Multimodal optical tomography for skin cancer diagnosis

Selon l'Organisation Mondiale de la Santé, 1/3 des cancers est un cancer de la peau. Actuellement, le diagnostic des cancers cutanés est basé sur un examen clinique suivi d'une biopsie et d'une analyse histologique. Cependant cette procédure est invasive et chronophage. De plus, la biopsie étant décidée à partir d'une inspection visuelle en surface de la peau, de nombreux cancers sont manqués à un stade précoce alors qu'ils sont encore curables.La tomographie par cohérence optique confocale à balayage de ligne (LC-OCT) est une technique d'imagerie interférométrique inventée au Laboratoire Charles Fabry à l'Institut d'Optique, et développée par l'entreprise DAMAE Medical. La LC-OCT permet de réaliser des biopsies optiques in vivo en fournissant des images à l'échelle cellulaire des lésions cutanées de façon non invasive. Cependant, la LC-OCT apporte uniquement une information morphologique, là où l'histologie apporte une information fonctionnelle complémentaire grâce à l'application de colorants, se fixant sélectivement sur certaines structures de l'échantillon.Dans ce manuscrit, nous présentons les développements menés pour apporter des informations complémentaires à l'imagerie LC-OCT, en suivant deux approches différentes. Dans une première approche, nous investiguons l'apport d'informations complémentaires à partir d'images existantes, en extrayant les propriétés optiques de diffusion (coefficient de diffusion et facteur d'anisotropie de diffusion) des échantillons imagés, à une échelle macroscopique. Dans une seconde approche, nous présentons le couplage de la LC-OCT à la microspectroscopie Raman confocale, une technique basée sur l'analyse des vibrations des liaisons chimiques, permettant d'apporter des informations moléculaires locales au sein d'une image 3D de LC-OCT.According to the World Health Organization, 1/3 of all cancers are skin cancer. The diagnosis of skin cancers is based on a clinical examination followed by a biopsy and a histological analysis. Moreover, since the biopsy is decided on the basis of a visual inspection of the skin surface, many cancers are missed at an early stage when they are still curable. Line-field confocal optical coherence tomography (LC-OCT) is an interferometric imaging technique invented at the Charles Fabry Laboratory at the Institut d’Optique, and developed by the company DAMAE Medical. LC-OCT allows to perform optical biopsies in vivo, providing cell-level images of skin lesions in a non-invasive manner. However, LC-OCT only provides morphological information, whereas histology provides complementary functional information through the use of dyes, which selectively bind to specific structures in the sample.In this manuscript, we present the developments carried out to bring complementary information to LC-OCT imaging, based on two different approaches. In a first approach, we investigate how complementary information can be obtained from existing images, by extracting the optical scattering properties (scattering coefficient and scattering anisotropy factor) from LC-OCT images at a macroscopic scale. In a second approach, we present the coupling of LC-OCT to confocal Raman microspectroscopy, a technique based on the analysis of chemical bond vibrations, allowing to provide local molecular information within a 3D LC-OCT image