LUE - Investigation of skin optical properties using multimodal hyperspectral imaging modalities, optical clearing and modelling: application to skin carcinoma diagnosis

par Victor Colas

Projet de thèse en Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique

Sous la direction de Walter Blondel et de Christian Daul.

Thèses en préparation à l'Université de Lorraine , dans le cadre de IAEM - INFORMATIQUE - AUTOMATIQUE - ELECTRONIQUE - ELECTROTECHNIQUE - MATHEMATIQUES , en partenariat avec CRAN - Centre de Recherche en Automatique de Nancy (laboratoire) depuis le 02-10-2019 .


  • Résumé

    Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche collaboratif international associant l'expertise du CRAN (Nancy) et du Wuhan National Laboratory of Optoelectronics (WNLO) à Wuhan dans le domaine de la caractérisation non invasive des propriétés optiques des tissus biologiques in vivo. Les prinicipaux enjeux de développement méthodologiques et appliqués concernent trois axes complémentaires : - améliorer la résolution d'analyse en profondeur de la spectroscopie multimodalités résolue spatialement dans le cadre du diagnostic de caracinomes cutanés, en accédant à différentes profondeurs de sondage optique de la peau grâce à l'augmentation de la transparence optique des couches supérieures (épiderme); - développer de nouveaux Agents de Clarification Optique (ACO) compatibles avec une application en clinique , et analyse de la profondeur de pénétration des ACO dans le cas d'une application topique (cinétique de transparence); - extraire les Propriétés Optiques (PO) identifiées de modèles de tissu cutané multicouches impliquant le développement (i) de méthodes de simulation rapide du problème direct et d'algorithmes d'estimation robustes, et (ii) d'algorithmes de classification supervisée multicatégories à partir des PO résolues spectralement et spatialement.

  • Titre traduit

    LUE - Investigation of skin optical properties using multimodal hyperspectral imaging modalities, optical clearing and modelling: application to skin carcinoma diagnosis


  • Résumé

    The PhD subject proposed is to support a collaborative international research project involving the complementary expertise of CRAN in Nancy (France) and of the Wuhan National Laboratory of Optoelectronics in Wuhan (China) in the field of non-invasive in vivo optical characterization of biological tissues. The main issues and methodologies of the PhD program concern three complementary targets: - Enhance the depth analysis resolution of Spatially Resolved MultiModality Spectroscopies (SRMMS) for skin carcinoma diagnosis: access different skin depths of optical probing by enhancing skin's outer layer's (epidermis) transparency. This work will be based on the clinical trial currently ongoing at the Metz-Thionville Regional Hospital in collaboration with CRAN; - Develop new OCA (Optical Clearing Agents) to be compatible with application on human and analyze the depth penetration of OCA in the case of skin topical application (transparency kinetics); - Extract identified Optical Properties (OP) in a multilayered tissue model including the development of (i) fast forward problemsimulation methods and robust estimation algorithms, and (ii) multicategory supervised classification schemes based on spatially and spectrally resolved OP. Thanks to the complementarity of CRAN and WNLO partners, the present project aiming at combining SRMMS and OCA approaches for skin carcinoma diagnosis in clinics is a pioneering work. The research fields investigated cover Technology Readiness Levels (TRL) from 1 to 7, targeting the developments of: - Innovative UV-Vis-NIR spectro-imaging instrumentations; - Clinically compatible and topically efficient OCA; - New multidimensional data processing algorithms including: multispectral image processing, multimodal data classification; - Advanced inverse problem solving methods based on theoretical and experimental modelling of light interactions with biological tissues; - Clinical transfer actions in the frame of biological tissue in vivo photodiagnosis applications.