Microscopie tomographique diffractive à résolution isotrope

Tomographic diffractive microscopy with isotropic resolution

• Auteur / Autrice : Jonathan Bailleul
• Direction : Olivier Haeberlé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal
• Date : Soutenance le 23/09/2016
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Modélisation intelligence processus systèmes (Mulhouse) - Modélisation- Intelligence- Processus et Système / MIPS
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Maire, Paul Montgomery
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Picart, David Rousseau
• DOI : 10.70675/f1622f5az0ad0z4d4dza398z1562915425b0

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement du signal

Optique de Fourier

Tomographie

Mots clés libres

Optique de Fourier

Reconstruction GPU

Holographie

Reconstruction d’images

Microscopie tomographique diffractive

Microscopie 3-D

Fourier optics

GPU Reconstruction

Holography

Image reconstruction

Diffractive tomographic microscopy

3-D Microscopy

Résumé

Un montage innovant de microscopie tomographique diffractive (TDM) en Transmission a été développé, et appliquée à l’acquisition 3-D de spécimens transparents non teintés qui, contrairement à la microscopie de fluorescence, permet une visualisation morphologique et élude des problèmes de photo-toxicité et de photo-blanchiment. J'ai travaillé à partir d'un montage en rotation d'illumination développé au laboratoire MIPS, et qui propose une résolution latérale (XY) de l'ordre de 100nm mais présente une élongation en Z. Nous avons développé pour ce montage un système de rotation d'échantillon (TDM+r) qui propose alors une résolution isotrope. A titre d’expérience, nous avons acquis en TDM+r la pointe d’une fibre optique étirée et j'ai montré que notre système réduit progressivement l’élongation en Z au fur et à mesure que l'on combine différents angles d'observation de spécimen. L’originalité de cette approche consiste à utiliser la pointe de fibre comme support du spécimen à observer, ce qui est applicable, par exemple, à des grains de pollen, des frustules de diatomées ou des micro-cristaux. En outre, nous avons développé une version portable et rapide du microscope TDM qui offre une visualisation temps- réel du spécimen observé pendant l'acquisition. Il est prévu d'y adapter une platine de rotation-spécimen afin de réduire la durée d'acquisition en TDM+r qui nécessite plusieurs acquisitions TDM. Il rendra aussi possible une TDM 3D+t permettant l'observation de phénomènes dynamiques. Dans le cadre de cette thèse, j'ai développé en particulier les aspects relevant du traitement rapide et de la visualisation des données.

An innovative tomographic diffractive (TDM) transmission microscopy setup has been developed, and applied to the 3-D acquisition of transparent, unlabeled specimens which, unlike fluorescence microscopy, allows morphological visualization and avoids photo-toxicity and photo-bleaching problems. I worked with a rotating illumination set-up developed in the MIPS laboratory, which offers lateral resolution (XY) of the order of 100nm, but is elongated in the Z direction. We have developed a sample rotation system (TDM+r) for this setup, which offers isotropic resolution. As an experiment, we acquired in TDM+r the tip of a stretched optical fiber and I showed that our system progressively reduces the Z elongation as we combine different angles of specimen observation. The originality of this approach lies in using the fiber tip as a support for the specimen to be observed, which is applicable, for example, to pollen grains, diatom frustules or micro- crystals. In addition, we have developed a fast, portable version of the TDM microscope that offers real-time visualization of the specimen observed during acquisition. It is planned to adapt a specimen-rotation stage to reduce the acquisition time in TDM+r, which requires several TDM acquisitions. It will enable 3D+t CT for the observation of dynamic phenomena. Within the framework of this thesis, I developed in particular the aspects of rapid data processing and visualization.