Imagerie polarimétrique de Mueller multispectrale appliquée à la colposcopie pour la caractérisation microstructurale du tissu cervical in vivo et la détection des lésions précancéreuses

Topic description Le cancer du col de l'utérus demeure un problème de santé majeur, notamment en raison de la difficulté à le détecter de manière précoce et fiable. La procédure conventionnelle de détection des lésions précancéreuses repose sur la colposcopie, qui utilise un colposcope (microscope binoculaire à faible grossissement) permettant la visualisation directe de la surface du col utérin après application de colorants tels que l'acide acétique et le lugol. Les zones présentant des colorations anormales sont ensuite biopsiées afin de confirmer, par analyse histologique, la présence éventuelle de lésions précancéreuses. Cependant, la colposcopie conventionnelle présente des limites importantes en termes de sensibilité, de spécificité et de reproductibilité. Cette thèse vise à exploiter l'imagerie polarimétrique de Mueller multispectrale appliquée à la colposcopie afin d'identifier des biomarqueurs optiques pertinents et robustes, capables de caractériser in vivo la microstructure du tissu cervical et de détecter efficacement les lésions précancéreuses. Dans ce contexte, un colposcope polarimétrique de Mueller multispectral a été conçu et développé au LPICM pour l'exploration in vivo du col de l'utérus. Le projet doctoral comprend plusieurs volets : • Optimisation instrumentale du colposcope polarimétrique de Mueller pour un usage clinique, spécifiquement pour l'application envisagée, en garantissant la stabilité, la répétabilité et la robustesse des mesures. • Acquisition d'images in vivo sur environ patientes, avec standardisation du protocole et localisation précise des zones biopsiées, afin d'assurer une correspondance fiable entre les signatures polarimétriques et les analyses histologiques. • Analyse polarimétrique et modélisation, incluant la reconstruction des matrices de Mueller et l'extraction de plusieurs paramètres polarimétriques à explorer, ainsi que le développement d'un modèle intégrant les principes physiques et biologiques de l'interaction lumière–tissu. L'objectif est d'identifier les paramètres polarimétriques les plus pertinents afin d'orienter le développement futur de méthodes d'analyse automatisée au sein de l'équipe, incluant des approches d'apprentissage profond, pour la classification des tissus et la détection des zones pathologiques. • Définition des biomarqueurs polarimétriques les plus pertinents, présentant une signification physique claire, une corrélation robuste avec l'histologie, une excellente répétabilité et un fort pouvoir discriminant pour détecter et classifier les lésions précancéreuses selon leur sévérité. La thèse fournira un ensemble structuré de biomarqueurs polarimétriques ainsi qu'un modèle physique de référence, prêts pour une validation clinique ultérieure, ouvrant ainsi la voie à l'intégration de la polarimétrie de Mueller comme outil complémentaire à la colposcopie conventionnelle pour une détection précoce efficace des lésions précancéreuses du col de l'utérus.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Cervical cancer remains a major public health issue, mainly due to the difficulty of diagnosing it early and reliably. The conventional procedure for detecting precancerous lesions relies on colposcopy, which uses a colposcope (low-magnification binocular microscope) to directly visualize the cervical surface after the application of contrast agents such as acetic acid and iodine. Areas showing abnormal staining are subsequently biopsied in order to confirm, through histological analysis, the possible presence of precancerous lesions. However, conventional colposcopy has significant limitations in terms of sensitivity, specificity, and reproducibility. This PhD project aims to exploit multispectral Mueller polarimetric imaging applied to colposcopy to identify relevant and robust optical biomarkers capable of characterizing the microstructure of cervical tissue in vivo and efficiently detecting precancerous lesions. In this context, a multispectral Mueller polarimetric colposcope has already been designed and developed at LPICM for in vivo exploration of the uterine cervix. The doctoral project includes several parts: • Instrumental optimization of the multispectral Mueller polarimetric colposcope for clinical use, specifically for the intended application, ensuring stability, repeatability, and robustness of the measurements. • Acquisition of in vivo images from approximately patients, using standardized clinical protocols and with a precise localization of biopsy sites, in order to ensure reliable correspondence between polarimetric signatures and histological analyses. • Polarimetric analysis and modeling, including reconstruction of Mueller matrices and extraction of multiple polarimetric parameters, as well as the development of a model integrating the physical and biological principles of light–tissue interaction. The objective is to identify the most relevant polarimetric parameters to guide the future development of automated analysis methods within the team, including deep-learning approaches, for tissue classification and detection of pathological areas. • Definition of the most relevant polarimetric biomarkers, with clear physical meaning, strong correlation with histology, excellent repeatability, and high discriminative power for detecting and classifying precancerous lesions according to their severity. This PhD project will provide a structured set of polarimetric biomarkers, along with a reference physical model, ready for subsequent clinical validation, thereby paving the way for the integration of Mueller polarimetry as a complementary tool to conventional colposcopy for the effective early detection of precancerous cervical lesions.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Début de la thèse : 01/01/ Funding category Funding further details En emploi à titre principal*