Thèse soutenue

De la physique de l’interaction laser-tissu biologique à l’imagerie élémentaire médicale

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Auteur / Autrice : Marine Leprince
Direction : Christophe DujardinVincent Motto-RosBenoît Busser
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 29/01/2021
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
Laboratoire : Institut Lumière Matière
Jury : Président / Présidente : Bruno Bousquet
Examinateurs / Examinatrices : Christophe Dujardin, Cécile Favre, Charlotte Rivière, Vincent Bonneterre
Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Favre

Résumé

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La présence et/ou accumulation d’éléments exogènes liée à des expositions environnementales et/ou professionnelles induisent des pathologies graves telles que des cancers ou des problèmes cardiaques. Cependant, les analyses de routine pour le diagnostic ne permettent pas de détecter et de caractériser ces éléments sous forme de particules en faible concentration. Pour pallier ce problème, le corps médical se tourne de plus en plus vers les techniques d’imagerie élémentaires. Dans ce cadre, nous proposons d’utiliser l’imagerie par spectroscopie de plasma induit par laser (LIBS pour Laser Induced Breakdown Spectroscopy) pour réaliser ces analyses. La LIBS est une technique de spectroscopie optique très sensible qui permet d’obtenir, à l’aide d’un seul tir laser, la composition élémentaire de la zone ablatée avec une excellente sensibilité pouvant atteindre le ppm pour la majorité des éléments. Avec l’imagerie LIBS, nous pouvons scanner des surfaces complètes d’échantillons de quelques centimètres avec des pas d’analyse pouvant atteindre 10 µm. Cependant, de telle résolution spatiale associée à ces limites de détection sont possible que pour des matériaux « durs ». Or les tissus biologiques tels que les biopsies humaines sont généralement insérés dans la paraffine, matériau considéré comme bien plus mou. Des premiers résultats, obtenus au sein de l’équipe, ont montré la faisabilité d’analyse sur ces tissus inclus en paraffine mais avec un pas d’analyse limité (60 µm) et une faible sensibilité perfectible. Ces travaux de thèse ont pour but, au travers de l’étude de l’interaction lasers matière et des propriétés optiques du plasma généré, d’optimiser l’analyse LIBS au cas des matériaux mous afin d’améliorer de manière significative la résolution spatiale et la sensibilité de la méthode. De plus, une procédure de calibration a permis de rendre la technique LIBS quantitative. Cette étape importante vers l’imagerie quantitative de particules exogènes a permis de lancer la première étude clinique sur tissus pulmonaire faisant appel à l’imagerie LIBS. Cette étude clinique prospective regroupe plus de 100 échantillons en provenance de différents hôpitaux français. Une base d’échantillon contrôle a également été créée dans le but d’établir des seuils de références pour le médical. L’objectif final de cette étude clinique est à terme de trouver une corrélation entre les maladies pulmonaires idiopathiques (sans cause connues) et certains éléments exogènes présents dans les tissus