Tomographie par cohérence optique plein champ des biopsies de la prostate : un pas vers le diagnostic pré-histologique ?

25 janvier 2014

Auteurs : F. Beuvon, E. Dalimier, F. Cornud, N. Barry Delongchamps
Référence : Prog Urol, 2014, 1, 24, 22-30
Objectif

Évaluer la valeur diagnostique de la tomographie par cohérence optique plein champ (FFOCT) sur biopsies de la prostate.

Patients et méthode

Huit patients consécutifs soumis à des biopsies de la prostate en raison d’une élévation du PSA ou d’une anomalie au toucher rectal, ont été inclus dans cette étude. Pour chaque patient, une à trois carottes biopsiques ont été analysées en imagerie par cohérence optique plein champ immédiatement après leur prélèvement. Les images obtenues ont été analysées en aveugle par un anatomopathologiste, et classées en trois catégories : tissu non carcinomateux, tissu suspect de malignité et adénocarcinome. Une analyse de corrélation anatomopathologique a été ensuite réalisée.

Résultats

Seize carottes biopsiques ont été imagées avant analyse anatomopathologique. La durée médiane de la technique était de quatre (3–5) minutes. En histologie standard (coloration HES), aucun artefact n’a été noté. Six carottes étaient envahies par un cancer, huit carottes étaient indemnes de cancer, et deux carottes étaient suspectes de cancer sans diagnostic formel. Une analyse immuno-histochimique a confirmé l’existence d’un cancer dans une seule de ces deux carottes. La concordance entre le résultat de l’analyse optique et histologique était correcte dans 13 cas sur 16 (81 %). Les trois cas de discordance diagnostique étaient dus à deux faux négatifs et à un faux positif de l’analyse optique.

Conclusions

La FFOCT des biopsies de la prostate semblait être une technique faisable et donne, dans la majorité des cas, des résultats concordants avec ceux de l’analyse histologique.




 




Introduction


Les recherches en imagerie optique ont conduit au développement de la technologie full field optical coherence tomography (FFOCT) ou tomographie par cohérence optique plein champ, permettant de réaliser des images volumiques d'échantillons tissulaires avec une résolution de l'ordre du micron dans les trois dimensions [1]. Le Light-CTâ„¢ Scanner (LLTech [Light for Life Technologies], Paris, France) est donc un appareil d'imagerie optique non invasif des tissus frais. L'image obtenue permet d'analyser la structure des tissus en temps réel et à l'échelle cellulaire.


Une perspective clinique intéressante d'application de la technologie FFOCT serait d'évaluer, en temps réel, la nature des prélèvements biopsiques de la prostate, afin d'orienter le nombre et la localisation des prélèvements additionnels. L'objectif de cette étude pilote était donc d'évaluer la faisabilité et la valeur diagnostique de cette technique sur carotte biopsique de la prostate, par analyse de corrélation anatomopathologique.


Patients et méthode


Inclusion des patients


Depuis juin 2011, une IRM multiparamétrique (IRMm) de la prostate est proposée avant biopsies de la prostate à tous les patients ayant une suspicion de cancer de la prostate à risque faible D'Amico. En février 2013, huit patients consécutifs ont été inclus dans l'étude.


Biopsies prostatiques


Les biopsies de prostate ont été effectuées en ambulatoire, selon les recommandations de bonne pratique [2]. Chez tous les patients, 12 biopsies systématisées ont été réalisées, dont six dans chaque lobe, à la base, la zone médiane et l'apex, en ZP médiane et latérale. En cas de cible IRM, trois biopsies ciblées additionnelles ont été réalisées par fusion d'image IRM-échographie. Tous les prélèvements biopsiques ont été identifiés et inclus séparément.


Sélection des prélèvements biopsiques


Pour chaque patient, une à trois carottes biopsiques ont été sélectionnées au hasard parmi l'ensemble des prélèvements, et imagées à la fin de la séance de biopsies.


Tomographie par cohérence optique plein champ


Après immersion dans une solution de formol dilué à 10 %, les carottes biopsiques ont été imagées avec un appareil de FFOCT commercialisé par LLTech, le Light-CT Scanner (Figure 1a). Le système était composé d'un microscope basé sur un interféromètre de type Linnik (Figure 1b). Une source halogène dont le spectre était filtré dans le rouge (autour de 700nm) était utilisée pour illuminer à la fois l'échantillon et un miroir de référence. La lumière rétrodiffusée par l'échantillon était recombinée avec celle réfléchie par le miroir de référence pour obtenir un signal d'interférence sur la caméra. Le signal correspondant à une coupe précise dans l'échantillon était sélectionné par la combinaison de quatre images interférométriques avec différents décalages de phase. Le système permettait ainsi d'obtenir des images de 800μm par 800μm avec une résolution axiale de 1μm, une résolution transverse de 1,5μm, et à une fréquence de 35Hz. De plus grands champs pouvaient être imagés automatiquement en collant bout à bout plusieurs images, et des piles d'images pouvaient être obtenues en profondeur en déplaçant la tête optique par rapport à l'échantillon. La carotte biopsique était placée dans un porte-échantillon dédié et délicatement plaquée contre une lame en verre. De l'huile optique était ensuite déposée sur la lame pour assurer un contact avec l'objectif. Une photo macro de la biopsie était prise par l'appareil. L'utilisateur lançait ensuite l'acquisition automatique de l'image en utilisant l'image macro pour définir la surface d'acquisition (totalité de la biopsie). L'image était obtenue à une profondeur de 20 à 30 microns sous la surface de la carotte biopsique. Quarante images étaient moyennées pour réduire le bruit. La durée d'acquisition et de collage des images sur toute la surface de la carotte biopsique était d'environ troisminutes.


Figure 1
Figure 1. 

Imagerie par tomographie par cohérence optique plein champ. a : photographie du Light-CT scanner qui comprend le système optique, la source lumineuse et l'ordinateur ; b : schéma du système optique basé sur un interféromètre de Linnik ; c : image optique d'une biopsie ; d : image scannée de la lame haematoxylin éosine safran (HES) correspondant.




Analyse histologique


Immédiatement après l'analyse optique des prélèvements, l'ensemble des carottes biopsiques était adressé en anatomopathologies et analysé selon les recommandations de bonne pratique [2]. En cas de doute diagnostique, une étude complémentaire par immuno-histochimie était réalisée, incluant un marquage à la P63 et la P504S/alpha-methylacyl-CoA racemase. En cas de cancer identifié sur les biopsies, la longueur de cancer, le pourcentage d'envahissement tumoral ainsi que le score de Gleason étaient précisés.


Analyse en tomographie par cohérence optique plein champ


Les images optiques des prélèvements biopsiques sélectionnés ont été analysées indépendamment et en aveugle par un pathologiste n'ayant pas pratiqué l'analyse histologique diagnostique des biopsies. Trois résultats possibles étaient attribués : existence de cancer, diagnostic suspect et absence de cancer. En cas de cancer identifié, le score de Gleason était précisé.


Résultats


Seize carottes biopsiques ont été imagées en OCT plein champ avant analyse anatomopathologique. Leurs caractéristiques histologiques ont été détaillées dans le Tableau 1. En microscopie optique standard (coloration HES), six carottes étaient envahies par un cancer de la prostate, huit carottes étaient indemnes de cancer, et deux carottes étaient suspectes de cancer sans diagnostic formel. Une analyse immuno-histochimique a confirmé l'existence d'un cancer dans une seule de ces deux carottes.


La durée médiane de la technique OCT plein champ était de quatre (3-5) minutes. Le stroma prostatique était facilement reconnaissable. Le muscle lisse avait l'aspect de faisceaux gris allongés en structures serrées, et séparés par un fin matériel conjonctif collagène blanc intense. Le tissu adipeux avait un aspect alvéolaire de couleur noire. Les vaisseaux avaient un aspect tubulaire, de petite taille et régulier.


Dans huit cas, le tissu analysé a été considéré comme non tumoral. Les glandes considérées comme normales étaient globalement lobulées, régulièrement réparties, séparées par des septas de stroma. Les glandes constitutives étaient centrées d'une lumière grise foncée, de taille variable, et bordée d'un liseré blanchâtre (épithélial) festonné. Il était parfois possible de reconnaître, après grossissement, les deux assises cellulaires luminales et basales. Les glandes dystrophiques adénomateuses ou kystiques avaient une architecture d'ensemble plus irrégulière mais restant organoïde. Elles alternaient des aspects proches de glandes normales avec des formations de grande taille arrondies cernées d'un trait fin épithélial plus clair (kystes).


Dans quatre cas, le tissu analysé a été considéré comme tumoral. Les glandes prostatiques considérées comme carcinomateuses avaient une architecture d'ensemble pommelée, gris clair, formée de structures rondes rigides, de petite taille et homogène. Certaines glandes tumorales étaient séparées par un espace stromal régulier et étaient classées de bas grades de Gleason (2 et 3). Les glandes ou massif de taille plus grande et variable, espacées plus irrégulièrement, étaient classées en grade 4. Une lumière centrale (noire) punctiforme était parfois visible.


Enfin, dans quatre autres cas, le tissu prostatique avait un aspect atypique sans critère formel de malignité. Ces carottes ont donc été considérées comme suspectes.


La concordance entre le résultat de l'analyse en OCT plein champ et l'analyse histologique HES était correcte dans 13 cas (81,25 %, Tableau 1).


Discussion


Le principe de l'OCT repose sur le phénomène d'interférence de la lumière rétrodiffusée par les tissus [3]. Des images en deux, voire trois dimensions d'un objet semi-transparent peuvent ainsi être obtenues en balayant le faisceau lumineux envoyé sur l'objet [4]. Le contraste des images OCT résulte des inhomogénéités de l'indice de réfraction au sein du tissu. L'image tomographique obtenue est orientée perpendiculairement à la surface de l'objet. La résolution spatiale de l'OCT, meilleure que celle de l'IRM ou de l'échographie, s'approche de celle de la microscopie optique. Enfin, la profondeur d'imagerie accessible est supérieure à celle de la microscopie. Le principal domaine médical d'application de l'OCT est l'ophtalmologie, où la technique est devenue un standard pour visualiser les différentes couches constitutives de la rétine humaine in situ [5]. L'examen par OCT permet en particulier le diagnostic et le suivi de la dégénérescence maculaire liée à l'âge et la rétinopathie diabétique, de même que la mesure de l'angle iridocornéen pour le diagnostic et le suivi du glaucome [5]. En urologie, l'OCT est encore une technique expérimentale. Elle a été évaluée principalement pour la détection et la caractérisation des tumeurs de vessie en endoscopie [6], la caractérisation des bandelettes vasculonerveuses et des marges opératoires pendant la prostatectomie radicale [7], et la caractérisation peropératoire des tumeurs rénales [8].


L'acquisition point par point en OCT nécessite de multiples acquisitions pour obtenir une impression globale de la structure tissulaire imagée. L'image analysée est orientée perpendiculairement à la surface du tissu, rendant son interprétation difficile. En outre, la résolution axiale reste limitée par l'utilisation de puissantes sources lumineuses à spectre fin ; la résolution transverse est quant à elle limitée par l'utilisation d'optiques à faible ouverture qui permettent le scan vertical. Une approche alternative a été développée récemment, dans laquelle les images sont obtenues sans balayage de faisceau. Dans cette technique, appelée OCT plein champ, les images correspondent à une coupe tissulaire car elles sont produites en face et non vers la profondeur, par combinaison de plusieurs images interférométriques sur une caméra [1]. Tout le champ imagé est éclairé avec de la lumière de faible cohérence temporelle et spatiale produite par une lampe halogène. Le tissu est ensuite déplacé verticalement pour imager en profondeur. Cette configuration permet d'améliorer à la fois la résolution axiale (par une source à spectre plus large), et la résolution transverse (par des objectifs plus ouverts) du système. Les images tomographiques en face ont une résolution axiale et transverse théorique de l'ordre du micromètre, mais celle-ci tend à se dégrader au fur et à mesure que la profondeur d'imagerie augmente. Elle permet néanmoins de réaliser des coupes tissulaires jusqu'à quelques centaines de microns de profondeur, en fonction du tissu imagé. La pertinence clinique de cette méthode a été confirmée par analyse des images et corrélation anatomopathologique sur une large variété de tissus excisés, incluant notamment la peau, le tissu mammaire et le cerveau [9, 10, 11, 12]. En urologie, une étude a montré la visualisation in situ de la spermatogénèse sur des modèles de rat, ouvrant des perspectives pour une utilisation en temps réel sur l'homme lors des extractions de sperme par microdissection testiculaire [13].


Dans le domaine médical, l'OCT plein champ pourrait potentiellement avoir un rôle dans le diagnostic peropératoire extemporané, pour guider le geste chirurgical sans avoir recours aux techniques classiques d'histologie. Cela serait le cas par exemple dans la prise en charge chirurgicale du cancer du sein, en permettant d'apprécier les marges chirurgicales des tumorectomies et l'analyse des ganglions sentinelles. En urologie, une telle technique pourrait potentiellement avoir sa place dans la stratégie globale du dépistage du cancer de la prostate. Le développement de l'IRM multiparamétrique de la prostate a montré son intérêt dans la détection et la caractérisation des foyers tumoraux de plus de 0,2cm3 chez les patients ayant un cancer de la prostate [14, 15, 16, 17]. Plusieurs études récentes ont suggéré que la stratégie des biopsies ciblées par l'IRM, sans biopsies systématisées additionnelles, permettrait d'optimiser le dépistage en évitant des biopsies inutiles et en ignorant un certain nombre de cancers non significatifs en cas d'IRM normale, sans néanmoins diminuer la détection des cancers significatifs [18, 19, 20]. Néanmoins, pour que l'IRM multiparamétrique de la prostate puisse être utilisée non pas comme un outil supplémentaire de détection, mais réellement comme un outil de substitution aux biopsies systématisées, une caractérisation optimale de la cible biopsiée semble nécessaire en temps réel. Malgré une bonne performance diagnostique du score de détection ESUR (AUC=0,86 ; IC95 %=0,83-0,89) [21], les sensibilités et spécificités rapportées n'étaient que de 73,5 % et 81,5 % pour un score optimal supérieur ou égal à 9. Le contrôle peropératoire d'une carotte biopsique considérée comme prélevée dans une cible IRM, permettrait d'apporter une évaluation supplémentaire à la fois sur le caractère ciblé ou non du prélèvement et sa nature histologique. Enfin, une autre perspective potentielle concerne le développement des traitements focaux de la prostate, dont les plus aboutis sont encore actuellement au stade d'hémi-ablations. Une possibilité de contrôle peropératoire du tissu prostatique permettrait de cibler l'ablation tumorale au foyer lui-même tout en s'assurant d'un geste carcinologique.


Nos résultats préliminaires d'évaluation de la technique OCT plein champ au cours des biopsies de la prostate ont suggéré sa faisabilité. Les tissus analysés en imagerie optique n'ont pas été altérés par l'examen. Une manipulation méticuleuse de la carotte biopsique a évité en effet tout traumatisme tissulaire, et son examen histologique ultérieur était sans particularité par rapport à un examen classique. La durée globale de l'examen optique incluait en moyenne quatreminutes d'acquisition des images suivies d'une à deux minutes d'analyse par l'anatomopathologiste, suggérant que son inclusion au cours de la séance de biopsies de la prostate ne devrait pas modifier significativement la durée totale de l'examen.


L'analyse d'image a été abordée comme une reconnaissance, en niveaux de gris, de l'architecture tissulaire générale à faible grossissement. Cette démarche est similaire à l'analyse microscopique de première intention d'une lame histologique standard. Le diagnostic de cancer reposait sur des critères essentiellement architecturaux, tels que l'existence de contours glandulaires irréguliers, une infiltration entre les glandes normales ou l'existence de travées ou de massifs cribriformes. Une des caractéristiques glandulaires essentielles des glandes tumorales est la disparition de l'assise cellulaire basale des glandes. Ce critère n'a pu être observé avec certitude que dans deux cas, en raison d'un trop faible contraste (Figure 2a et b). Enfin, les critères cytologiques utilisés en histologie pour aider au diagnostic, tels que l'existence de noyaux ou de nucléoles volumineux, n'ont pas pu être précisés en imagerie FFOCT. C'est donc l'architecture générale du tissu, le contour et l'agencement des glandes les unes par rapport aux autres et par rapport au stroma, qui orientaient le diagnostic. Il a donc fallu dans la majorité des cas se passer de critères cytologiques fins, qui représentent environ la moitié des critères décisionnels diagnostiques. Malgré l'absence de ces critères, les néoplasies intra-épithéliale (PIN) et les proliférations tumorales intracanalaires, d'aspect proche, ont été assez bien reconnus. En revanche, les formes atypiques d'adénocarcinome avec nécrose luminale, globules hyalins ou micronodules collagèniques gloméruloïdes ont été difficiles à reconnaître.


Figure 2
Figure 2. 

Structures normales non glandulaires. a : image optical coherence tomography (OCT) du stroma, muscle lisse, structure serrée en faisceaux gris allongés, séparés par un fin matériel conjonctif collagène (blanc intense) ; c : image OCT du tissu adipeux, aspect alvéolaire (noir) ; e : image OCT du muscle strié sphinctérien apical, rubané ; b-d : aspects histologiques HES respectifs correspondants.




Notre analyse de corrélation, bien que reposant sur un faible nombre de cas analysés, suggérait une concordance dans 13 cas (81 %) avec l'analyse histologique. Parmi eux, sept carottes ne comportaient que des glandes normales ou hyperplasiques, et quatre carottes étaient envahies par des glandes carcinomateuses. Dans deux cas, l'analyse a conclu à l'existence de glandes suspectes à la fois en imagerie optique et à l'analyse histologique. Une analyse immuno-histochimique a permis de conclure à l'existence d'un cancer pour une d'entre elles. L'analyse de corrélation a été discordante dans uniquement trois cas. Il s'agissait de deux faux négatifs et d'un faux positif de l'imagerie optique (Figure 3a et b). Dans le premier cas de faux négatif (cas no 13), l'analyse optique montrait un aspect tubulaire mais l'existence de matériel dans la lumière a faussement conduit au diagnostic de vaisseaux. L'analyse histologique a précisé que ces structures correspondaient à des glandes tumorales ayant en leur sein une prolifération conjonctive de type pseudoglomérulaire, aspect histologique inhabituel des glandes tumorales [22]. Pour le second faux négatif (cas no 12), l'imagerie optique montrait de grandes plages compactes évoquant un aspect cribriforme. Ce prélèvement n'a néanmoins pas été considéré comme tumoral, mais uniquement suspect, car l'anatomopathologiste a évoqué l'existence éventuelle de PIN de haut grade. Ces glandes étaient en réalité tumorales à l'analyse histologique, qui a confirmé la disparition de l'assise cellulaire basale de ces glandes. Enfin, le faux positif de l'analyse optique (cas no 11) a été dû à l'aspect faussement suspect des glandes secondaire à l'existence de PIN de haut grade, confirmée par l'analyse histologique. Il est important de noter que l'anatomopathologiste n'avait pas considéré ce prélèvement comme normal en imagerie optique, précisément du fait de l'existence de PIN (Figure 4).


Figure 3
Figure 3. 

Structures glandulaires. a : image optical coherence tomography (OCT), glande normale centrée d'une lumière (gris foncée), bordée d'un liseré blanchâtre (épithélial) festonné, ici les deux assises cellulaires (luminales et basales) sont visibles ; c : glandes tumorales de bas grades de Gleason (3), architecture pommelée (gris clair), structures rondes rigides, de petite taille, séparées par un espace stromal régulier ; d : massifs tumoraux variables, de plus grande taille, espacés plus irrégulièrement, Gleason grade 4 ; b-d : aspects histologiques HES respectifs correspondants.




Figure 4
Figure 4. 

Discordance diagnostique optical coherence tomography (OCT)/histologie. a : image OCT, massifs de grande taille, irréguliers (gris clair), espacés irrégulièrement par un stroma (gris foncé) suspect d'une tumeur de grade 4 ; b : aspect histologique correspondant, plusieurs couches cellulaires avec une assise basale persistante (PIN), faux positif ; c : image OCT aspect tubulaire rigide et sinueux (liseré blanc, contenu gris moucheté) interprété comme peloton vasculaire ; d : histologie correspondant à une tumeur de bas grade avec aspect gloméruloïde luminal, faux négatif.




Cette étude préliminaire avait des limites, la plus importante étant le faible nombre de cas analysés, ne permettant de ce fait aucune analyse statistique. Elle a permis néanmoins de débuter un travail de sémiologie, basé sur un nouveau mode d'analyse des tissus. Une étude de corrélation plus importante, ainsi qu'une analyse de la variabilité interindividuelle de l'interprétation des images et de l'éventuelle courbe d'apprentissage, permettra d'évaluer plus précisément l'OCT plein champ dans le domaine des biopsies prostatiques.


Conclusions


Notre étude a suggéré que la tomographie par cohérence optique plein champ des biopsies de la prostate était une technique faisable ne provoquant ni traumatisme tissulaire ni artefact d'analyse histologique. Les résultats de l'analyse optique étaient concordants avec ceux de l'analyse histologique dans la majorité des cas.


Déclaration d'intérêts


F. Beuvon : aucun ; E. Dalimier : employée de LLTech ; F. Cornud : aucun ; N. Barry Delongchamps : aucun.



☆  Niveau de preuve : 3.





Tableau 1 - Comparaison de l'analyse en OCT plein champ et de l'analyse histologique des 16 prélèvements biopsiques.
Patients  Carottes biopsiques  Analyse en OCT plein champ 
Analyse histologique 
Concordance 
    Diagnostic  Score de Gleason  Diagnostic  Score de Gleason   
Suspect  NA  Suspect en HES
Bénin en IHC 
NA  Oui 
Cancéreux  3+ Cancéreux  3+ Oui 
Suspect  NA  Suspect en HES
Cancer en IHC 
3+ Oui 
Bénin  NA  Bénin  NA  Oui 
  Bénin  NA  Bénin  NA  Oui 
  Bénin  NA  Bénin  NA  Oui 
Bénin  NA  Bénin  NA  Oui 
  Bénin  NA  Bénin  NA  Oui 
Cancéreux  3+ Cancéreux  3+ Oui 
  10  Cancéreux  3+ Cancéreux  3+ Oui 
  11  Suspect  NA  Bénin (PIN)  NA  Oui 
12  Suspect  NA  Cancéreux  3+ Oui 
  13  Bénin  NA  Cancéreux  3+ Oui 
  14  Cancéreux  3+ Cancéreux  3+ Oui 
15  Bénin  NA  Bénin  NA  Oui 
  16  Bénin  NA  Bénin  NA  Oui 



Légende :
HES : haematoxyline éosine safran ; IHC : immuno-histochimie ; NA : non adapté ; OCT : optical coherence tomography ; PIN : néoplasie intra-épithéliale.


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