’est pas parfaitement caractérisée.Chacune des solutions sera mise en œuvre et des intercomparaisons en terme de paramètres mesurables, de sensibilité et de précision seront effectuées systématiquement, d'abord sur des cibles parfaitement connues, puis sur des cibles moins coopératives, enfin sur des échantillons biologiques.Le projet IMULE fera progresser les techniques d'imagerie de Mueller et repoussera nettement les limites de leurs domaines d'applications. En cas de succès, il sera appelé à  être valorisé (i) par la création d'un nouveau type de microendoscope ("microendoscope polarimétrique") ;  (ii) ou par l'association du procédé à des microendoscopes existants, de type intensimétriques.
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