Thèse soutenue

Combinaison de méthodes de spectro-imagerie tissulaire multimodalités et de clarification optique pour améliorer la profondeur de détection dans la peau in vivo
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Auteur / Autrice : Sergey Zaytsev
Direction : Walter BlondelMarine AmourouxValery V. Tuchin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique
Date : Soutenance le 27/06/2022
Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Saratovskij gosudarstvennyj universitet im. N. G. Černyševskogo (Saratov, Russie)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en automatique (Nancy)
Jury : Président / Présidente : Céline Frochot
Examinateurs / Examinatrices : Walter Blondel, Marine Amouroux, Valery V. Tuchin, Igor V. Meglinski, Dan Zhu, Elina A. Genina, Yuri Kistenev
Rapporteurs / Rapporteuses : Igor V. Meglinski, Dan Zhu

Résumé

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Cette thèse présente les résultats de recherches dans le cadre de l'amélioration de l'analyse des propriétés optiques de la peau à l'aide de différentes techniques optiques, telles que la spectroscopie tissulaire multimodale et l'imagerie par tomographie par cohérence optique (OCT). Depuis de nombreuses années, les techniques optiques de caractérisation de la peau sont une alternative efficace aux méthodes de diagnostic invasives traditionnelles car elles permettent d'obtenir des informations sur la composition structurelle et biochimique de la peau in vivo en temps réel, ce qui a conduit à leur mise en œuvre extensive dans la pratique clinique de l'analyse des lésions cutanées. Même si la principale limitation à l'utilisation des méthodes optiques dans le diagnostic de la peau est la forte absorption et diffusion de cette dernière, les propriétés optiques de la peau peuvent être modifiées en utilisant la méthode de Clarification Optique tissulaire (OC). La combinaison des agents de clarification optique (OCA) avec divers activateurs chimiques et physiques de la perméabilité cutanée peut améliorer considérablement le potentiel des approches optiques multimodales avec une résolution spatiale. L'objectif de la première étude expérimentale dans le cadre de cette thèse était (i) d'étudier l'effet du processus OC appliqué à des échantillons de peau humaine ex vivo sur les spectres de réflectance diffuse (DR) et d'autofluorescence (AF) résolus spatialement (SR) en utilisant deux combinaisons d'OCA et de Chemical Permeation Enhancers (CPE), et (ii) pour quantifier l'effet de clarification du séchage et de la pression de la sonde spectroscopique sur la peau. Un dispositif spectroscopique multimodal à résolution spatiale a été utilisé sur un modèle « hybride » à deux couches composé de peau ex vivo et de gel fluorescent. La cinétique temporelle des spectres de fluorescence et de réflectance diffuse a démontré une augmentation de l'intensité rétroréfléchie de la fluorescence du gel après clarification optique. De plus, des résultats expérimentaux complémentaires ont montré une augmentation de la transmission de la lumière à travers la peau et ont confirmé que l'amélioration de la sensibilité en profondeur de l'approche spectroscopique multimodale était liée non seulement à la déshydratation et à la correspondance des indices de réfraction due à la clarification optique, mais aussi à la compression mécanique de tissus causés par l'application de la sonde spectroscopique. Étant donné que lors de la traduction de ces méthodes en utilisation clinique, il est nécessaire de se conformer aux réglementations établies, les concentrations d'OCA utilisées peuvent devoir être réduites. Ainsi, l'objectif principal de l'étude expérimentale ultérieure était d'évaluer expérimentalement pour la première fois, à l'aide d'une technique d'imagerie Line-field Confocal OCT (LC-OCT), l'efficacité de l'OC de la peau humaine in vivo avec l'OCA biocompatible combiné à des activateurs de perméabilité chimiques et physiques. Pour répondre aux exigences de concentration biocompatibles, les OCA ont été développés selon la base de données des ingrédients inactifs de la FDA. En analysant simultanément l'intensité moyenne et le contraste des images obtenues par la technique LC-OCT, nous avons déterminé l'efficacité en profondeur de l'OC biocompatible in vivo de la peau. Les résultats ont montré que la meilleure augmentation de l'intensité et du contraste de l'image après 10 minutes de clarification assistée par ultrasons a été obtenue en utilisant un mélange de PEG/OA/PG. Les résultats de l'ajustement des données expérimentales avec le modèle d'association exponentielle biphasique hypothétique sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Ainsi, l'efficacité de l'OC avec des concentrations biocompatibles d'OCA a été démontrée.