Spectroscopie résolue en temps par laser blanc femtoseconde pour l'exploration fonctionnelle in vivo du métabolisme énergétique cérébral

par Stéphane Ramstein

Thèse de doctorat en Optique et optoélectronique

Sous la direction de Pierre Laporte et de Stéphane Mottin.

Soutenue en 2004

à Saint-Etienne .


  • Résumé

    Les principaux chromophores endogènes d'intérêt sont les transporteurs chimiques d'hydrogène et les transporteurs chimiques d'oxygène/électron. Dans la fenêtre spectrale visible et proche infrarouge, bande spectrale de forte pénétration des tissus par la lumière, les premiers transporteurs sont accessibles avec la spectroscopie de fluorescence et les seconds avec la spectroscopie d'absorption des tissus. L'objectif de cette thèse est de réaliser la mesure non invasive in vivo des indices métaboliques par spectroscopie d'absorption des molécules d'oxy- et de déoxy- hémoglobine. Les travaux se sont orientés vers le développement d'une instrumentation ultra-brève novatrice en biophotonique et la construction de modèles mathématiques des tissus sondés. L'approche expérimentale couple la transillumination par laser blanc femtoseconde kilohertz avec une camera à balayage de fente monocoup en mode comptage de photo-électron unique. Ceci autorise l'analyse des coefficients d'absorption et de diffusion sur une large fenêtre spectrale (180 nm), sans balayage. Le spectroscope en milieu diffus est validé in vitro dans des solutions lactés additionnées de différents colorants et in vivo chez le rat de laboratoire et l'oiseau chanteur diamant mandarin. Les mesures montrent la capacité du dispositif à réaliser le suivi temporel des indices métaboliques lors d'évènements biologiques comme l'hypercapnie en normoxie. Afin de relier les coefficients optiques aux paramètres physiologiques pertinents, l'étude de la distribution tri-dimensionnelle des absorbeurs des tissus est nécessaire. La modélisation de l'architecture vasculaire corticale (compartiment contenant les hémoglobines) est réalisée chez le rat. Les premiers résultats montrent la nécessité de tenir compte de cette organisation " space-filling " lors de l'interprétation des coefficients optiques, notamment par le biais de la théorie mathématique de l'homogénéisation

  • Titre traduit

    White laser time resolved spectroscopy for in vivo functionnal study of cerebral energetic metabolism


  • Résumé

    The main tissue endogen chromophores are the chemical carriers of hydrogen and oxygen/electron. In the visible and infrared spectral window, where the light is strongly penetrating, the first carriers are accessible with fluorescence spectroscopy and the second with absorption spectroscopy. The purpose is the realization of the in vivo non invasive measurement of metabolism indexes by absorption spectroscopy of oxy- and deoxy- hemoglobin. The works are based on the development of an new ultrashort device in biophotonic and the construction of a mathematical representation of probed tissues. The experimental approach couples a kilohertz white laser transillumination with a single shot streak camera in single photo-electron counting mode. It allows the analyze of the absorption coefficient and reduced scattering coefficient on a broad spectral window (180 nm), without scanning. The spectroscope for scattering media is validated in vitro into dye added milk solutions and validated in vivo into the laboratory rat and into the Zebra finch songbird. The measurements show the ability of the apparatus to realize temporal follow of metabolism indexes during biological events as normoxic hypercapnia. In order to link optical coefficients to relevant physiological parameters, the study of the three dimension distribution of tissue absorbers is necessary. The cortical angioarchitecture is realized for the rat. The first results show the necessity to take into account this "space-filling" organization for optical coefficients interpretation, notably by means of mathematical theory of homogenization

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol (260 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Jean Monnet. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.