Thèse soutenue

Imagerie X de phase basée sur le capteur de front d’onde de Hartmann pour application sur l'étude des maladies neurodégénératives

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Auteur / Autrice : Ginevra Begani Provinciali
Direction : Philippe Zeitoun
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 21/03/2022
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau, Essonne ; 1741 -....)
Laboratoire : Laboratoire d'optique appliquée
Jury : Président / Présidente : Lucie Sancey
Examinateurs / Examinatrices : Philippe Zeitoun, Lucie Sancey, Fulvia Arfelli, David Ros, Jean-Claude Kieffer, Alessia Cedola
Rapporteurs / Rapporteuses : Fulvia Arfelli, David Ros

Résumé

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L'objectif de cette thèse consiste en le développement d'une technique d'imagerie X de phase basée sur l'utilisation d'un senseur de front d'onde de type Hartmann pour être exploité sur différentes applications et de comparer ce nouveau système avec des techniques bien connues d'imagerie en contraste de phase. L'imagerie de phase sera principalement réalisée en 3D par tomographie. L'application principale inclue l'étude d'altérations du système nerveux central induites par des maladies neurodégénératives. La première section d'introduction décrit les aspects de base de l'interaction rayons X-matière et de la théorie de la cohérence avec des applications spécifiques à la conception de senseur de front d'onde de Hartmann. Dans le deuxième chapitre, une introduction à l'imagerie par contraste de phase est donnée, avec une attention particulière sur la technique en propagation libre. Le troisième chapitre examine les principes de la tomographie et des logiciels de reconstruction disponibles. Un chapitre séparé, numéroté 4, est dédié à la théorie des senseurs de front d'onde de Hartmann. Un modèle de propagation en 3D basé sur le propagateur de Fresnel a été développé pour optimiser l'architecture du senseur complet incluant la plaque de Hartmann, les distances entre les différents éléments du montage et enfin les propriétés de la source X. Le modèle peut gérer n'importe quel degré de cohérence spatiale, permettant de réaliser des modélisations précises d'une grande variété de source X. Différentes simulations de situation expérimentales sont décrites pour valider le programme. Puis, les programmes principaux de reconstruction du front d'onde ont été analysés. Dans le chapitre 5, nous allons présenter des résultats expérimentaux obtenus avec le senseur de font d'onde X en géométrie de faisceau parallèle (synchrotron) ou conique (mesure en laboratoire). Différentes plaques de Hartmann ont été utilisé sur le montage de laboratoire pour visualiser une série d'échantillons test et biologiques. De plus, sur synchrotron, nous avons testé le senseur de Hartmann pour retrouver la composition chimique d'objets composés de matériaux connus. La composition chimique peut être estimée à partir de mesures directes et indépendantes de la partie réelle (proportionnelle à l'absorption) de l'indice de réfraction de l'échantillon. Dans le chapitre 6, les résultats expérimentaux obtenus en tomographie X par contraste de phase en propagation libre seront discutés. Nous avons exploité la capacité de l'imagerie X par contraste de phase pour étudier les effets des maladies neurodégénératives du système nerveux central.