High-resolution in depth imaging of biological tissue using Full-Field Optical Coherence Tomography : instrumental and multimodal strategies targeting the intraoperative diagnosis of cancer

Parmi les diverses méthodes d’imagerie médicales, les méthodes d’imagerie optique connaissent depuis une vingtaine d’années un développement significatif. Parmi les techniques d’imagerie optique récemment mises en œuvre, la Tomographie Optique Cohérente Plein Champ – ou OCT Plein Champ – présente des caractéristiques remarquables, en particulier en termes de résolution et de simplicité instrumentale, permettant d’envisager son application au domaine du diagnostic du cancer. Cette thèse décrit la conception et la mise en œuvre de dispositifs d’OCT Plein Champ pour utilisation en contexte clinique, afin d’évaluer la performance de la technique pour le diagnostic peropératoire du cancer, en vue de son amélioration et optimisation. Dans cet objectif nous avons réalisé des travaux regroupés en 2 axes : Une partie translationnelle, consistant à développer un dispositif de microscopie optique par OCT Plein Champ répondant au besoin clinique pour le diagnostic peropératoire du cancer sur biopsies, en vue de l’évaluation de ses performances de diagnostic sur plusieurs problématiques cliniques : le diagnostic peropératoire du tissu mammaire, de résection de cerveau, ainsi que la qualification préopératoire de greffons cornéens. Une partie exploratoire, principalement instrumentale, dédiée à l’amélioration des performances de diagnostic de la technique, proposant de nouvelles approches multimodales (contraste de fluorescence, contraste dynamique) et multi-échelles, ou encore la déclinaison du dispositif sous la forme d’un endoscope rigide portable utilisable en contexte clinique.Among medical imaging techniques, optical imaging methods have been significantly developped during the past decades. More specifically, among recently proposed optical imaging techniques, Full-Field Optical Coherence Tomography – or FFOCT – provides unique capabilities, in particular regarding resolution and instrumental simplicity, which allows to consider its application to cancer diagnosis. This thesis demonstrates the design and implementation of new FFOCT devices for use in a clinical context, targeting improvement and optimization of the technique. Two major development parts have been realized : A translational part, comprising the development of a FFOCT microscope adapted to a clinical use for intraoperative diagnosis of cancer on tissue biopsies, and the assessment of its diagnosis performance for several clinical cases : the intraoperative diagnosis of breast tissue, of brain resections, and the preoperative qualification of corneal grafts. A research part - mainly instrumental - targeting the improvement of the diagnosis performance of the technique, based on new multimodal (fluorescence contrast, dynamic contrast) and multiscale approaches, or on the miniaturization of the device by developing a handheld rigid endoscope for clinical use