Posted on : Wednesday 7 April 2021

Job title : These-Modélisation 3D- UTC

Organization : La thèse se déroulera dans le cadre d'un programme de recherche en cours entre l'hôpital Saint-Antoine de l’AP-HP, l'Institut des systèmes intelligents et de robotique (ISIR) et le laboratoire de biomécanique et bio ingénierie (BMBI) de l'Université de Technologie de Compiègne.

Mission : Modélisation 3D des voies biliaires pour l'amélioration de la cholangiopancréatographie rétrograde par voie endoscopique (CPRE).
CONTEXTE
La cholangiopancréatographie rétrograde par voie endoscopique (CPRE) est un geste d'endoscopie digestive permettant d'intervenir au niveau des voies biliaires et pancréatiques pour traiter la maladie lithiasique (2 à 4% de la population touchée au cours de sa vie) et les néoplasies bilio-pancréatiques (2000 nouveaux cas de cancer des voies biliaires et 14000 nouveaux cas de cancer du pancréas par an en France). Ce geste invasif de CPRE est techniquement complexe car il nécessite deux étapes distinctes qui peuvent potentiellement chacune échouer. La première est l'accès, par les voies digestives jusqu'au duodénum, à la papille majeure en utilisant un endoscope à vision latérale appelé duodénoscope. La seconde, appelée canulation, consiste à pénétrer, via cette papille majeure, dans les voies biliaires à l'aide d'un cathéter fin, équipé de différents instruments pour effectuer l’intervention proprement dite. Ce double accès endoluminal, pratiquement unique dans toutes les spécialités médicales, entraîne, de par sa technicité, environ 2% d'échec de la procédure et 20% de gestes complexes source de 4 à 9% de complications qui peuvent être graves pour le patient.
OBJECTIF
L'objectif principal est l'amélioration et la sécurisation globale de la CPRE en développant de nouveaux outils d'aide au pilotage et au guidage des instruments utilisés, de manière à diminuer les échecs et les complications de la CPRE au bénéfice du patient. Le docteur Aymeric Becq, chef de clinique dans le service d'endoscopie digestive de l'hôpital Saint-Antoine, effectue actuellement sa thèse de doctorat pour montrer la faisabilité technique et clinique de trois axes essentiels : le monitoring 3D peropératoire des voies bilio-pancréatiques, le tracking en temps-réel des instruments de CPRE et la mise au point d'instruments actifs de nouvelle génération pour la CPRE.
La pierre angulaire de ce programme est la construction de modèles numériques 3D précis des voies biliaires spécifiques à chaque patient en utilisant des méthodes de segmentation d’images médicales provenant d’examens d’imagerie préopératoires de type bili-IRM. La faisabilité de cette modélisation a bien été démontrée par un travail préliminaire de Master à BMBI dans une configuration minimale : à partir de bili-IRM pondérées en T2 pour lesquelles la bile apparait en hyper signal, sur des cas simples et en utilisant des algorithmes de segmentation dits de bas-niveau car s'appuyant exclusivement sur les niveaux de gris des pixels. Cependant, plusieurs verrous restent encore à lever pour généraliser l’approche. D'une part, lorsque les voies biliaires sont obstruées, le signal de la bile disparait des bili-IRM et il devient très difficile de localiser leurs parois et de proposer une reconstruction 3D réaliste. D'autre part, la labélisation automatique des différentes branches anatomiques de l’arbre biliaire est un réel défi car, dans de nombreux cas pathologiques, cet arbre biliaire est déformé (avec notamment des secteurs dilatés) rendant son interprétation très difficile. Enfin, l’endoscopiste doit avoir à disposition, un outil logiciel ergonomique, automatisé et répondant aux exigences réglementaires, afin de pouvoir facilement en faire usage en pratique clinique.
DESCRIPTION
Il s'agit donc, dans cette nouvelle thèse, de consolider et perfectionner la reconstruction 3D des voies biliaires en suivant trois pistes d’investigation :
1. Intégrer des connaissances a priori des voies biliaires (propriétés géométriques, topologiques et anatomiques par exemple) dans les algorithmes de segmentation des images afin de rendre plus robustes les modèles obtenus ;
2. Étudier le potentiel d’une fusion avec d'autres séquences d'IRM ou d'autres modalités d'imagerie pour segmenter et localiser les parois des voies biliaires dans toutes les situations cliniques que le médecin peut rencontrer ;
3. Proposer un outil ergonomique, interactif et conforme à la règlementation européenne pour un usage médical.
Les modèles numériques 3D obtenus profiteront à l’opérateur de CPRE en tant qu’outils d’assistance à la planification du geste et à la localisation peropératoire (monitoring). Ils serviront aussi de point de départ à la chaine numérique de réalisation de fantômes physiques imprimables en 3D pour l’entraînement et la mise au point de gestuelles particulières (cathéters actifs nouvelle génération). Enfin, dans le cadre de recherches en cours, ils pourront être exploités comme environnement de réalité augmentée pour le suivi automatisé des instruments interventionnels de CPRE (tracking).
Les étapes de la démarche scientifique adoptée permettront
• de faire l'état de l'art des méthodes de segmentation intégrant des connaissances a priori (numériques ou thématiques) et/ou combinant des approches de machine learning (BMBI),
• de tester les méthodes les plus adaptées au problème spécifique de la CPRE (BMBI, hôpital Saint-Antoine),
• de développer un outil logiciel complet selon les normes en vigueur (EN 62304 et EN 62366) en collaboration avec les utilisateurs cliniciens (BMBI, hôpital Saint-Antoine, ISIR),.
• d’évaluer l’impact de l’usage de cet outil par les cliniciens sur leur pratique (BMBI, hôpital Saint-Antoine, ISIR),
Ce projet de thèse partant d’un besoin clinique clairement identifié, est en parfaite adéquation avec les objectifs du programme de l’IUIS en favorisant la co-conception d’un outil logiciel pour faciliter à la fois la préparation mais aussi l’exécution du geste de la CPRE. Il participera également à la formation des cliniciens et aux tests de nouveaux cathéters actifs afin d’améliorer le succès du geste technique pour une meilleure prise en charge des patients.
DIRECTION DE THESE.

-Mme Marine Camus Duboc, maitre de conférences praticien hospitalier dans le service d’endoscopie digestive de l’hôpital Saint-Antoine, titulaire de l'HdR. Mme Camus Duboc apportera ses compétences d'expert clinicien en CPRE à tous les stades de développement du logiciel depuis la phase de spécification jusqu’à l’étape de validation.
-Mme Isabelle Claude, maitre de conférences HC, spécialiste du traitement d'images médicales dans l’équipe Interactions Fluides/Structures Biologiques de BMBI.

Locality : Université de technologie de Compiègne

Remuneration :

Degrees required : Le candidat aura une formation poussée en traitement d'images, analyse de données, programmation et conception logicielle et aura une appétence certaine pour le génie biomédical, intégrant la pluridisciplinarité du domaine (besoin clinique, sécurité et qualité des soins, ingénierie d'aptitude à l'usage, innovation, etc.).

Skills required :

Contact : Isabelle CLAUDE / Isabelle.Claude@utc.fr