Conception et réalisation d’un nouveau système d’imagerie biomédicale fondé sur l’exploitation de la lumière polarisée

Conception and realization of a new system of biomedical imaging based on the exploitation of polarised light

• Auteur / Autrice : Isabella Chiara Buscemi
• Direction : Jacques Lemoine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Optronique et Systèmes
• Date : Soutenance le 16/10/2014
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Images, Signaux et Systèmes Intelligents (Créteil)
• Jury : Président / Présidente : François Goudail
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Lemoine, Guy Lebrun, Steve Guyot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Razvigor Ossikovski, Ilya Alex Vitkin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diffusion multiple (physique)

Polarisation (lumière)

Imagerie médicale

Mots clés libres

Imagerie medical

Mueller matrix

Polarisation

Diffusion multiple

Medical imaging

Mueller matrix

Polarization

Multi scattering

Résumé

Au cours des dernières vingt années, le domaine de l'imagerie biomédicale a été largement développé. Dans ce cadre, cette thèse vise à la conception et à la réalisation d'un nouveau dispositif exploitant la longueur d'onde et l'état polarimétrique d'un faisceau lumineux. L'objectif final de cette méthode optique est l'application au diagnostic biomédical précoce, et plus particulièrement dans le domaine de la dermatologie. Il est important de rappeler que le milieu analysé ne subit ni biopsie ni injection d'agent de contraste. Ainsi, cette technique est non invasive et s'effectue sans contact. Par ailleurs, comme souvent en ce qui concerne l'optique visible, ce système est à faible coût et la calibration demeure relativement accessible; ce qui en fait un dispositif très bien adapté à l'utilisation en routine médicale a l'instar des sondes optiques qui équipent les saturomètres actuels. Dans une première partie de ce manuscrit, les méthodes mathématiques dites de "Stokes" et de "Mueller" sont présentées. Ceci nous permet d'introduire aisément la description de notre système polarimétrique ainsi que le calcul du degré de polarisation (DOP). Nous réservons tout un chapitre du manuscrit à la calibration du dispositif, à l'évaluation de ses possibilités ainsi qu'à ses limites théoriques et expérimentales. Ce protocole permet donc la mesure du degré de polarisation linéaire, circulaire et elliptique de tout système en rétrodiffusion. Ajoutons que cette mesure s'effectue en multispectrale suivant trois canaux bien définies (rouge, vert et bleu) et le tout en quasi temps-réel, c'est-à-dire a un rythme d'environ 12 images par seconde en pleine résolution. Le DOP, défini comme la différence normalisée des composante orthogonales du champ électrique, est étudiée et corrélé aux propriétés optique de diffusion des systèmes étudiés. Dans un premier temps, en nous appuyant sur une simulation de type Monte Carlo, le dispositif est validé sur de classiques solutions de billes de latex. Nous présenterons ensuite nos premiers résultats sur des images de peau effectuées in-vivo et ceci, sur un échantillon d'une trentaine d'individus. Nous dégageons ainsi les applications potentielles ainsi que les limites de ce dispositif concernant par exemple les signatures de différents phénomènes tels que brulures, cicatrices et naevus. Enfin, une conclusion et les perspectives de ce travail sont énoncées

(…) The domain of the biomedical imaging was widely developed. In this context, this thesis aims at the conception and at the realization of a new plan exploiting the wavelength and the state polarimétrique of a beam of light. The final goal of this optical method is the application in the early biomedical diagnosis, and more particularly in the field of the dermatology. It is important to call back that the analyzed environment does not undergo either biopsy or agent's injection of contrast. So, this technique is not invasive and is made without contact. Besides, as often as regards the visible optics, this system is low-cost and the calibration remains relatively accessible; What makes a device very well adapted to the use in medical routine has the instar of the optical probes which equip the current saturomètres. In a first part of this manuscript, the mathematical methods said about "Stokes" and about "Mueller" are presented. This allows us to introduce easily the description of our system polarimétrique as well as the calculation of the degree of polarization (DOP). We reserve a whole chapter of the manuscript for the calibration of the plan, for the evaluation of its possibilities as well as for his theoretical and experimental limits. This protocol thus allows the measure of the degree of linear, circular and elliptic polarization of any system rétrodiffusion. Let us add that this measure is made in multispectral according to three channels defined well (red, green and blue) and quite there almost time - reality, that is has a rhythm about 12 images per second in full resolution. The DOP, defined as the difference normalized of component orthogonal of the electric field, is studied and correlated in the properties optics of distribution of the studied systems