Modélisation et conception d'une chaine d'acquisition et de contrôle des paramètres optiques de rétrodiffusion tissulaire : application à la mesure de l'efficacité thérapeutique en thérapie photodynamique anticancéreuse

par Frédéric Jaffry

Thèse de doctorat en Formation automatique et traitement du signal

Sous la direction de Yves Granjon.

Soutenue en 1998

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .

mots clés

• Photothérapie dynamique
• Rétrodiffusion
• Dosimétrie
• Atténuation optique
• Pdt
• Backscatter
• Dosimetry
• Optical attenuation
• Cancer -- Photochimiothérapie
• Rétrodiffusion
• Dosimétrie

Résumé

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la recherche menée au CRAN et au CAV sur la dosimétrie lumineuse en PDT. L'étude de différents modèles de propagation lumineuse, et notamment le modèle statistique de Monte Carlo, a conduit à la définition d'un modèle théorique simplifié de l'émission de photons par une fibre optique munie d'un diffuseur cylindrique. Ce dernier nous a permis de tracer les isodoses de puissance lumineuse autour du diffuseur. L’évaluation du coefficient global d'atténuation, à partir de la mesure de la puissance rétrodiffusée, a ainsi été validée. Ce résultat nous a conduit à la définition puis à la réalisation d'un capteur optique, basé sur la mesure en rétrodiffusion. La fonction de ce capteur est de mesurer le coefficient global d'atténuation lumineuse de milieux illuminés par une source laser, inverse de la profondeur de pénétration de la lumière. Le modèle de propagation de Beer-Lambert, retenu pour la réalisation pratique, a conduit à proposer un cahier des charges du capteur : celui-ci comprend une partie optique (fibre d'émission entourée de trois fibres réceptrices disposées parallèlement à son axe), une chaine d'acquisition et un logiciel de traitement des mesures. Puis ce capteur a été testé lors d'une série de mesures in vitro. Les supports de ces mesures étaient des fantômes biologiques liquides constitués d'un mélange d'encre (milieu absorbant), d'intralipides (milieu diffusant). Par ailleurs, des coefficients correcteurs ont été déterminés afin de mieux prendre en compte les propriétés physiques du montage optique. Ces corrections portent à la fois sur les positions et les caractéristiques (ouverture numérique et diamètre) des fibres réceptrices. Ces mesures ont montré que notre capteur suit correctement les variations du coefficient d'atténuation provoquées par les variations de la concentration de l'un ou l'autre des deux composants du fantôme. Il permet donc de mesurer, de manière indirecte, la profondeur de pénétration de la lumière dans les milieux illuminés, information essentielle à la quantification d'une dosimétrie en PDT.

Titre traduit

Modelling and design of a data acquisition device for the evaluation of tissue optical parameters, using backscattered light measurement. Application to the measurement of the efficiency of anti-cancerous photodynamic therapy

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