Three-dimensional infrared imaging for chronic kidney disease investigation

L’insuffisance rénale chronique (IRC) et l’une des pires maladies chroniques dans les pays développés. Les grades de l’IRC sont principalement basés sur la mesure ou l’estimation du taux de filtration rénale (GFR). Cependant, cette méthode est peu sensible sur les premiers stades de la pathologie et n’apporte donc pas de valeur diagnostique. La détection de la pathologie à des stades précoces et son traitement peuvent éviter ou limiter les effets délétères de la chronicité. Cette thèse se penche sur le développement de la microscopie IRTF en tant qu’outil diagnostic pour l’identification par histopathologie à l’échelle du glomérule dans un modèle d’IRC. Nous avons développé la technique de reconstruction 3D pour l’imagerie IRTF des modifications biochimiques à l’échelle du glomérule pour déterminer des marqueurs de l’IRC. La déconvolution spectrale et le clustering sont appliqués après analyses IRTF pour distinguer les modèles sains et pathologiques. Ensuite, la microvasculature glomérulaire est révélée par agent de contraste pour en déterminer les anomalies morphologiques. Grâce aux résultats obtenus en 3D et l’utilisation de méthodes statistiques avancées, la microscopie IRTF est utilisée comme une technique fonctionnelle pour déterminer les modifications morphologiques et moléculaires apparaissant au cours du développement de l’IRC.CKD (Chronic Kidney Disease) is one of the worst public diseases in developing countries. The stages of CKD are mainly based on measured or estimated GFR (Glomerular Filtration Rate). However, this method is not sensitive enough on early stages of the pathology and thus do not offer accurate diagnostic value. Early detection and treatment can often limit or avoid the chronicity effects of the disease. This thesis focuses on the development of FTIR microscopy as a diagnostic tool for the identification by histopathology at glomerulus level of the kidney in CKD model. We developed a technique of 3D reconstruction for the FTIR imaging of biochemical components changes in glomeruli for identifying the pathological marker of CKD. The curve-fitting and spectral clustering are applied on the FTIR microscopy analysis to distinguish between healthy and pathological glomeruli of a kidney. Then, the glomerular microvasculatureis highlighted to reveal the morphological abnormalities by perfusing contrast agents into blood vessels. With advanced 3D statistical methods and 3D image visualization by microscopy, FTIR spectro-imaging can be used as a functional technique to determine the morphological and molecular changes occurring along CKD development