Cytométrie de flux par rétro-injection optique : une approche basée sur les réseaux de neurones pour la classification de particules et de cellules.

Flow cytometry by optical feedback interferometry : A neural network approach for label-free particle/cell classification

• Auteur / Autrice : Sebastian Sierra alarcon
• Direction : Julien Perchoux, Adam Quotb
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Photonique et Systèmes Optoélectroniques
• Date : Soutenance le 27/11/2025
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Perchoux, Adam Quotb, Emmanuèle Helfer, Santiago Royo, Stéphane Barland, Jérôme Wenger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuèle Helfer, Santiago Royo, Stéphane Barland

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apprentissage automatique

Interférométrie

Caractérisation des matériaux (chimie)

Mots clés libres

Interféromètre par rétro-Injection optique

Traitement du signal

Réseau de neurones

Système embarqué;

Cytométrie de flux

Optical feedback interferometry

Signal processing

Machine learning

Embedded systems

Flow cytometry

Résumé

La détection et la caractérisation des microparticules dans un fluide sont des tâches cruciales dans les domaines de la biomédecine et du génie chimique. Cette capacité soutient des applications essentielles, telles que l'analyse d'échantillons de sang pour des indicateurs de maladies et le comptage précis de particules spécifiques dans des processus chimiques au niveau de la particule unique. Une technique de détection prometteuse qui a gagné en popularité pour son potentiel dans ces domaines est l'interférométrie à rétroaction optique (OFI). Le schéma de détection OFI utilise un laser comme source de lumière, un milieu d'interférence et un détecteur cohérent. Le principe est basé sur l'interaction entre l'onde lumineuse interne se propageant à l'intérieur de la cavité laser et la lumière rétrodiffusée qui rentre dans la cavité, causant une modulation de la puissance de sortie du laser. Ce phénomène a permis la création de capteurs compacts, peu coûteux et auto-alignants qui atteignent une haute résolution, les rendant idéaux pour diverses applications comme l'analyse des systèmes fluidiques et les applications microfluidiques. Cette thèse se concentre sur l'étude et la mise en œuvre de la technique de détection OFI pour l'analyse et la caractérisation de microparticules uniques, visant à utiliser cette technique comme cytomètre en flux optique sans étiquette. La recherche se centre sur la conception d'un système spécialisé et englobe une analyse complète de la chaîne de traitement, couvrant les facteurs pertinents pour la mise en œuvre de cette technique. Elle comprend une étude détaillée du signal OFI reçu lorsqu'une particule individuelle traverse le volume de détection laser, afin de comprendre les caractéristiques essentielles qui fournissent des informations sur la particule interrogée.

The detection and characterization of micro-particles within a fluid is a crucial task in both the biomedical and chemical engineering fields. This capability supports essential applications, such as analyzing blood samples for disease indicators and precisely counting specific particles in chemical processes at a single-particle level. A promising sensing technique that has gained popularity for its potential in these fields is Optical Feedback Interferometry (OFI). The OFI sensing scheme employs a laser as a light source, an interference medium, and a coherent detector. The principle is based on the interaction between the internal light wave propagating inside the laser cavity and the backscattered light that re-enters the cavity, causing modulation in the laser output power. This phenomenon has enabled the creation of a compact, inexpensive, and self-aligning sensors that achieves high resolution, making it ideal for different applications like fluid system analysis and microfluidic applications. This thesis focuses on the study and implementation of the OFI sensing technique for single micro-particle analysis and characterization, aiming to utilize this technique as an optical label-free flow cytometer. The research centers on designing a specialized system and encompasses a comprehensive pipeline analysis, covering the relevant factors for implementing this technique. It includes a detailed study of the OFI signal received when an individual particle passes through the laser sensing volume, to understand the essential features that provide information about the particle under interrogation.