Advanced 3D Reconstruction of The Bile Duct and Liver for Endoscopic Retrograde Cholangiopancreatography

**Advanced 3D Reconstruction of the Bile Duct and Liver for Endoscopic Retrograde Cholangiopancreatography (ERlangiopancréatographie rétrograde par voie endoscopique (CPRE)**:

- Réf **ABG-128867**
- Sujet de Thèse
- 25/02/2025
- Contrat doctoral
- Laboratoire de Biomécanique et de Bio-ingénierie BMBI -Université de Technologie de Compiègne
- Lieu de travail- Compiègne - Les Hauts de France - France
- Intitulé du sujet- Advanced 3D Reconstruction of the Bile Duct and Liver for Endoscopic Retrograde Cholangiopancreatography (ERlangiopancréatographie rétrograde par voie endoscopique (CPRE)
- Champs scientifiques- Sciences de l’ingénieur
- Numérique
- Santé, médecine humaine, vétérinaire
- Mots clés- imagerie médicale, reconstruction 3D multi-organe, segmentation multi-modalités, pathologies biliaires, apprentissage profond

**Description du sujet**:
**Description du sujet**

**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 cannulation, 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**
- Un programme de recherche soutenu par l’ANR (projet MAAGIE) est en cours entre l'hôpital Saint-Antoine et l’hôpital Mondor de l’AP-HP, l'Institut des systèmes intelligents et de robotique (ISIR), le laboratoire d’informatique de Paris (LIP6) et le laboratoire de biomécanique et bio ingénierie (BMBI) dont 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. La faisabilité de la reconstruction 3D des voies biliaires, du monitoring 3D peropératoire des voies bilio-pancréatiques, du tracking en temps-réel des instruments de CPRE et de la mise au point d'instruments actifs de nouvelle génération pour la CPRE a été démontré lors de 3 thèses de doctorat soutenues en 2024 [1, 2, 3].
- Concernant plus précisément la reconstruction 3D des voies biliaires, un modèle d’apprentissage profond de type U-Net, utilisant une base de données de cholangio-IRM (séquence IRM spécifique permettant de visualiser la bile en hypersignal) a été mis au point et a donné de bons résultats dans de nombreux cas pathologiques, mais reste limité lors de cholangiocarcinome du hile hépatique. En effet, lorsque les voies biliaires sont obstruées, le signal de la bile disparait des cholangio -IRM et il devient très difficile de localiser leurs parois et de proposer une reconstruction 3D réaliste. D'autre part, une première étude de segmentation du foie à partir d’images tomodensitométriques (CT) ainsi qu’un étiquetage des différentes voies biliaires a été proposé dans le but d’évaluer le volume de foie drainé par chaque voie. Cependant cette labélisation automatique est un réel défi car, dans de nombreux cas pathologiques, cet arbre biliaire est déformé (avec notamment des secteurs très dilatés) rendant son interprétation 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.

**Descriptif**:

- Il s'agit donc, dans cette nouvelle thèse, de perfectionner la reconstruction 3D des voies biliaires et celle du foie en vue de son exploitation clinique, en suivant trois pistes d’investigation:

- 1. Intégrer des connaissances a priori des voies biliaires (propriétés géométriques, et anatomiques) dans les contraintes d’apprentissage du modèle U-Net, afin de prendre en compte les caractéristiques topologiques de l’arbre biliaire
- 2. Étudier le potentiel d’une fusion de données avec d'autres séquences d'IRM ou d'autres modalités d'imagerie, comme les examens CT disponibles pour chaque patient, pour compléter la localisation des parois des voies biliaires et leur connexion au foie dans toutes les situations cliniques que le médecin peut rencontre