Développement d’un filtre spectral ultra résolu pour l’imagerie acousto-optique

par Caroline Venet

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de François Ramaz et de Anne Louchet-Chauvet.

Soutenue le 11-12-2019

à Paris Sciences et Lettres (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Institut Langevin Ondes et images (Paris) (laboratoire) , Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (établissement opérateur d'inscription) et de Institut Langevin - Ondes et Images (laboratoire) .


  • Résumé

    L'imagerie médicale optique est limitée par la perte de résolution spatiale due à la diffusion des tissus biologiques. L'imagerie acousto-optique permet de palier à ce problème car elle utilise à la fois de lumière et des ondes ultrasonores. Par conséquent elle donne accès au contraste optique local en profondeur dans les tissus biologiques avec la résolution submillimétrique des ultrasons. Diverses méthodes interférométriques ont été développées pour détecter le signal acousto-optique, mais elles ne sont pas adaptées à l'imagerie in vivo. Au cours de cette thèse nous avons développé un filtre spectral intrinsèquement robuste à une mise en œuvre in vivo et capable de filtrer le signal de photons marqués. Ce filtre est basé sur le phénomène de creusement spectral, il est réalisé dans un cristal de grenat d'yttrium aluminium dopé au thulium (Tm:YAG) sous champ magnétique. Le manuscrit décrit d'abord la caractérisation du filtre spectral en condition d'imagerie. Ensuite nous présentons le montage expérimental qui a permis d' imager un gel diffusant simulant un tissu biologique. Dans la suite nous avons changé le laser principal et nous l'avons asservi en fréquence dans le but d'augmenter le niveau de maturation de la technologie. Enfin, la dernière partie du manuscrit détaille comment l'expérience a été compactée pour être apportée à un laboratoire pharmaceutique afin de lancer une campagne d'imagerie in vivo.

  • Titre traduit

    Development of an ultra-resolved spectral filter for ultrasound optical tomography


  • Résumé

    Optical imaging for Medicine is limited by the spatial resolution loss due to light scattering in turbid media. A hybrid imaging method called ultrasound optical tomography can overcome this botteneck. Indeed the simultaneous use of light and ultrasound gives access to optical contrast in depth within scattering medium with the ultrasounds resolution. Several interferometric methods have been developed in order to detect an acousto-optic signal. However, none of them is adapted to in vivo imaging. For this reason a filter created with spectral hole burning is of special interest. This thesis presents the development of an ultra-narrow filter based on spectral hole burning in a thulium doped yttrium aluminum garnet crystal (Tm:YAG) under magnetic field. The first part of the manuscript describes the characterization of the filter in the imaging setup. Next, the actual imaging of a scattering gel is described. The following part presents the change of the main laser and its frequency stabilization for technological maturation. The last part of the manuscript details how the experiment have been compacted to be bring in a pharmacetical laboratory in order to launch in vivo imaging trials.


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