Analyse de milieux fortement diffusants par polarimétrie de Mueller et méthodes optiques cohérentes : Application à l'étude du syndrome cutané d'irradiations aigüe

Analysis of highly depolarizing media by Muller polarimetry and optical cohenrent methods : Application to the study of the cutaneous radiation syndrome

• Auteur / Autrice : Frédéric Boulvert
• Direction : Jack Cariou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et optique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tomographie

Granularité (optique)

Polarisation (lumière)

Résumé

Ce travail avait pour objectif de montrer la possibilité d'utiliser des méthodes optiques dans l'investigation biophysique non invasive du syndrome cutané d'irradiation aigüe, pour des doses d'irradiation relativement faibles. La première partie revient sur les motivations qui ont abouti au choix de la polarisation comme agent de contraste dans le cadre de cette étude. Nous avons alors opté pour la polarimétrie de Mueller, technique adaptée à l'étude d'un milieu dépolarisant tel que la peau. La deuxième partie pose les bases théoriques dans l'interprétation des résultats obtenus à partir de la mesure de la matrice de Mueller d'un milieu. La lecture de cette dernière n'étant pas immédiate, un algorithme de décomposition et de classification des matrices de Mueller dépolarisantes et non dépolarisantes a été développé. Celui-ci est valide sur une série d'échantillons de nature très diverses. La troisième partie présente le polarimètre et les résultats, angulaires et spectraux, obtenus sur des échantillons de peau irradiés où il n'y a aucun signe clinique visible. En utilisant l'algorithme précédent nous avons mis en évidence deux agents de contraste polarimétrique qui seuls ou combinés apportent une information sur le taux d'irradiation. Ces résultats sont confortés par une étude histologique menée en parallèle par l'IRSN. Nous avons ainsi montré que la polarisation peut être un agent de contraste pour de faibles doses d'irradiation. La dernière partie montre l'intérêt d'utiliser en complément à la polarimétrie une méthodologie d'optique cohérente (speckle, tomographie par cohérence optique) pour localiser les altérations cutanées.

This study was aimed at showing that optical methods can be used in non-invasive, biophysical investigations to assess the extent of acute cutaneous radiation syndrome further to exposure to radiations. The first part explains why we chose polarization as contrast agent within the framework of this study. The skin being a highly scattering medium, it let us to select the Mueller polarimetry, well-suited for such investigations. The second part introduces the theoretical foundations used in the analysis of the experimental results from measurement of the medium Muller matrix. But, the matrix interpretation is not immediate. We, thus, developed a depolarizing and non-depolarizing Mueller matrices decomposition and classification algorithm, which was validated with a set of samples with different polarimetric properties. The third part describes the polarimeter along with the angular ans spectral results obtained with irradiated skin samples free from visible clinical sign. The above algorothim allowed us to evidence two polarimetric contrast agents, which alone or together permitted us to differentiate an irradiated skin from a healthy one. The good correlation of our results with histological studies made by biologist scientists demonstrates that polarization can be used as contrast agent of low irradiation rates. The last part highlights the interest of complementing polarimetry with a coherent optical methodology (Speckle, optical coherence tomography) in order to localize cutaneous lesions.