Thèse Conception d'Une Sonde de Détection de Positons Endoscopique et Laparoscopique pour la Localisation Per-Opératoire de Tumeurs Radiomarquées H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie Direction de la thèse : Laurent MÉNARD ORCID 0000000178671881 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59 La précision de l'ablation chirurgicale des tissus tumoraux est l'une des étapes essentielles dans la stratégie thérapeutique contre le cancer. L'enjeu est de définir le plus précisément possible les marges de la résection pour minimiser la probabilité de lésions tumorales résiduelles tout en en limitant l'incidence sur les tissus sains. Dans ce contexte, les méthodes de contrôle per-opératoire basées sur l'utilisation des traceurs radioactifs couplés à des sondes miniaturisées connaissent un essor important. Parmi ces méthodes, la détection per-opératoire de radiopharmaceutiques marqués avec des émetteurs de positons, comme le 18F-FDG, demeure encore très peu utilisée aujourd'hui en dépit de ses avantages intrinsèques sur l'émission gamma pour la localisation de petite volumes tumoraux radiomarqués. Le faible parcours des particules beta dans les tissus mous (~1 mm dans l'eau pour le 18F) permet tout d'abord d'augmenter le rapport signal-sur-bruit en éliminant la contamination provenant de zones d'accumulation non-spécifique du radiotraceur. La détection directe de particules beta permet également d'atteindre des sensibilités de deux à trois ordres de grandeur supérieurs à celles des sondes gamma. En contrepartie, la courte portée des particules chargées dans les tissus mous impose au détecteur d'être extrêmement compact pour pouvoir fonctionner dans la plaie opératoire, au contact des tissus tumoraux. Ce défi est particulièrement marqué dans les chirurgies invasives réalisées par voie endoscopique ou laparoscopique, où les moyens de détection per-opératoire restent limités. Une telle approche serait particulièrement utile en urologie et en chirurgie digestive, notamment pour des pathologies associant l'existence de radiotraceurs adaptés à un risque élevé de récidive comme le cancer de la prostate (68Ga-PSMA-11, 8F-DCFPyL, 18F-choline), les tumeurs hépatiques (18F-choline) et les tumeurs gastro-intestinales (18F-FDG).Dans ce contexte, l'entreprise BEAMS a développé la sonde de détection beta TRIOP pour la localisation per-opératoire de tissus tumoraux lors de chirurgies ouvertes. Toutefois, son architecture actuelle reste difficilement compatible avec les contraintes d'encombrement des instruments utilisés en endoscopie et en laparoscopie. Cette thèse vise à développer, optimiser et évaluer une sonde miniaturisée capable de détecter avec une forte sensibilité les particules issues de radiotraceurs oncologiques, tout en respectant les contraintes de compacité et d'intégration propres aux instruments invasifs. L'intégration des informations fournies par la sonde avec celles d'autres outils mis à la disposition du chirurgien (i.e. imagerie optique) sera également étudiée. Ce projet est mené en collaboration entre la société BEAMS, le laboratoire IJCLab et l'hôpital Henri-Mondor.Plus précisément, le projet est articulé autour de quatre objectifs principaux qui constituent le coeur de la proposition de thèse :1) Optimiser à la fois la géométrie du détecteur à l'aide de simulation Monte Carlo et le fonctionnement de chaque brique de détection (scintillateur, photodétecteur, électronique de lecture, ...) à partir d'une caractérisation fine de leurs fonctionnements2) Caractériser et étalonner la réponse de la sonde (résolution spatiale, sensibilité, bruit de fond gamma, bruit, temps mort...) à l'aide de sources scellés. Implémenter si nécessaire des méthodes de correction des différents biais. 3) Évaluer la capacité de la sonde à localiser des foyers tumoraux dans un contexte clinique (fantômes radioactifs, sphéroïdes radiomarqués et modèles animaux)4) Développer des algorithmes de recalage et de fusion de données permettant de superposer la distribution spatiale de la concentration du traceur radioactif mesurée par la sonde beta et l'image optique de la plaie opératoire fournie par une caméra endoscopique. La précision de l'ablation des tissus tumoraux est essentielle pour éliminer efficacement le cancer tout en préservant les tissus sains. Les méthodes per-opératoires utilisant des traceurs radioactifs et des sondes miniaturisées se développent fortement. La détection de radiopharmaceutiques émetteurs de positons, comme le 18F-FDG, offre une meilleure sensibilité et un meilleur rapport signal/bruit que les sondes gamma classiques. Cependant, la faible portée des particules bêta impose l'utilisation de détecteurs très compacts, particulièrement dans le cas de chirurgies endoscopiques et laparoscopiques. Cette thèse vise à développer, optimiser et évaluer une sonde miniaturisée capable de localiser avec une forte sensibilité les particules beta issues de radiotraceurs oncologiques pour la chirurgie endoscopique ou laparoscopique de pathologies cancéreuses. Le développement d'une sonde miniaturisée de détection beta dédiée à la chirurgie endoscopique et laparoscopique s'appuiera sur l'expérience acquise par la société Beams et le laboratoire IJClab dans le domaine de la chirurgie radio-guidée et de l'instrumentation nucléaire associée. Le projet est articulé autour de quatre objectifs principaux qui constituent le coeur de la proposition de thèse :1) Optimiser à la fois la géométrie du détecteur à l'aide de simulation Monte Carlo et le fonctionnement de chaque brique de détection (scintillateur, photodétecteur, électronique de lecture, ...) à partir d'une caractérisation fine de leurs fonctionnements2) Caractériser et étalonner la réponse de la sonde (résolution spatiale, sensibilité, bruit de fond gamma, bruit, temps mort...) à l'aide de sources scellés. Implémenter si nécessaire des méthodes de correction des différents biais. 3) Évaluer la capacité de la sonde à localiser des foyers tumoraux dans un contexte clinique (fantômes radioactifs, sphéroïdes radiomarqués et modèles animaux) 4) Évaluer cliniquement l'intérêt dosimétrique de la caméra dans le cadre du traitement des cancers et des maladies bénignes de la thyroïde.4) Développer des algorithmes de recalage et de fusion de données permettant de superposer la distribution spatiale de la concentration du traceur radioactif mesurée par la sonde beta et l'image optique de la plaie opératoire fournie par une caméra endoscopique.

Le/la candidat.e idéal.e aura une formation en physique subatomique ou en physique médicale. Il/elle devrait avoir un goût prononcé pour l'instrumentation, impliquant la conception, le développement et la caractérisation de dispositifs d'imagerie basés sur la simulation. Des compétences en dosimétrie seraient considérées comme un atout. Plus généralement, une bonne maîtrise de la programmation informatique est requise. Enfin, la nature multidisciplinaire du sujet proposé exigera de la rigueur et un sens des relations pour interagir avec les différents partenaires (ingénieur, radiophysicien, médecin nucléaire) et pour coordonner les actions des différentes parties du projet.

• Programmation
• Instrumentation