Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Lignine – Imagerie“

Open pit mining hazards monitoring is a crucial task. The paper focuses on the first analysis of surface subsidence in the open pit mining area obtained by Synthetic Aperture Radar active remote sensing technique. Presented methodology of Differential Interferometric SAR provides an excellent data source for mining vertical displacements monitoring. The study was performed in the Belchatow open pit lignite mine in Poland, Central Europe. The SAR SLC imageries acquired by the SENTINEL 1A satellite for the 124-descending track in two periods, between 03.10.2016-15.10.2016 and 15.10.2016-27.10.2016 have been used in the analysis. The post-proceed satellite line of sight (LOS) displacement indicates vertical changes of the surface within the dumping and excavation area. The analyzed region of interests (ROI) shows total subsidence of ca. -67mm, whereas the excavation areas show a trend of terrain uplift during the analyzed periods.

Unmanned aerial vehicles (UAVs) provide an intermediate scale of spatial and spectral data collection that yields increased accuracy and consistency in data collection for morphological and physiological traits than satellites and expanded flexibility and high-throughput compared to ground-based data collection. In this study, we used UAV-based remote sensing for automated phenotyping of field-grown switchgrass (Panicum virgatum), a leading bioenergy feedstock. Using vegetation indices calculated from a UAV-based multispectral camera, statistical models were developed for rust disease caused by Puccinia novopanici, leaf chlorophyll, nitrogen, and lignin contents. For the first time, UAV remote sensing technology was used to explore the potentials for multiple traits associated with sustainable production of switchgrass, and one statistical model was developed for each individual trait based on the statistical correlation between vegetation indices and the corresponding trait. Also, for the first time, lignin content was estimated in switchgrass shoots via UAV-based multispectral image analysis and statistical analysis. The UAV-based models were verified by ground-truthing via correlation analysis between the traits measured manually on the ground-based with UAV-based data. The normalized difference red edge (NDRE) vegetation index outperformed the normalized difference vegetation index (NDVI) for rust disease and nitrogen content, while NDVI performed better than NDRE for chlorophyll and lignin content. Overall, linear models were sufficient for rust disease and chlorophyll analysis, but for nitrogen and lignin contents, nonlinear models achieved better results. As the first comprehensive study to model switchgrass sustainability traits from UAV-based remote sensing, these results suggest that this methodology can be utilized for switchgrass high-throughput phenotyping in the field.

Remotely sensed data can be used to model the fractional cover of green vegetation (GV), non-photosynthetic vegetation (NPV), and soil in natural and agricultural ecosystems. NPV and soil cover are difficult to estimate accurately since absorption by lignin, cellulose, and other organic molecules cannot be resolved by broadband multispectral data. A new generation of satellite hyperspectral imagers will provide contiguous narrowband coverage, enabling new, more accurate, and potentially global fractional cover products. We used six field spectroscopy datasets collected in prior experiments from sites with partial crop, grass, shrub, and low-stature resprouting tree cover to simulate satellite hyperspectral data, including sensor noise and atmospheric correction artifacts. The combined dataset was used to compare hyperspectral index-based and spectroscopic methods for estimating GV, NPV, and soil fractional cover. GV fractional cover was estimated most accurately. NPV and soil fractions were more difficult to estimate, with spectroscopic methods like partial least squares (PLS) regression, spectral feature analysis (SFA), and multiple endmember spectral mixture analysis (MESMA) typically outperforming hyperspectral indices. Using an independent validation dataset, the lowest root mean squared error (RMSE) values were 0.115 for GV using either normalized difference vegetation index (NDVI) or SFA, 0.164 for NPV using PLS, and 0.126 for soil using PLS. PLS also had the lowest RMSE averaged across all three cover types. This work highlights the need for more extensive and diverse fine spatial scale measurements of fractional cover, to improve methodologies for estimating cover in preparation for future hyperspectral global monitoring missions.

La lignine est un polymère polyphénolique de la paroi cellulaire qui intervient dans de nombreux aspects de la croissance et du développement des plantes supérieures. En tant que composant majeur de la biomasse lignocellulosique, elle présente également un intérêt économique. Bien que la biosynthèse du polymère de la lignine soit relativement bien comprise, nous avons besoin d'en savoir plus sur la façon dont les changements (quantité/structure) des autres polymères de la paroi cellulaire (par exemple, la cellulose, les hémicelluloses, les pectines) affectent la production de lignine. Afin de fournir plus d'informations sur cette question, nous avons mis en œuvre une approche en deux phases basée sur l'utilisation de l'imagerie biologique. La première phase a consisté à développer/améliorer différentes techniques d'imagerie complémentaires à haute résolution. Nous avons tout d'abord développé une nouvelle approche ratiométrique quantitative (REPRISAL) basée sur la segmentation paramétrique/intelligence artificielle d'images de microscopie confocale obtenues par la chimie bio-orthogonale des rapporteurs chimiques de la lignine (click chemistry). Cette méthodologie nous a permis de cartographier précisément la capacité de lignification des différentes couches de la paroi cellulaire (coin cellulaire, lamelle moyenne composée et paroi cellulaire secondaire) chez les plantes Arabidopsis WT et le mutant prx64. Dans un deuxième temps, nous avons modifié l'algorithme de segmentation REPRISAL afin de pouvoir l'utiliser pour cartographier les niveaux relatifs de lignine de la paroi cellulaire déterminés par la technique de fluorescence ratiométrique de la safranine-O. Enfin, nous avons utilisé l'imagerie Raman pour comparer la capacité de trois méthodes analytiques multivariées différentes (non-mixage, analyse en grappes et correspondance orthogonale) à fournir des informations spatiales détaillées sur la distribution des différents polymères dans les parois cellulaires des plantes. Dans la deuxième phase, nous avons utilisé les techniques d'imagerie développées/améliorées pour analyser si les modifications des hémicelluloses de la paroi cellulaire affectent la lignification chez le mutant irx9 d'Arabidopsis. Nos résultats ont démontré que les changements dans la distribution des hémicelluloses de la paroi cellulaire modifient effectivement le processus de lignification, en particulier dans les parties les plus jeunes de la tige florale de la plante. La transcriptomique ciblée de certains gènes de la paroi cellulaire suggère que les changements observés pourraient être liés à l'induction d'une réponse de défense. Globalement, les techniques développées dans le cadre de cette thèse devraient s'avérer précieuses pour les études futures de la dynamique des parois cellulaires. Les résultats obtenus sur le mutant irx9 donnent un nouvel aperçu des relations dynamiques qui existent entre les différents polymères de la paroi cellulaire des plantes
Lignin is a polyphenolic polymer of the cell wall involved in many aspects of growth and development in higher plants. As a major component of lignocellulosic biomass, it is also of economic interest. Although the biosynthesis of the lignin polymer is relatively well understood, we need to know more about how changes (quantity/structure) to other cell wall polymers (e.g., cellulose, hemicelluloses, pectins) affect lignin production. To provide more information on this question we implemented a two-phase approach based on the use of biological imaging. The first phase involved the development/improvement of different high-resolution complementary imaging techniques. We firstly developed a novel quantitative ratiometric approach (REPRISAL) based on the parametric/artificial intelligence segmentation of confocal microscopy images obtained by lignin chemical reporter bio-orthogonal chemistry. This methodology allowed us to precisely map the lignification capacity of different cell wall layers (cell corner, compound middle lamella and secondary cell wall) in Arabidopsis WT plants and the prx64 mutant. In a second development, we modified the REPRISAL segmentation algorithim thereby enabling it to be used to map relative cell wall lignin levels determined by the ratiometric safranin-O fluorescence technique. Finally, we used Raman imaging to compare the ability of three different multivariate analytical methods (unmixing, cluster analysis and orthogonal matching) to provide detailed spatial information about the distribution of different polymers in plant cell walls. In the second phase we used the developed/improved imaging techniques to analyse whether changes to cell wall hemicelluloses affect lignification in the Arabidopsis irx9 mutant. Our results demonstrated that changes in the distribution of cell wall hemicelluloses do indeed modify the lignification process, particularly in the younger parts of the plant floral stem. Targeted transcriptomics of selected cell wall genes suggested that the observed changes could be related to the induction of a defence response. Overall, the techniques developed within the framework of this thesis should prove valuable for future studies of cell wall dynamics. The results obtained on the irx9 mutant provide a novel insight into the dynamic relationships that exist between different polymers of the plant cell wall

En combinant des techniques de microscopie et de spectroscopie, il est possible de réaliser des images résolues spectralement. Ces images apportent des réponses à de nombreux problèmes en chimie, biologie, et médecine. La diffusion Raman cohérente (CRS) s'est révélée capable de surpasser la diffusion Raman spontanée dans l'analyse chimique d'échantillons, en offrant une meilleure résolution spatiale et un temps d'acquisition plus faible. La vitesse d'acquisition de l'information spectrale demeure toutefois un facteur limitant en imagerie CRS, et de nombreuses recherches se concentrent sur le développement de nouvelles méthodes d'acquisition. Le présent travail s'inscrit dans cette démarche. En combinant la diffusion Raman stimulée (une branche de la CRS), la focalisation spectrale d'impulsions optiques, ainsi qu'une ligne à délai acousto-optique, nous réalisons les premières mesures à de telles vitesses d'acquisition. Le cadre théorique, technologique, ainsi que l’ingénierie nécessaire pour parvenir à ce résultat sont détaillés. Cette technique d'acquisition rapide est illustrée par le suivi de réaction chimique, le contrôle qualité pharmaceutique, en biologie, et en histologie
Combining microscopy and spectroscopy, one can achieve spectrally resolved imaging, and provide a solution to various chemical, biological, or medical challenges. Coherent Raman scattering (CRS) has proven extremely valuable in providing chemical information, with a higher resolution and shorter acquisition time than spontaneous Raman scattering. The acquisition rate of the spectral information from a sample remains the limiting factor of CRS imaging, and several experimental schemes are being investigated to push the technology toward higher imaging frame rates. This work develops one such scheme. Combining stimulated Raman scattering (a CRS technique), spectral focusing with chirped pulses, and a fast acousto-optic delay line, we achieved unprecedented spectral acquisition rates. The theoretical, technological, and engineering frameworks enabling such acquisition are described in details. The application to pharmaceutical quality control, time resolved chemical transformations, biology, and histology are demonstrated

L'objectif principal de cette thèse est de concevoir pour le synchrotron SESAME au Moyen-Orient sa première ligne de lumière, totalement concue, dédiée à la spectroscopie et microspectroscopie infrarouge. Tenant compte des contraintes d'espace de l'anneau de stockage dans sa phase de construction, la ligne de lumière a été conçue pour produire des faisceaux dans un espace expérimental dédié , et avec une qualité des optiques optimisant le flux de photons collectés et couplées aux instruments La configuration optimisée optique, les détails de la fixation des miroirs, et l'emplacement de tous les instruments dans le rez de chaussée ont été conçus avec l'aide de logiciels tels que SRW, Rayons et SolidWorks. La microspectroscopie infrarouge est l'objectif principal de la construction de la ligne de lumière. Les étapes de validation importantes pour une ligne de lumière synchrotron infrarouge ont été entreprises à SOLEIL, au sein de la ligne de lumière SMIS. Les détails des tests et de calibration, rapporté dans cette thèse, sont la base essentielle pour rendre la future ligne de lumière conditionné et opérationnel, au meilleur niveau international. Plusieurs études ont été menées avec cette thèse, de promouvoir les différentes disciplines scientifiques, avec la perspective de développer ces disciplines dans SESAME: la biologie et la biomédecine, les sciences de l'environnement, chimie à haute pression

Avec l’avènement de l’imagerie ultrarapide 4D au laboratoire Physics for Medecine Inserm 1273, la possibilité d’acquérir dans les trois dimensions et avec une haute résolution spatio-temporelle a été démontrée. Plusieurs des modalités phares de l’imagerie 2D ultrarapide ont pu être étendues à l’imagerie volumique (Doppler de puissance ultrasensible 3D, élastographie 3D …). Leur dissémination en clinique bénéficierait grandement aux praticiens. Cependant les moyens nécessaires à leur mise en œuvre sont encore trop importants pour espérer une transposition rapide en clinique. Le développant de stratégies intelligentes de réduction de voies est donc devenu un enjeu central. Une stratégie originale basée sur l’architecture de la sonde consiste en l’adressage orthogonal, par lignes et colonnes, du réseau de sonde matricielle, ou Row and Column Adressing RCA. Elle propose une solution transducteur tout à fait adaptée à l’imagerie ultrarapide par ondes planes. Grâce à cette solution, la sonde peut être pilotée par un seul échographe standard, tout en conservant une ouverture d’imagerie étendue. La grille matricielle 2D organisée selon N+N voies orthogonales, représentant ainsi un facteur de réduction de N/2. Cette stratégie présente un changement de paradigme important d’imagerie par dissociation des voies de focalisation en émission et réception et pose un nouveau compromis en termes de résolution spatio-temporelle. Au cours de ces travaux de thèse, les performances de la RCA associées à l’imagerie ultrarapide 4D sont étudiées pour divers cas. Le principe d’imagerie 4D ultrarapide RCA avec sommation orthogonale OPW sont étudié. L’imagerie vectorielle 3D pour la RCA est développée. Un nouveau prototype de sonde RCA haute fréquence (15MHz) est présenté et testé sur un protocole d’imagerie fonctionnelle cérébral en 3D. Enfin une nouvelle modalité d’imagerie 3D d’intensité du flux est présentée offrant un nouveau champ d’exploitation de la sonde RCA
With the advent of 4D ultrafast imaging at the Physics for Medicine Inserm 1273 laboratory, the ability to acquire in all three dimensions and with a high spatio-temporal resolution has been demonstrated. Several of the most effective 2D ultrafast imaging modalities have been extended to volume imaging (3D ultrasensitive power Doppler, 3D elastography ...). Their dissemination in clinic would greatly benefit to physicians. However the necessary means to implement ultrafast 4D are still too heavy and costly to hope for a transposition in the short or mid-term to the radiology departments. Developing smart strategies to reduce channel number has become a central issue. An original strategy based on the probe architecture consists of orthogonal row and column addressing of the Matrix Probe array, the Row and Column Adressing RCA. It offers a transducer solution perfectly adapted with ultra-fast plane waves imaging. With this approach, the probe can be driven by a single standard ultrasound unit, while maintaining a large aperture. The 2D matrix grid is organized according to N + N orthogonal channels, thus representing a reduction factor of N / 2. This strategy presents an important paradigm shift of imaging by dissociation of the focus pathways in transmission and reception and offers a new compromise in terms of spatio-temporal resolution. During this thesis work, the performances of the RCA associated with the ultra fast 4D imaging are studied for various cases. The principle of 4D ultrafast RCA imaging with orthogonal summation OPW are studied. 3D vector imagery for RCA is developed. A new high frequency RCA probe prototype (15MHz) is presented and tested on a 3D functional brain imaging protocol. Finally, a new modality of 3D imaging of the flux intensity is presented offering a new way of exploitation for the RCA probe

Le cancer de la peau est un enjeu majeur de santé publique. Il représente le type de cancer ayant le plus fort taux de prévalence et le nombre de cas semble être en constante augmentation. Aujourd'hui, la méthode de référence pour le diagnostic du cancer cutané nécessite un échantillon de tissu suspect, appelé biopsie, prélevé après un simple examen visuel de la peau du patient. Par conséquent, près de 60 % des biopsies se révèlent être bénignes et environ 20 % des cancers de la peau ne sont pas détectés.Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit de thèse portent sur le développement d'un dispositif de tomographie par cohérence optique confocale en ligne (LC-OCT) capable de produire des images d'une qualité similaire aux coupes histologiques de manière non invasive et in vivo. Le prototype conçu fonctionne à une longueur d'onde centrale autour de 800 nm avec une largeur spectrale d'environ 150 nm. Il a été appliqué à l'imagerie in vivo de la peau avec une résolution spatiale quasi-isotrope d'environ 1 µm et une profondeur de pénétration de 400 µm. Ce dispositif pourrait alors être utilisé pour améliorer l'efficacité du processus de diagnostic du cancer de la peau en limitant le nombre de cas non détectés ainsi que le nombre de biopsies inutiles.Nous présentons ensuite un dispositif de LC-OCT fonctionnant dans deux bandes spectrales centrées autour de 770 nm et 1250 nm. La première bande produit des images à haute résolution (1.3 µm x 1.2 µm, latéral x axial) tandis que la seconde offre une profondeur de pénétration accrue (700 µm). En fusionnant les images produites dans les deux bandes il a été possible de produire des images avec une bonne résolution en superficie tout en ayant une profondeur de pénétration étendue. De plus, acquérir des images d'un échantillon dans deux bandes spectrales différentes permet dans une certaine mesure d'obtenir des informations sur les propriétés spectrales de l'échantillon.Finalement, nous présentons une preuve de concept d'un dispositif de LC-OCT couplé avec un microscope Raman ainsi que quelques exemples d'application. La microscopie Raman est une modalité spectroscopique qui permet d'identifier des molécules et ainsi de mesurer "l'empreinte digitale" d'un échantillon. Cette modalité pourrait alors fournir des informations complémentaires aux images morphologiques acquises par LC-OCT à propos de la composition biomoléculaire de l'échantillon
Skin cancer is a major public health issue. Among all types of cancer, skin cancer has the highest prevalence rate and the number of cases seems to be steadily increasing. Currently, the gold standard of skin cancer diagnosis requires a sample of suspicious tissue, called a biopsy, removed after a simple visual inspection of the patient's skin. Consequently, almost 60 % of biopsies result in benign diagnoses, and approximately 20 % of all skin cancers are missed.The research presented in this thesis revolves around the development of a line-field confocal optical coherence tomography (LC-OCT) device capable of producing non-invasive in vivo images similar in quality to histological cuts. The designed prototype operates at a center wavelength around 800 nm with a spectral width of approximately 150 nm. It has been applied to in vivo skin imaging with an almost isotropic spatial resolution of about 1 µm and a depth penetration reaching 400 µm. This device could thus be used to improve the efficiency of skin cancer diagnosis by limiting the number of undiagnosed cases and the number of unnecessary biopsies.We then present a LC-OCT device system operating in two spectral bands centered around 770 nm and 1250 nm. The first band produces high resolution images (1.3 µm x 1.2 µm, lateral x axial) while the second provides enhanced penetration depth (700 µm). By merging the images acquired in the two bands it has been possible to produce images with both high resolution and high penetration. Moreover, acquiring images of a sample in two different spectral bands can give, to a certain extent, information on the spectral properties of the sample.Lastly, we present a proof-of-concept LC-OCT prototype coupled together with a Raman microscope, as well as some application examples. Raman microscopy is a spectroscopic method capable of identifying molecules present in a sample and thus measuring the "fingerprint" of a sample. This modality could then provide complementary information to the morphological images provided by LC-OCT about the biomolecular composition of the sample

La mesure des champs electromagnetiques diffractes est essentielle pour la mise en oeuvre de l'imagerie microonde. Le but de cette these a ete de presenter la realisation d'un multiplexeur planaire qui sera l'element de base d'un recepteur microonde integre pour la mesure du champ diffracte. Deux prototypes sont testes en technologie microruban, avec trois et quatre soies d'entree. Les principales caracteristiques des multiplexeurs etudies sont les faibles pertes d'insertion entre les entrees et la voie commune, ainsi que l'adaptation permanente des entrees

Cette thèse présente une étude de la dynamique des plages à l'échelle événementielle (ou "échelle des tempêtes"). Même si cette dynamique est essentielle, elle est restée principalement méconnue jusqu'à ce jour du fait du manque d'outils d'observation adaptés à son étude. Les nouvelles possibilités offertes par l'imagerie vidéo, notamment l'observation à haute fréquence, sont très novatrices. Dans cette thèse, un outil vidéo est présenté qui, à partir de la mesure des caractéristiques hydrodynamiques de surface, permet d'estimer avec précision la topographie littorale sur une large zone (km) et à haute fréquence (jour). Ce travail montre que les différentes structures sableuses littorales interagissent et qu'elles ne peuvent pas être étudiées de manière isolée. La dynamique des structures sableuses peut être fortement non-uniforme dans la direction parallèle à la plage, même en conditions de fortes vagues. De plus, la dynamique est cruciale car elle contribue aux transferts de sédiment entre le large et la plage. Dans un système à deux barres, plus que la hauteur des vagues, c'est le marnage qui influence majoritairement la dynamique de la barre intertidale en conditions de tempête. Nos résultats suggèrent qu'une grande part de la variabilité temporelle de la plage se situe à cette échelle court terme
This thesis presents a study on short term (day to month) beach dynamic. Until the emergence of video systems, and despite its major role, this dynamic remained mainly unknown due to the lack of a suited observation technology. The new possibilities allowed by video imagery, comprising high-frequency observation, are revolutionary. In this thesis, a tool is introduced that, from the measure of nearshore hydrodynamics, estimates accurately nearshore topography for a large area (km) and at high frequency (day). This thesis shows that nearshore sand features interact and cannot be studied in isolation. We show that sand features dynamic can be dominantly non-uniform in the longshore direction, even for large waves. This dynamic is crucial because it contributes to cross-shore sand exchanges. For a double-barred beach, more than wave height, tidal range variations drive inner bar dynamic during stormy conditions. Our results suggest that a large part of the beach temporal variability is short term

L'imagerie par diffraction (topographie) est une technique qui est utilisee pour la caracterisation de defauts (defauts cristallins, parois, interfaces,) dans des materiaux monocristallins. La disponibilite des sources de rayonnement synchrotron de la troisieme generation telles que l'esrf ouvre de nouvelles perspectives pour cette technique. La these presente l'etude et la realisation de la ligne de lumiere id19 dediee a la topographie et a la diffraction a haute resolution a l'esrf. On y decrit l'optique, que nous avons calculee. On y discute la charge thermique pour la topographie en faisceau blanc, un probleme nouveau specifique a l'esrf, et on propose des solutions. Cette these presente aussi une etude preliminaire des premiers resultats de topographie a l'esrf. On porte une attention particuliere aux contrastes produits par les dislocations, et on demontre la possibilite de caracteriser le vecteur de burgers en direction, signe et module dans le cas ou l'image est double

La microscopie holographique en ligne permet l'observation d'échantillons microscopiques transparents, d’où son intérêt en microbiologie. L'information accessible de phase et d'absorption requiert des algorithmes de reconstruction robustes, à élaborer en lien étroit avec le design optique du montage. Ce chapitre propose de faire un état de l'art dans ce domaine, en s'appuyant principalement sur la méthodologie des problèmes inverses.