Thèse soutenue

Intégration et étude d'un système endomicroscopique basé sur MOEMS pour la détection précoce des cancers gastro-intestinaux par SS-OCT
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Auteur / Autrice : Fernando Eleazar Garcia Ramirez
Direction : Philippe LutzSylwester Bargiel
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
Date : Soutenance le 21/06/2022
Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
Jury : Président / Présidente : Franck Chollet
Examinateurs / Examinatrices : Michalina Gora
Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Zamkotsian, Maciej Wojtkowski

Résumé

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En 2018, les cancers gastro-intestinaux (GI) représentaient 26,3 % de tous les cancers dans le monde. De nombreuses modalités d'imagerie sont utilisées pour la détection et le diagnostic des cancers gastro-intestinaux, mais certaines sont invasives, lentes, coûteuses ou ne fournissent pas une résolution et une profondeur de pénétration suffisantes pour une détection précoce. Une technique d'imagerie prometteuse pour la détection des cancers gastro-intestinaux aux premiers stades est la tomographie par cohérence optique (OCT), en raison de son caractère non invasif, de sa haute résolution axiale et de sa capacité à produire des images en coupe transversale. En outre, l'OCT est compatible avec les bras endoscopiques robotisés mais nécessite l'insertion de sondes miniaturisées dans l'endoscope. Les systèmes micro-opto-électro-mécaniques (MOEMS) permettent de répondre à ce besoin, et offre la possibilité de fabrication en série des composants clés de la sonde. Un micro scanner électrothermique à 2 axes et un micro-interféromètre de Mirau on été développé a l'Institut FEMTO-ST pour des applications endoscopiques.Les principaux objectifs de cette thèse sont de fabriquer la sonde OCT endoscopique miniature par l'intégration de tous les composants MOEMS, de caractériser ses performances de balayage, de développer le système expérimental OCT pour l'acquisition des signaux OCT et le contrôle du scanner pour effectuer un balayage de Lissajous et la production d'images 2D et 3D.Dans un premier temps, la capacité du micro-interféromètre Mirau à produire des images OCT a été testée. Il a été connecté à une source balayée avec une longueur d'onde centrale de 840 nm, une bande passante de 60 nm et une fréquence de balayage de 110 kHz. Ensuite, un échantillon constitué de deux couches de photorésist a été balayé latéralement avec le micro-interféromètre en déplaçant l'échantillon avec une platine motorisée. Les signaux d’interférence ont ensuite été traités pour produire une image correspondant à la vue en coupe de l'échantillon avec des résolutions axiale et latérale calculées de 5,18 µm et 9,73 µm, respectivement, où les couches de résine photosensible pouvaient être observées.Des dispositifs supplémentaires ont été couplés dans la première génération du système SS-OCT, à savoir un détecteur à double balance pour supprimer le bruit causé par les fluctuations d'intensité de la source balayée et un atténuateur optique variable pour diminuer la composante continue des signaux d'interférence. Avec cette nouvelle version du système SS-OCT, une carte avec une surface lisse réfléchissante et une surface rugueuse diffusante a été scannée en déplaçant l'échantillon avec la platine motorisée. Dans ce cas, des images OCT avec les balayages avant et arrière de la source ont été obtenues. Une diminution du rapport signal/bruit de 4,4 dB a été constatée dans les images produites avec les balayages arrière par rapport à celles produites avec les balayages avant.Comme nous avions montré la capacité du micro-interféromètre à produire des images OCT, il a été intégré au micro-scanner électrothermique. Après, la sonde OCT intégrée a été connectée au système SS-OCT avec les composants correspondants pour piloter le micro scanner et le caractériser. La fréquence de résonance mesurée du micro scanner était de 943 Hz et 945 Hz pour l'axe x et l'axe y respectivement.Ensuite, un motif de balayage de Lissajous à 33 fps et un champ de vision de 169,7 x 136,5 m² ont été obtenus avec le micro-scanner en utilisant des signaux sinusoïdaux avec une tension continue de 2 V, des amplitudes Vx = 90 mV et Vy = 106 mV et des fréquences fx = 957 Hz et fy =924 Hz. Au final, des images OCT 3D ont été produites avec la sonde entièrement intégrée. Un échantillon composé de 3 couches de verre a été scanné avec le modèle de balayage de Lissajous et un image 3D correspondante a été reconstruite où les 3 couches de verre sont clairement visibles.