Spectroscopie optique résolue en temps et en fréquence de structures tissulaires homogènes et hétérogènes : modélisation et simulation par la méthode des éléments finis : application au diagnostic médical

par Vianney Piron

Thèse de doctorat en ?

Sous la direction de Jean-Pierre L'Huillier.

Soutenue en 2006

à Paris, ENSAM , en partenariat avec Arts et Métiers ParisTech. Centre d'enseignement et de recherche (Angers) (autre partenaire) .


  • Résumé

    La nécessité de trouver des méthodes non invasives plus performantes que les méthodes actuelles de détection de cancer du sein a accéléré le développement de la spectroscopie proche infrarouge durant ces dernières années. Elle offre la possibilité, du fait de la faible absorption des structures tissulaires dans cette plage de longueurs d'onde, d'étudier les propriétés d'un tissu en observant la propagation d'une onde laser comme celle d'une source lumineuse diffusée par les particules composant le milieu. Les photons ainsi diffusés obéissent à l'équation de diffusion. Dans ce manuscrit, un modèle basé sur la méthode des éléments finis est développé afin de modéliser la propagation de la lumière dans les géométries tissulaires les plus couramment rencontrées. Ce modèle permet, d'une part d'investiguer la détection de structures perturbatrices insérées dans le slab d'épaisseur d, d'autre part de caractériser des paramètres physiologiques en déterminant les propriétés optiques des tissus semi-infinis bicouches. Deux méthodes de détection sont proposées : une méthode de fenêtrage temporel et une méthode fréquentielle. Ces deux techniques, en tenant compte du bruit de mesure, offrent des possibilités de détection latérale de l'ordre de 0,12d. Une méthode de discrimination en profondeur est aussi proposée. Celle-ci s'appuie sur des fonctions révélées à partir de l'observation du temps de vol moyen des photons. Dans le cas d'un milieu bicouche, l'épaisseur du tissu adipeux influe sur la mesure du coefficient d'absorption mua de la couche musculaire. Une loi de détermination de a en fonction de l'épaisseur de graisse est proposée pour des structures musculaires réalistes.

  • Titre traduit

    Time- and frequency-resolved optical spectroscopy of homogeneous and heterogeneous tissue structures : modelling and simulating by the finite element method : application to the medical diagnosis


  • Résumé

    The need to find noninvasive methods more efficient than the current methods for breast cancer detection has improved the development of near infrared spectroscopy last years. Because of the low absorption of tissue structures in this wavelengths range, it offers the possibility of studying tissue characteristics just observing the propagation of a laser wave as the one of a light source scattered by the particles composing the medium. The diffused photons obey the diffusion equation. In this study, a model based on the finite element method is computed in order to model the propagation of light in the generally used tissue geometries. This model allows, on the one hand, to investigate the detection of disturbing structures included within the slab of thickness d, and, on the other hand, to characterize some physiological parameters by determining the optical properties of semi-infinite bilayered structures. Two detection methods are proposed: a time-gated method, and a frequency domain method. These two techniques, taking into account noise dependence, offer possibilities of lateral detection of about 0. 12d. A depth discrimination method is also proposed. This one rests on functions revealed by means of the photons mean time of flight. In the case of a bi-layered medium, the fat layer thickness influences the measured absorption coefficient mua of the muscle layer. A law to express mua according to the adipose tissue thickness is given for realistic muscular structures. This work leads to comfort the establishment of noninvasive methods in the field of biomedical technologies.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (176 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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