Dissertations / Theses on the topic 'Condensed matter imaging'
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Bhandari, Sagar. "Imaging Electron Flow in Graphene." Thesis, Harvard University, 2015. http://nrs.harvard.edu/urn-3:HUL.InstRepos:17467347.
Full textAbstract:
Scanning probe techniques can be used to probe electronic properties at the nanoscale, to shed light on the physics of nanoscale devices: Graphene is of great interest for its promise in both applied (e.g. spintronics and valleytronics) and fundamental research (e.g. quantum Hall and Dirac fermions). We successfully used a cooled scanning gate microscope to image the motion of electrons along cyclotron orbits for magnetic focusing in graphene. Part of my time at Harvard was also spent incorporating a low temperature scanning capacitance setup into the existing microscope as well as building a low temperature coarse positioning system.
To image magnetic focusing of electrons in graphene, a conducting tip of a scanned probe microscope is held just above the sample surface, and an applied tip-to-sample voltage creates an image charge that is moved while the transresistance between two leads is measured. The sample is a high mobility hBN-graphene-hBN sandwich etched into hall bar geometry with two point contacts along each side. By tuning the transverse magnetic field B and electron density n in the graphene layer, we observe the first few magnetic focusing peaks. For values of B and n that correspond to the first magnetic focusing peak, we observe an image of the cyclotron orbit that extends from one point contact to the other. We also study the effects of B and n on the spatial distribution of electron trajectories as we move away from the magnetic focusing peak.
We also present the design and implementation of a cooled scanning capacitance probe that operates at liquid He temperatures to image electrons in nanodevices. In this setup, an applied sample-to-tip voltage creates an image charge that is measured by a cooled charge amplifier adjacent to the tip. The circuit is based on a low-capacitance, high-electron-mobility transistor(HEMT) (Fujitsu FHX35X). The input is a capacitance bridge formed by a low capacitance pinched-off HEMT transistor and the tip-sample capacitance. We have achieved a low noise level (0.13 e/ Hz^0.5) and high spatial resolution (100 nm) for this technique, which promises to be a useful tool to study electronic behavior in nanoscale devices.Engineering and Applied Sciences - Applied Physics
2
Xu, Peng. "Infrared Spectroscopy and Nano-Imaging of La0.67Sr0.33Mno3 Films." W&M ScholarWorks, 2017. https://scholarworks.wm.edu/etd/1516639666.
Full textAbstract:
Charge transport properties of manganites can be significantly modified by temperature, chemical doping, strain, and interfacial boundaries. In this dissertation, we report studies on broadband far-field infrared spectroscopy and near-field infrared imaging of single crystalline thin films of Sr doped manganite LaMnO3 at 0.33 doping level. at this Sr-doping level, the manganite films undergo a phase transition between a ferromagnetic metallic phase at low temperatures to a paramagnetic, insulating phase at higher temperatures. The films were grown on different substrates with different thicknesses by pulsed laser deposition method. The temperature dependent far-field infrared data on 85 nm thick La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) film grown on (100) lanthanum aluminate substrate reveals that electron and hole free carriers behave quite similarly in the low temperature ferromagnetic metallic state of the thin film. The number densities, effective masses and relaxation response of the delocalized electrons and holes are quantified. We discover that only one-third of the doped charges are coherent and contribute to the dc transport. The temperature dependence of the relaxation rate of the free carriers at low temperatures fulfills the formula A+BT2 with anomalously large A and B coefficients compared to a conventional metal like gold. We detected some of the 8 infrared-active phonons predicted for the rhombohedral lattice. We also observed splitting of the 580 cm-1 infrared-active phonon at high temperatures which we attribute to the local Jahn-Teller distortion effect. We performed detailed scattering-type scanning near-field mid-infrared microscopy on an 18 nm thick La0.67Sr0.33MnO3 film grown on (100) strontium titanate substrate. In contrast to a percolative type first-order phase transition, a continuous homogeneous phase transition is observed within the bulk of the thin film when this sample is heated up from room temperature to 330K.The infrared near-field amplitude data is consistent with a second order phase transition from the ferromagnetic metallic phase to the paramagnetic insulating phase. We discover critical fluctuations at a fixed temperature within the bulk of the thin film near its nominal phase transition temperature. We also discover temperature independent phase segregation near the film-substrate interface which we attribute to more conducting regions with A-type antiferromagnetic order coexisting with less conducting ones with C-type antiferromagnetic structure.
3
Hummert, Stephanie Maria. "Magneto-Optical Imaging of Superconducting MgB2 Thin Films." W&M ScholarWorks, 2007. https://scholarworks.wm.edu/etd/1539626854.
Full text
4
Frey, Alexander. "Time-Resolved Magneto-Optical Imaging of Superconducting YBCO Thin Films in the High-Frequency AC Current Regime." W&M ScholarWorks, 2006. https://scholarworks.wm.edu/etd/1539626846.
Full text
5
Waissman, Jonah. "Carbon Nanotubes for the Generation and Imaging of Interacting 1D States of Matter." Thesis, Harvard University, 2014. http://dissertations.umi.com/gsas.harvard:11661.
Full textAbstract:
Low-dimensional systems in condensed matter physics exhibit a rich array of correlated electronic phases. One-dimensional systems stand out in this regard. Electrons cannot avoid each other in 1D, enhancing the effects of interactions. The resulting correlations leave distinct spatial imprints on the electronic density that can be imaged with scanning probes. Disorder, however, can destroy these delicate interacting states by breaking up the electron liquid into localized pieces. Thus, to generate fragile interacting quantum states, one requires an extremely clean system in which disorder does not overcome interactions, as well as a high degree of tunability to design potential landscapes. Furthermore, to directly measure the resulting spatial correlations, one requires an exceptionally sensitive scanning probe, but the most sensitive probes presently available are also invasive, perturbing the system and screening electron-electron interactions.Engineering and Applied Sciences
6
Senning, Eric Nicolas 1978. "Mitochondrial dynamics and optical conformation changes in DsRed as studied by fourier imaging correlation spectroscopy." Thesis, University of Oregon, 2009. http://hdl.handle.net/1794/10337.
Full textAbstract:
xiii, 114 p. : ill. (some col.) A print copy of this thesis is available through the UO Libraries. Search the library catalog for the location and call number.Novel experiments that probe the dynamics of intracellular species, including the center-of-mass displacements and internal conformational transitions of biological macromolecules, have the potential to reveal the complex biochemical mechanisms operating within the cell. This work presents the implementation and development of Fourier imaging correlation spectroscopy (FICS), a phase-selective approach to fluorescence spectroscopy that measures the collective coordinate fluctuations of fluorescently labeled microscopic particles. In FICS experiments, a spatially modulated optical grating excites a fluorescently labeled sample. Phase-synchronous detection of the fluorescence, with respect to the phase of the exciting optical grating, can be used to monitor the fluctuations of partially averaged spatial coordinates. These data are then analyzed by two-point and four-point time correlation functions to provide a statistically meaningful understanding of the dynamics under observation. FICS represents a unique route to elevate signal levels, while acquiring detailed information about molecular coordinate trajectories. Mitochondria of mammalian cells are known to associate with cytoskeletal proteins, and their motions are affected by the stability of microtubules and microfilaments. Within the cell it is possible to fluorescently label the mitochondria and study its dynamic behavior with FICS. The dynamics of S. cerevisiae yeast mitochondria are characterized at four discrete length scales (ranging from 0.6 - 1.19 μm) and provide detailed information about the influence of specific cytoskeletal elements. Using the microtubule and microfilament destabilizing agents, Nocodazole and Latrunculin A, it is determined that microfilaments are required for normal yeast mitochondrial motion while microtubules have no effect. Experiments with specific actin mutants revealed that actin is responsible for enhanced mobility on length scales greater than 0.6 μm. The versatility of FICS expands when individual molecules are labeled with fluorescent chromophores. In recent experiments on the tetrameric fluorescent protein DsRed, polarization-modulated FICS (PM-FICS) is demonstrated to separate conformational dynamics from molecular translational dynamics. The optical switching pathways of DsRed, a tetrameric complex of fluorescent protein subunits, are examined. An analysis of PM-FICS coordinate trajectories, in terms of 2D spectra and joint probability distributions, provides detailed information about the transition pathways between distinct dipole-coupled DsRed conformations. This dissertation includes co-authored and previously published material.
Committee in charge: Tom Stevens, Chairperson, Chemistry; Andrew Marcus, Advisor, Chemistry; Peter von Hippel, Member, Chemistry; Marina Guenza, Member, Chemistry; John Toner, Outside Member, Physics
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Hong, Sungkun. "Nanoscale Magnetic Imaging with a Single Nitrogen-Vacancy Center in Diamond." Thesis, Harvard University, 2012. http://dissertations.umi.com/gsas.harvard:10671.
Full textAbstract:
Magnetic imaging has been playing central roles not only in fundamental sciences but also in engineering and industry. Their numerous applications can be found in various areas, ranging from chemical analysis and biomedical imaging to magnetic data storage technology. An outstanding problem is to develope new magnetic imaging techniques with improved spatial resolutions down to nanoscale, while maintaining their magnetic sensitivities. For instance, if detecting individual electron or nuclear spins with nanomter spatial resolution is possible, it would allow for direct imaging of chemical structures of complex molecules, which then could bring termendous impacts on biological sciences. While realization of such nanoscale magnetic imaging still remains challenging, nitrogen-vacancy (NV) defects in diamond have recently considered as promising magnetic field sensors, as their electron spins show exceptionally long coherence even at room temperature. This thesis presents experimental progress in realizing a nanoscale magnetic imaging apparatus with a single nitrogen-vacancy (NV) color center diamond. We first fabricated diamond nanopillar devices hosting single NV centers at their ends, and incorporated them to a custom-built atomic force microscope (AFM). Our devices showed unprecedented combination of magnetic field sensitivity and spatial resolution for scanning NV systems. We then used these devices to magnetically image a single isolated electronic spin with nanometer resolution, for the first time under ambient condition. We also extended our study to improve and generalize the application of the scanning NV magnetometer we developed. We first introduced magnetic field gradients from a strongly magnetized tip, and demonstrated that the spatial resolution can be further improved by spectrally distinguishing identical spins at different locations. In addition, we developed a method to synchronize the periodic motion of an AFM tip and pulsed microwave sequences controlling an NV spin. This scheme enabled employment of 'AC magnetic field sensing scheme' in imaging samples with static and spatially varying magnetizations.Engineering and Applied Sciences
8
GURUNG, TAK BAHADUR. "OPTICAL IMAGING OF EXCITON MAGNETIC POLARONS IN DILUTED MAGNETIC SEMICONDUCTOR QUANTUM DOTS." University of Cincinnati / OhioLINK, 2006. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=ucin1155658535.
Full text
9
Yang, Weibing. "Probing electronic, magnetic and structural heterogeneity in advanced materials and Nanostructures with x-ray imaging, scattering and spectroscopic techniques." Diss., Temple University Libraries, 2018. http://cdm16002.contentdm.oclc.org/cdm/ref/collection/p245801coll10/id/588064.
Full textAbstract:
PhysicsPh.D.
In this dissertation, we have used a combination of synchrotron-based x-ray spectroscopic, scattering and imaging techniques to investigate the electronic, magnetic and structural properties of materials and material systems which exhibit natural as well as engineered nanoscale structural distortions. In order to investigate the interplay between the above-mentioned degrees of freedom with spatial and depth resolution, we have utilized non-destructive techniques, such as x-ray absorption spectroscopy (XAS), polarization-dependent photoemission electron microscopy (PEEM), nanoscale scanning x-ray diffraction microscopy (nano-SXDM) and standing-wave x-ray photoemission spectroscopy (SW-XPS). The results were compared to several types of state-of-the-art first-principles theoretical calculations. In the first part of the dissertation, we have investigated the nanoscale magneto-elastic structure of the Fe3Ga magnetic alloy, which was recently reported to exhibit non-volume conserving magnetostriction. As the result of our combined PEEM and nano-SXDM study, we have discovered the structural basis for this phenomenon – periodic long-wavelength (~269 nm) elastic domain walls, with domains (regions of zero-strain) existing as narrow transition regions. Atto-scale elastic gradients and self-strain across the elastic domain walls were quantitatively measured and imaged by nano-SXDM. Our measurements revealed that the gradients inside the elastic walls are accommodated by gradually increasing/decreasing inter-planar spacing resembling a longitudinal wave. Our element-specific polarization-dependent PEEM measurements revealed that the magnetic structure of the crystal modulates with similar periodicity (~255 nm), and the resulting magneto-elastic coupling produces a ‘giant’ field-induced bulk deformation, which is equal to the measured self-strain of the elastic domain wall. In the second part of this dissertation, we utilized a combination of soft x-ray standing-wave photoemission spectroscopy (SW-XPS), hard x-ray photoemission spectroscopy (HAXPES) and scanning transmission electron microscopy (STEM) to probe the depth-dependent and single-unit-cell resolved electronic structure of isovalent manganite superlattices (Eu0.7Sr0.3MnO3/La0.7Sr0.3MnO3)15 wherein the electronic and magnetic properties are intentionally modulated with depth via engineered O octahedral rotations and A-site displacements. Standing-wave-excited spectroscopy of the Mn 2p and O 1s core-levels confirmed the isovalent nature of the Mn ions in the superlattice and revealed significant depth-dependent variations in the local chemical and electronic environment around the O atoms, consistent with the state-of-the-art theoretical calculations. Furthermore, it was shown that a surface relaxation and orbital reconstruction in the several top Eu0.7Sr0.3MnO3 atomic layers produces substantial changes in the observed electronic structure, which, according to the first-principles theoretical calculations, occur due to the establishment of orbital stripe order in the top unit cell. In summary, we have used synchrotron-based x-ray spectroscopic and microscopic techniques, in conjunction with high-resolution electron microscopy, to study the electronic, magnetic and structural properties of advanced functional materials exhibiting strong nanoscale heterogeneity. We discovered a strong coupling between the nanoscale structural and magnetic properties in the non-conventional magnetostrictive Fe3Ga single crystal. Our results suggest that this coupling provides the fundamental basis for the non-conventional magnetostriction phenomenon in this material. We have also discovered that the electronic properties of the Eu0.7Sr0.3MnO3/La0.7Sr0.3MnO3 superlattices can be epitaxially tuned via engineered A-site cation displacement, which is a result of the strong interfacial coupling between the Eu0.7Sr0.3MnO3 and La0.7Sr0.3MnO3 layers. This suggests a new way of tailoring and spatially-confining electronic and ferroic behavior in complex oxide heterostructures and creating novel ordered surface-reconstruction effects.
Temple University--Theses
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Pendery, Joel S. "Nanoscale Patterning and Imaging of Liquid Crystals and Colloids at Surfaces." Case Western Reserve University School of Graduate Studies / OhioLINK, 2014. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=case1396623443.
Full text
11
Wolfe, Christopher Stuart. "Novel Techniques for Detection and Imaging of Spin Related Phenomena: Towards Sub-Diffraction Limited Resolution." The Ohio State University, 2015. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1437316315.
Full text
12
Bhallamudi, Vidya Praveen. "Spins in heterogeneous landscapes: Consequences for transport and imaging." The Ohio State University, 2011. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1306871981.
Full text
13
Iqbal, Mohammad. "Polarization stereoscopic imaging prototype." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00702271.
Full textAbstract:
The polarization of light was introduced last ten years ago in the field of imaging system is a physical phenomenon that can be controlled for the purposes of the vision system. As that found in the human eyes, in general the imaging sensors are not under construction which is sensitive to the polarization of light. These properties can be measured by adding optical components on a conventional camera. The purpose of this thesis is to develop an imaging system that is sensitive both to the stereoscopic and to the state of polarization. As well as the visual system on a various of insects in nature such as bees, that are have capability to move in space by extracted relevant information from the polarization. The developed prototype should be possible to reconstruct threedimensional of points of interest with the issues associated with a set of parameters of the state of polarization. The proposed system consists of two cameras, each camera equipped with liquid crystal components to obtain two images with different directions of polarization. For each acquisition, four images are acquired: two for each camera. Raised by the key of main capability to return polarization information from two different cameras. After an initial calibration step; geometric and photometric, the mapping of points of interest process is made difficult because of the optical components placed in front of different lenses. A detailed study of different methods of mapping was used to select sensitivity to the polarization effects. Once points are mapped, the polarization parameters of each point are calculated from the four values from four images acquired. The results on real scenes show the feasibility and desirability of this imaging system for robotic applications.
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Bascoul, Guillaume. "Applications de la cartographie en émission de lumière dynamique (Time Resolved Imaging) pour l'analyse de défaillance des composants VLSI." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00880532.
Full textAbstract:
Les technologies VLSI (" Very large Scale Integration ") font partie de notre quotidien et nos besoins en miniaturisation sont croissants. La densification des transistors occasionne non seulement des difficultés à localiser les défauts dits " hard " apparaissant durant les phases de développement (débug) ou de vieillissement, mais aussi l'apparition de comportements non fonctionnels purs du composant liées à des défauts de conception. Les techniques abordées dans ce document sont destinées à sonder les circuits microélectroniques à l'aide d'un outil appelé émission de lumière dynamique (Time Resolved Imaging - TRI) à la recherche de comportements anormaux au niveau des timings et des patterns en jeu dans les structures. Afin d'aller plus loin, cet instrument permet également la visualisation thermographique en temps résolue de phénomènes thermiques transitoires au sein d'un composant.
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Herreros, Quentin. "Very low field magnetic resonance imaging." Phd thesis, Université René Descartes - Paris V, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01064053.
Full textAbstract:
The aim of this thesis is to perform Magnetic Resonance Imaging at very low field (from 1 mT to 10 mT). A new kind of sensor called "mixed sensor" has been used to achieve a good detectivity at low frequencies. Combining a superconducting loop and a giant magnetoresistance, those detectors have a competitive equivalent field noise compared to existing devices (Tuned coils, SQUIDs and Atomic Magnetometers). They have been combined with flux transformers to increase the coupling between the sample and the sensor. A complete study has been performed to adapt it to mixed sensors and then maximize the gain. This set has been incorporated in an existing small MRI device to test its robustness in real conditions. In parallel, several MRI sequences (GE, SE, FLASH, EPI, ...) have been integrated and adapted to very low field requirements. They have been used to perform in-vivo three dimensional imaging and relaxometry studies on well known products to test their reliability. Finally, a larger setup adapted for full-head imaging has been designed and built to perform images on a larger working volume.
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Latt, Kyaw Zin. "Manipulation of Molecular Charge Density Waves and Molecular Transport Systems." Ohio University / OhioLINK, 2019. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=ohiou1557418915977344.
Full text
17
Teeling-Smith, Richelle Marie. "Single Molecule Electron Paramagnetic Resonance and Other Sensing and Imaging Applications with Nitrogen-Vacancy Nanodiamond." The Ohio State University, 2015. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1424779811.
Full text
18
Schoeffel, Markus. "Nanoparticules multifonctionnelles de vanadate dopées aux terres rares : Marqueurs luminescents, détecteurs d'oxydant et agent de contraste pour l'imagerie à résonance magnétique." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00688113.
Full textAbstract:
Les techniques d'imagerie multimodale peuvent apporter une grande richesse d'information. Cette thèse est consacrée au développement et à la caractérisation de nanoparticules qui peuvent être utilisées en tant que marqueurs luminescents, pour la détection d'oxydants et comme agents de contraste pour l'imagerie à résonance magnétique. Ces travaux sont basés sur des études précédentes concernant des nanoparticules de composition Y0,6Eu0,4VO4, qui présentent une forte luminescence stable sans clignotement. La détection optique d'oxydants résolue temporellement et spatialement se base sur la photoréduction réversible d'Eu3+ vers Eu2+ et la réoxydation d'Eu2+ vers Eu3+ induite par exemple par H2O2. Cette oxydation est détectable suite à une modification des propriétés de luminescence. L'incorporation de Gd3+ paramagnétique permet l'accélération de la relaxation de l'aimantation des protons. Nous avons synthétisé des nanoparticules de 10 nm et 40 nm de diamètre de composition GdVO4 et Gd0,6Eu0,4VO4, ainsi que des systèmes cœur-coquille contenant un cœur de Y0,6Eu0,4VO4 et une coquille de GdVO4 avec un diamètre total de 40 nm. L'analyse microstructurale par rayons X combinée avec la diffusion dynamique de la lumière et la microscopie électronique à balayage nous a permis de proposer un modèle liant la forme des nanoparticules à celle des cristallites les composant. La titration complexométrique a indiqué que le taux de relargage de terres rares est négligeable, ce qui rend envisageable l'utilisation de nanoparticules de ce type pour des applications in vivo. Nous avons démontré que les nanoparticules conservent, même après substitution de Y3+ par Gd3+, la capacité de détecter H2O2 par une modification de leur luminescence. Des mesures de l'aimantation des nanoparticules Gd0,6Eu0,4VO4 en fonction du champ et de la température ont confirmé leur comportement paramagnétique conforme à une loi de Curie-Weiss dans une gamme de température allant de 290 K à 5 K. Nous avons trouvé que la relaxivité par rapport aux protons induite par les nanoparticules GdVO4 et Gd0,6Eu0,4VO4 d'un diamètre de 10 nm est plus importante que pour le composé commercial chélaté Dotarem®. Des mesures de dispersion de relaxation magnétique nucléaire ont indiqué une relaxivité plus élevée pour les nanoparticules composées de Gd0,6Eu0,4VO4 par rapport à celles de GdVO4. Les données actuelles indiquent que les nanoparticules de vanadate de terres rares contenant simultanément Gd et Eu sont des candidats prometteurs pour une application in vivo en tant que sonde multifonctionelle. Ce système pourrait également être utile comme cible pour la thérapie par capture de neutrons utilisant les ions de gadolinium ou pour la tomographie par émission de positrons.
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Ryan, Christopher James. "Three Dimensional Data Storage in Polymeric Systems." Case Western Reserve University School of Graduate Studies / OhioLINK, 2012. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=case1327696439.
Full text
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Thompson, James Russell. "Imaging the assembly of the Staphylococcal pore-forming toxin alpha-Hemolysin." Thesis, University of Oxford, 2009. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:e320004a-6118-4dac-af2a-eca6e90be7ac.
Full textAbstract:
Alpha-hemolysin is a pore-forming toxin secreted by pathogenic Staphylococcus aureus. Its spontaneous oligomerization and assembly into a trans-bilayer beta-barrel pore is a model for the assembly of many other pore-forming toxins. It is studied here in vitro as a means to probe general membrane protein oligomerization and lipid bilayer insertion. This thesis details the results of experiments to develop and implement a novel in vitro lipid bilayer system, Droplet-on-Hydrogel Bilayers (DHBs) for the single-molecule imaging of alpha-hemolysin assembly. Chapter 2 describes the development of DHBs and their electrical characterization. Experiments show the detection of membrane channels in SDS-PAGE gels post-electrophoresis and DHBs use as a platform for nanopore stochastic sensing. Chapter 3 describes the engineering and characterization of fluorescently-labelled monomeric alpha-hemolysin for use in protein assembly imaging experiments described in Chapter 6. Chapter 4 describes the characterization of DHB lipid fluidity and suitability for single-molecule studies of membrane protein diffusion. In addition, a novel single-particle tracking algorithm is described. Chapter 5 describes experiments demonstrating simultaneous electrical and fluorescence measurements of alpha-hemolysin pores embedded within DHBs. The first multiple-pore stochastic sensing in a single-lipid bilayer is also described. Chapter 6 describes experiments studying the assembly of alpha-hemolysin monomers in DHBs. Results show that alpha-hemolysin assembles rapidly into its oligomeric state, with no detection of long-lived intermediate states.
21
Zhu, Sha. "A Bayesian Approach for Inverse Problems in Synthetic Aperture Radar Imaging." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00844748.
Full textAbstract:
Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging is a well-known technique in the domain of remote sensing, aerospace surveillance, geography and mapping. To obtain images of high resolution under noise, taking into account of the characteristics of targets in the observed scene, the different uncertainties of measure and the modeling errors becomes very important.Conventional imaging methods are based on i) over-simplified scene models, ii) a simplified linear forward modeling (mathematical relations between the transmitted signals, the received signals and the targets) and iii) using a very simplified Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) to do the inversion, resulting in low resolution and noisy images with unsuppressed speckles and high side lobe artifacts.In this thesis, we propose to use a Bayesian approach to SAR imaging, which overcomes many drawbacks of classical methods and brings high resolution, more stable images and more accurate parameter estimation for target recognition.The proposed unifying approach is used for inverse problems in Mono-, Bi- and Multi-static SAR imaging, as well as for micromotion target imaging. Appropriate priors for modeling different target scenes in terms of target features enhancement during imaging are proposed. Fast and effective estimation methods with simple and hierarchical priors are developed. The problem of hyperparameter estimation is also handled in this Bayesian approach framework. Results on synthetic, experimental and real data demonstrate the effectiveness of the proposed approach.
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Richard, Marie-Hélène. "Design study of a Compton camera for prompts-gamma imaging during ion beam therapy." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00934715.
Full textAbstract:
Ion beam therapy is an innovative radiotherapy technique using mainly carbon ion and proton irradiations. Its aim is to improve the current treatment modalities. Because of the sharpness of the dose distributions, a control of the dose if possible in real time is highly desirable. A possibility is to detect the prompt gamma rays emitted subsequently to the nuclear fragmentations occurring during the treatment of the patient. In a first time two different Compton cameras (double and single scattering) have been optimised by means of Monte Carlo simulations. The response of the camera to a photon point source with a realistic energy spectrum was studied. Then, the response of the camera to the irradiation of a water phantom by a proton beam was simulated. It was first compared with measurement performed with small-size detectors. Then, using the previous measurements, we evaluated the counting rates expected in clinical conditions. In the current set-up of the camera, these counting rates are pretty high. Pile up and random coincidences will be problematic. Finally we demonstrate that the detection system is capable to detect a longitudinal shift in the Bragg peak of +or- 5 mm, even with the current reconstruction algorithm.
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McCormick, Elizabeth Joan McCormick. "Optical Properties of Two Dimensional Semiconductors." The Ohio State University, 2018. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1531907387651019.
Full text
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Caldas, de Almeida Araujo Ericky. "Adaptation of Proof of Concepts Into Quantitative NMR Methods : Clinical Application for the Characterization of Alterations Observed in the Skeletal Muscle Tissue in Neuromuscular Disorders." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01067940.
Full textAbstract:
Current quantitative nuclear magnetic resonance (NMR) technics offer biomarkers that allow performing non-invasive longitudinal studies for the follow up of therapeutic trials in neuromuscular disorders (NMD). In contrast to fat degeneration, the mechanisms of inflammation/oedema/necrosis and fibrosis are characteristic signs of disease activity, which makes their quantification a promising source of crucial biomarkers for longitudinal studies. This thesis work consisted on the implementation of more precise quantitative NMR methods adapted to the clinical study of skeletal muscle (SKM) for : (i) detection and quantification of sites of disease activity by T2-mapping of muscle water ; (ii) investigation of the different pathophysiological mechanisms underlying T2 alterations ; and (iii) Detection and quantification of muscle fibrosis. We implemented two methods for T2 mapping of muscle water. The first one is based on a multi-spin-echo sequence du type CPMG. In this method the 1H-NMR signals from water and lipids are acquired simultaneously. The acquired data are fitted to a tri-exponential model, in which water and fat signals are separated by exploring the T2 difference between water and fat. This method allows extraction of muscle water T2-value in the presence of fat infiltration. The second method is based on a " partially spoiled steady state free precession " (pSSFP) sequence. In contrast to the first method, which demands a sophisticated post-treatment of images acquired at 17 different echo-times, with the pSSFP a T2-mapping is extracted from two 3D data sets. 3D acquisition is compatible with spectrally selective water excitation, which eliminates signal contribution from lipids. Both methods were validated experimentally on patients and healthy subjects. The results demonstrated their capacity to detect and quantify disease activity sites. This 2 works have been published in two international journals : Azzabou, de Sousa, Araujo, & Carlier, 2014. Journal of Magnetic Resonance Imaging. DOI 10.1002/jmri.24613 (in press); et de Sousa, Vignaud, Araujo, & Carlier . 2012. Magnetic Resonance in Medicine. 67:1379-1390. Although it was shown to reveal disease activity, mono-exponential T2 of muscle water is non-specific to what concerns the mechanisms underlying its alterations. It has been long known that T2 relaxation in SKM tissue is multi-exponential. This is currently accepted to reveal anatomical compartmentation of myowater. We implemented a method for localized spectroscopic CPMG acquisition. CPMG data respect echo-time sampling and signal to noise ration limits for allowing robust multiexponential analysis. This work allowed us to establish a compartmentation model that perfectly explains the multi-exponential T2 relaxation observed in SKM tissue. This work was published in the " Biophysical Journal " (Araujo, Fromes & Carlier 2014. New Insights on skeletal muscle tissue compartments revealed by T2 NMR relaxometry. (In press)). Pilot studies performed in patients show promising results and suggest potential application of the method in clinical studies. Fibrosis starts with an excessive accumulation of intramuscular connective tissue (IMCT). We have explored the " Ultrashort time to echo " (UTE) method with the aim to detect and characterize the signal from IMCT. In a first study we characterized in vivo a short T2 component (~500 µs) in SKM, and we collected evidences suggesting that this component might reflect IMCT. Then we implemented a methodology that allowed imaging this short component in SKM tissue for the first time.
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Zhang, Ting. "Electromagnetic wave imaging of targets buried in a cluttered medium using an hybrid Inversion-DORT method." Phd thesis, Ecole centrale de Marseille, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01037906.
Full textAbstract:
The objective of this thesis work is to detect and to characterize three-dimensional targets in a disordered medium, using electromagnetic excitations. This research domain is of great interest in many applications, such as subsoil probing, medical imaging, non-destructive testing and geophysical exploration, etc. In order to extract the target information from the heterogeneities of the medium, we propose to use one of the time reversal technique, namely the DORT method (French acronym for Décomposition de l'Opérateur de Retournement Temporel). This method permits us to generate different waves that focus selectively on each target in high noisy environment. Moreover, this method is also combined with a non-linear inversion algorithm, which permits not only to localize but also to characterize the targets. The reconstruction resolution appears to be better than the ones obtained with the DORT or the inversion procedure alone, especially in the illumination direction. It is also shown that using full-polarized data is indispensable for achieving better performances rather than in scalar configuration. Moreover, in the half-space configuration, it is mandatory to use the frequency-diversity data to get an accurate reconstruction. These theoretical developments are also confronted to experimental data measured in the optical domain. A full-polarization Tomographic Diffractive Microscopy (TDM) is implemented and a resolution about one-fourth of the wavelength is thus obtained. Furthermore, the DORT method is applied in TDM to realize selective focalization and characterization. In the presence of multiple targets, selective characterization of each scatterer is achieved.This thesis work also deals with the characterization problem using transient data. Different inversion algorithms are validated using synthetic and experimental hyper-frequency data.
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Guevara, Alvez Pamela Beatriz. "Inference of a human brain fiber bundle atlas from high angular resolution diffusion imaging." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00638766.
Full textAbstract:
La structure et l'organisation de la substance blanche du cerveau humain ne sont pas encore complètement connues. L'Imagerie par Résonance Magnétique de diffusion (IRMd) offre une approche unique pour étudier in vivo la structure des tissus cérébraux, permettant la reconstruction non invasive des trajectoires des faisceaux de fibres du cerveau en utilisant la tractographie. Aujourd'hui, les techniques récentes d'IRMd avec haute résolution angulaire (HARDI) ont largement amélioré la qualité de la tractographie par rapport à l'imagerie du tenseur de diffusion standard (DTI). Toutefois, les jeux de données de tractographie résultant sont très complexes et comprennent des millions de fibres, ce qui nécessite une nouvelle génération de méthodes d'analyse. Au-delà de la cartographie des principales voies de la substance blanche, cette nouvelle technologie ouvre la voie à l'étude des faisceaux d'association courts, qui ont rarement été étudiés avant et qui sont au centre de cette thèse. L'objectif est d'inférer un atlas des faisceaux de fibres du cerveau humain et une méthode qui permet le mappage de cet atlas à tout nouveau cerveau.Afin de surmonter la limitation induite par la taille et la complexité des jeux de données de tractographie, nous proposons une stratégie à deux niveaux, qui enchaîne des regroupements de fibres intra- et inter-sujet. Le premier niveau, un regroupement intra-sujet, est composé par plusieurs étapes qui effectuent un regroupement hiérarchique et robuste des fibres issues de la tractographie, pouvant traiter des jeux de données contenant des millions de fibres. Le résultat final est un ensemble de quelques milliers de faisceaux de fibres homogènes représentant la structure du jeu de données de tractographie dans sa totalité. Cette représentation simplifiée de la substance blanche peut être utilisée par plusieurs études sur la structure des faisceaux individuels ou des analyses de groupe. La robustesse et le coût de l'extensibilité de la méthode sont vérifiés à l'aide de jeux de fibres simulés. Le deuxième niveau, un regroupement inter-sujet, rassemble les faisceaux obtenus dans le premier niveau pour une population de sujets et effectue un regroupement après normalisation spatiale. Il produit en sortie un modèle composé d'une liste de faisceaux de fibres génériques qui peuvent être détectés dans la plupart de la population. Une validation avec des jeux de données simulées est appliqué afin d'étudier le comportement du regroupement inter-sujet sur une population de sujets alignés avec une transformation affine. La méthode a été appliquée aux jeux de fibres calculés à partir des données HARDI de douze cerveaux adultes. Un nouveau atlas des faisceaux HARDI multi-sujet, qui représente la variabilité de la forme et la position des faisceaux à travers les sujets, a été ainsi inféré. L'atlas comprend 36 faisceaux de la substance blanche profonde, dont certains représentent quelques subdivisions des faisceaux connus, et 94 faisceaux d'association courts de la substance blanche superficielle. Enfin, nous proposons une méthode de segmentation automatique de mappage de cet atlas à tout nouveau sujet.
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Anna, Guillaume. "Optimisation du contraste dans les images polarimétriques : étude théorique, algorithmes et validation expérimentale." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00874686.
Full textAbstract:
L'imagerie polarimétrique consiste à acquérir des images contenant des informations relatives à la polarisation de la lumière diffusée par une scène. L'objectif de cette thèse est d'utiliser les propriétés de ce type d'imagerie afin de d'améliorer le contraste entre plusieurs objets d'intérêt.Dans le cadre de l'optimisation du contraste entre deux objets d'intérêt, nous démontrons que, si l'on travaille à temps d'acquisition fixe, c'est l'acquisition d'une unique image avec des états d'illumination et d'analyse optimisés qui permet d'atteindre les meilleures performances. C'est pourquoi nous avons développé un imageur pouvant générer et analyser n'importe quel état de polarisation sur la sphère de Poincaré, en utilisant des cellules à cristaux liquides. Ces états peuvent être contrôlés afin de faire varier le contraste dans les images et nous montrons que les ''états optimaux" permettant de maximiser le contraste dépendent des conditions de mesure. En particulier, la valeur des états de polarisation maximisant le contraste entre deux objets d'intérêt dépend des bruits de mesure (bruit de détecteur, bruit de Poisson, Speckle) ainsi que des fluctuations spatiales des propriétés polarimétriques dans la scène. Une mauvaise estimation de la source de bruit peut donc amener à une perte significative de contraste.Nous nous intéressons ensuite à un scénario d'imagerie plus complexe où la scène peut être illuminée de manière non-uniforme. Nous proposons une méthode d'acquisition utilisant l'ensemble des degrés de liberté fournis par notre imageur et montrons que cette méthode permet d'augmenter significativement le contraste par rapport aux résultats obtenus avec d'autres types d'imagerie comme l'imagerie OSC (Orthogonal State Contrast).Nous étendons ensuite nos études à un cas ''multicibles" où plus de deux objets doivent être distingués. Nous montrons notamment que l'accroissement du nombre d'images peut dégrader le contraste et qu'il existe un nombre optimal d'images à acquérir si l'on travaille à temps d'acquisition fixe.Enfin, nous proposons une méthode visant à automatiser notre imageur pour l'optimisation du contraste en combinant de manière itérative l'acquisition d'images polarimétriques optimisées et un algorithme de segmentation par contours actifs statistiques. Des premiers résultats expérimentaux mettent en évidence l'avantage de cette intégration d'algorithmes de traitement numérique au c\oe ur du processus d'acquisition de l'image.
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Ygouf, Marie. "Nouvelle méthode de traitement d'images multispectrales fondée sur un modèle d'instrument pour la haut contraste : application à la détection d'exoplanètes." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00843202.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur l'imagerie multispectrale à haut contraste pour la détection et la caractérisation directe d'exoplanètes. Dans ce contexte, le développement de méthodes innovantes de traitement d'images est indispensable afin d'éliminer les tavelures quasi-statiques dans l'image finale qui restent à ce jour, la principale limitation pour le haut contraste. Bien que les aberrations résiduelles instrumentales soient à l'origine de ces tavelures, aucune méthode de réduction de données n'utilise de modèle de formation d'image coronographique qui prend ces aberrations comme paramètres. L'approche adoptée dans cette thèse comprend le développement, dans un cadre bayésien, d'une méthode d'inversion fondée sur un modèle analytique d'imagerie coronographique. Cette méthode estime conjointement les aberrations instrumentales et l'objet d'intérêt, à savoir les exoplanètes, afin de séparer correctement ces deux contributions. L'étape d'estimation des aberrations à partir des images plan focal (ou phase retrieval en anglais), est la plus difficile car le modèle de réponse instrumentale sur l'axe dont elle dépend est fortement non-linéaire. Le développement et l'étude d'un modèle approché d'imagerie coronographique plus simple se sont donc révélés très utiles pour la compréhension du problème et m'ont inspiré des stratégies de minimisation. J'ai finalement pu tester ma méthode et d'estimer ses performances en terme de robustesse et de détection d'exoplanètes. Pour cela, je l'ai appliquée sur des images simulées et j'ai notamment étudié l'effet des différents paramètres du modèle d'imagerie utilisé. J'ai ainsi démontré que cette nouvelle méthode, associée à un schéma d'optimisation fondé sur une bonne connaissance du problème, peut fonctionner de manière relativement robuste, en dépit des difficultés de l'étape de phase retrieval. En particulier, elle permet de détecter des exoplanètes dans le cas d'images simulées avec un niveau de détection conforme à l'objectif de l'instrument SPHERE. Ce travail débouche sur de nombreuses perspectives dont celle de démontrer l'utilité de cette méthode sur des images simulées avec des coronographes plus réalistes et sur des images réelles de l'instrument SPHERE. De plus, l'extension de la méthode pour la caractérisation des exoplanètes est relativement aisée, tout comme son extension à l'étude d'objets plus étendus tels que les disques circumstellaire. Enfin, les résultats de ces études apporteront des enseignements importants pour le développement des futurs instruments. En particulier, les Extremely Large Telescopes soulèvent d'ores et déjà des défis techniques pour la nouvelle génération d'imageurs de planètes. Ces challenges pourront très probablement être relevés en partie grâce à des méthodes de traitement d'image fondées sur un modèle direct d'imagerie.
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Marinescu, Marilena Ioana. "Multimodal characterization of superparamagnetic particles of iron oxide for inflammation imaging : application to experimental cerebral ischemia." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00994167.
Full textAbstract:
Several studies on small animals have shown that MRI enhanced with nanoparticles of iron oxide (USPIO) is able to detect the neuroinflammation. However, to our knowledge, no team had yet investigated the potential of this approach for monitoring an anti-inflammatory treatment. In this context, we have demonstrated the feasibility of this approach to monitor the effects of minocycline after cerebral ischemia in mice. MRI is a very sensitive technique for the detection of iron, but the precise location of USPIO as well as their quantification is difficult. We therefore propsed to complete the MRI approach by a new technique to our knowledge in the field of USPIO imaging in the brain : Synchrotron radiation tomography. We here present the first results showing the feasibility of this approach and a comparative study of the sensitivity of two techniques used for the detection of USPIO in the brain. In the last part of our work, we report our results on the biotransformation of USPIOs in the spleen of the mouse during the first 40 days after intravenous injection obtained by transmission electron microscopy (TEM).
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Seifi, Mozhdeh. "Signal processing methods for fast and accurate reconstruction of digital holograms." Phd thesis, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01004605.
Full textAbstract:
Techniques for fast, 3D, quantitative microscopy are of great interest in many fields. In this context, in-line digital holography has significant potential due to its relatively simple setup (lensless imaging), its three-dimensional character and its temporal resolution. The goal of this thesis is to improve existing hologram reconstruction techniques by employing an "inverse problems" approach. For applications of objects with parametric shapes, a greedy algorithm has been previously proposed which solves the (inherently ill-posed) inversion problem of reconstruction by maximizing the likelihood between a model of holographic patterns and the measured data. The first contribution of this thesis is to reduce the computational costs of this algorithm using a multi-resolution approach (FAST algorithm). For the second contribution, a "matching pursuit" type of pattern recognition approach is proposed for hologram reconstruction of volumes containing parametric objects, or non-parametric objects of a few shape classes. This method finds the closest set of diffraction patterns to the measured data using a diffraction pattern dictionary. The size of the dictionary is reduced by employing a truncated singular value decomposition to obtain a low cost algorithm. The third contribution of this thesis was carried out in collaboration with the laboratory of fluid mechanics and acoustics of Lyon (LMFA). The greedy algorithm is used in a real application: the reconstruction and tracking of free-falling, evaporating, ether droplets. In all the proposed methods, special attention has been paid to improvement of the accuracy of reconstruction as well as to reducing the computational costs and the number of parameters to be tuned by the user (so that the proposed algorithms are used with little or no supervision). A Matlab® toolbox (accessible on-line) has been developed as part of this thesis
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Fiole, Daniel. "Apports de la microscopie biphotonique intravitale pulmonaire à l'étude de la physiopathologie de la maladie du charbon." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00952722.
Full textAbstract:
Bacillus anthracis, l'agent infectieux responsable de la maladie du charbon, est un agent pathogène majeur du risque biologique provoqué, notamment en raison de la sévérité de la forme respiratoire de la maladie. Celle-ci résulte de l'inhalation de spores dont les mécanismes de pénétration au niveau pulmonaire sont mal connus à l'heure actuelle. Cette thèse présente les apports des microscopies confocale et biphotonique à l'étude de ces mécanismes de pénétration des spores inhalées. Le modèle murin CX3CR1+/gfp, dont la sous-population CD11b+ de cellules dendritiques (DCs) exprime constitutivement la protéine de fluorescence verte (GFP), a été utilisé dans ces travaux. Une première partie présente le développement d'une méthode automatisée de discrimination des DCs parmi d'autres populations cellulaires exprimant le même fluorophore, en se basant sur le calcul d'un coefficient morphologique. Cette méthode a permis d'étudier dans un deuxième temps le comportement spécifique de la sous-population de DCs CD11b, après infection par des spores de B. anthracis. L'étude microscopique a été d'abord effectuée in situ, c'est-à-dire sur des explants pulmonaires maintenus dans des conditions favorables à la préservation de l'activité cellulaire, puis in vivo, sur des souris anesthésiées et ventilées. Le protocole d'imagerie tire profit d'une stratégie d'acquisition et de traitement a posteriori des données permettant de surmonter, sans contrainte mécanique appliquée à l'organe, les problèmes de focalisation liés aux mouvements thoraciques durant la ventilation de l'animal. Cette stratégie originale utilise un sur-échantillonnage de l'acquisition et profite du signal de seconde harmonique généré par le collagène comme référence spatiale ; elle a permis l'observation in vivo d'interactions entre DCs et macrophages au niveau pulmonaire. Ces interactions, de type synapse immunologique, sont favorisées par l'infection et présentent donc un rôle fonctionnel qui reste à définir. La formation de synapses immunologiques entre macrophages et DCs pourrait non seulement représenter un chaînon manquant à l'explication de la pénétration des spores de B. anthracis au niveau pulmonaire, mais pourrait aussi constituer un enjeu crucial dans la compréhension de la réponse immunitaire associée aux infections pulmonaires.
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Jung, Young Woo. "Optical studies and biological applications of spins in semiconductors." The Ohio State University, 2011. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1306523724.
Full text
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Cloos, Martijn Anton Hendrik. "Parallel transmission for magnetic resonance imaging of the human brain at ultra high field : specific absorption rate control & flip-angle homogenization." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00732658.
Full textAbstract:
The focus of this thesis lies on the development, and implementation, of parallel transmission (pTx) techniques in magnetic resonance imaging for flip-angle homogenization throughout the human brain at ultra-high field. In order to allow in-vivo demonstrations, a conservative yet viable safety concept is introduced to control the absorbed radiofrequency (RF) power . Subsequently, novel methods for local SAR control and non-selective RF pulse-design are investigated. The impact of these short and energy-efficient waveforms, referred to as kT-points, is first demonstrated in the context of the small-tip-angle domain. Targeting a larger scope of applications, the kT-points design is then generalized to encompass large flip angle excitations and inversions. This concept is applied to one of the most commonly used T1-weighted sequences in neuroimaging. Results thus obtained at 7 Tesla are compared to images acquired with a clinical setup at 3 Tesla, validating the principles of the kT-points method and demonstrating that pTx-enabled ultra-high field systems can also be competitive in the context of T1-weighted imaging. Finally, simplifications in the global design of the pTx-implementation are studied in order to obtain a more cost-effective solution.
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Rizzi, Julien. "Imagerie de phase quantitative par interférométrie à décalage quadri-latéral. Application au domaine des rayons x durs." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00917590.
Full textAbstract:
Depuis la découverte des rayons X par Röntgen, l'imagerie radiographique utilise le contraste d'absorption. Cette technique est efficace uniquement si les objets à étudier sont suffisamment absorbants. C'est pour cela qu'on peut détecter une lésion osseuse avec une radiographie, mais pas une lésion ligamentaire.Toutefois, l'imagerie par contraste de phase peut permettre de surmonter cette limite. Depuis les années 2000, s'appuyant sur des travaux similaires existant en optique visible, les scientifiques des rayons X essayent de mettre au point des dispositifs sensibles au contraste de phase et compatibles avec des applications industrielles comme l'imagerie médicale ou le contrôle non-destructif. Néanmoins, les architectures classiques des interféromètres sont très difficiles à mettre en place dans les rayons X durs, et sont trop contraignantes pour être transférables vers l'industrie. C'est pourquoi des dispositifs utilisant des réseaux de diffraction ont été les plus développés. Ils ont permis d'obtenir les premières images de radiographie par contraste de phase sur des humains vivants.Mais les architectures proposées aujourd'hui utilisent plusieurs réseaux et son contraignantes pour les industriels. C'est pourquoi j'ai développé au cours de ma thèse un système n'utilisant qu'un unique réseau de phase. J'ai montré qu'un tel dispositif peut générer des interférogrammes achromatiques et invariants par propagation. Ce dispositif a permis d'effectuer des mesures de contraste de phase quantitatives sur un fossile biologique, ainsi que des mesures métrologiques sur des miroirs plans sensibles aux rayons X.
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Hopchev, Plamen. "Mesures de la luminosité absolue à l'expérience LHCb." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00684982.
Full textAbstract:
Les mesures de la luminosité intégrée pour les expériences auprés de collisionneur ont un intérêt majeur. Ces mesures participent à la détermination des sections efficaces de production des processus étudiés, elles quantifient également les performances de l'accélérateur et des expériences. Deux méthodes ont été utilisées par l'expérience LHCb pour déterminer la mesure de la luminosité absolue enregistrée durant la campagne 2010 de prise de données des collisions proton-proton à une énergie de 7 TeV dans le centre de masse: outre la méthode classique applelée "Van der Meer scan" une nouvelle technique est développée permettant une détermination directe des paramètres de chaque faisceau en localisant les interactions faisceau-faisceau et les interactions faisceau-gaz résiduel. Cette méthode n'est possible que grace à la résolution du détecteur de vertex de LHCb et sa proximité avec la zone des faisceaux de protons et les paramètres tels la position, les angles et les largeurs des faisceaux peuvent être mesurés. Les deux methodes sont décrites et leurs résultats discutés. De plus les techniques utilisées pour étendre les mesures de luminosité absolue à l'ensemble de la prise de données 2010 sont décrites.
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Kosior, Ewelina. "Combinaison de la microscopie de fluorescence X et de l'imagerie X par contraste de phase pour l'imagerie clinique sub-cellulaire." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00952355.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse présente une combinaison unique d'imagerie X par contraste de phase avec la fluorescence X pour des échantillons biologiques étudiés par nanosonde par fluorescence X excitée par le rayonnement synchrotron. Les récents développements dans ce domaine ouvrent la possibilité d'une imagerie chimique quantitative à l'échelle sub-cellulaire. Ceci a été rendu possible par l'utilisation d'un outil unique qui est la station de nanoimagerie X ID22NI de l'ESRF qui permet de délivrer un faisceau sub-100 nm avec un très haut flux à haute énergie entrainant une sensibilité très haute, de l'ordre de quelques centaines d'atomes pour différents éléments (Fe, Cu, Zn...). Le couplage des informations issues de l'imagerie X par contraste de phase (masse surfacique de la cellule) et de la fluorescence X (masse surfacique des éléments chimiques) a pu être obtenu pour la première fois donnant accès à une cartographie des éléments chimiques constituant les cellules et de leurs fractions massiques absolues associées. Dans l'immédiat, il n'a été possible d'étudier des cellules qui ont été congelées rapidement puis lyophilisées, cependant, une nouvelle ligne de nanoimagerie, NINA, en construction à l'ESRF, fonctionnera comme un cryomicroscope et permettra l'analyse 2D/3D d'échantillons biologiques ou non congelés hydratés. L'extension de l'imagerie chimique 2D présentée dans ce travail à une imagerie 3D représente une importante avancée pour bon nombre de problématiques scientifiques en biologie. Une des limitations de ce type d'analyse est celle des dommages radio-induits à la suite de l'irradiation de l'échantillon par un haut flux de particules ionisantes. Il existe que peu ou pas d'étude sur les effets de la nanoanalyse par fluorescence X sur les cellules lyophilisées. Nous avons combiné l'imagerie de phase à l'imagerie par fluorescence X ce qui nous permis de conclure à une rétractation des structures cellulaires accompagnée d'une volatilisation des éléments du fait de l'irradiation lors de l'analyse par fluorescence X. Ces aspects ont été confortés par des analyses utilisant une technique complémentaire non-synchrotron de microscopie ionique en transmission et à balayage (STIM). Plus important encore, nous apportons ainsi un outil rapide et non-destructif pour la cellule (imagerie X de phase) qui permet de corriger la perte de masse due à la volatilisation d'éléments légers (C, H, O, N) de la matrice cellulaire. Cette démarche permet de fiabiliser l'analyse quantitative de la composition chimique cellulaire. Cette approche sera précieuse pour corriger ces effets de perte de masse lors de futures analyses tomographiques de cellules entières congelées hydratées. Nous avons également contribué à l'étude de distribution intracellulaire de nouvelles nanoparticules d'or ou de platine fonctionnalisées. Nous avons pu exploiter les données issues de la fluorescence X pour estimer le nombre de nanoparticules et la taille des clusters internalisés au sein des cellules. Toutefois, des expériences dédiées pour des analyses sur un plus grand nombre de cellules auxquelles l'imagerie X par contraste de phase serait menée en parallèle permettraient surement de préciser plus finement ces aspects quantitatifs sur le nombre de nanoparticules intracellulaires. Dans l'ensemble ce travail ouvre la possibilité d'une imagerie chimique quantitative absolue sub-cellulaire en 2D ou 3D avec la perspective d'imagerie corrélative avec de nombreuses techniques complémentaires notamment la microscopie électronique à transmission pour l'ultrastructure, la microscopie de fluorescence pour la localisation de proteines d'intérêts et d'autres techniques d'analyses chimiques telles le NanoSIMS ou le nano-PIXE.
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Zurek, Magdalena. "IRM des poumons à temps d'écho courts : méthodes et applications à des modèles expérimentaux chez le rongeur." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00808506.
Full textAbstract:
Dans ce travail de recherche doctorale, l'IRM des poumons à temps d'écho courts dite UTE (Ultra-short EchoTime) a été utilisée pour détecter le signal RMN du tissu pulmonaire afin de caractériser et étudier des modèlesexpérimentaux de maladies pulmonaires chez les rongeurs (rats et souris). En particulier, la technique radialeUTE a été appliquée pour détecter des biomarqueurs dans des modèles de broncho-pneumopathie chroniqueobstructive (BPCO) induite expérimentalement chez les rongeurs. La détection du signal RMN en provenancedu parenchyme pulmonaire a fourni de précieux indicateurs de la maladie associés à l'élargissement des alvéolespulmonaires et aux processus inflammatoires. De plus, la simplicité de mise en oeuvre de cette technique(absence de synchronisation cardiaque et pulmonaire) permet de réduire les temps d'acquisition et apparait bienadaptée aux études longitudinales. La mesure répétée du centre de l'espace-k à chaque temps de répétition de laséquence a été utilisée pour développer une méthode de post-synchronisation reposant sur la détection desmouvements cardio-respiratoires, et permettant de produire des images sans artefacts de mouvement.
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Hudin, Nicolas. "Développement de nouvelles sondes per-opératoires positon pour guider la chirurgie des tumeurs solides." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00906756.
Full textAbstract:
L'exérèse des tumeurs cancéreuses est une procédure courante pour le traitement de nombreux cancers. L'enjeu est de réaliser une excision la plus complète possible pour éviter les récidives tout en épargnant le plus possible les tissus sains bordant la tumeur. La détection de positons est une modalité d'imagerie particulièrement adaptée au repérage de résidus tumoraux lors de l'éxerèse car sa forte sélectivité spatiale permet de s'affranchir du bruit provenant de la fixation non spécifique du radiotraceur dans les tissus situés en profondeur, offrant ainsi une meilleur sensibilité et un meilleur rapport signal sur bruit que la détection de photons gamma. L'utilisation pour le contrôle d'exérèse impose cependant une contrainte forte sur les dimensions du détecteur qui doit être manipulable facilement par le chirurgien et pouvoir être inséré dans des plaies opératoires potentiellement étroites. Une nouvelle génération de photodétecteurs appelés photomultiplicateurs silicium (SiPM) est particulièrement adaptée à cette application car ceux-ci allient la compacité et la robustesse des technologies silicium avec d'excellentes performances de détection. Mon travail de thèse porte sur le développement et la caractérisation de nouvelles sondes positon basées sur ces photodétecteurs. Dans un premier temps, un travail de caractérisation des SiPMs a été réalisé pour évaluer leurs performances pour la détection de positons. Deux prototypes de prototypes de détecteurs aux rôles complémentaires ont ensuite été réalisé: le premier est un imageur, basé sur l'assemblage de deux scintillateurs avec une ou deux matrices de SiPMs, qui permet de réaliser rapidement l'image de la distribution de traceur sur une large surface de tissus. Le second détecteur est une sonde de comptage, constituée de fibres scintillantes couplées à des SiPMs individuels via des fibres claires et capable d'être couplée à l'outil d'exérèse. Elle permet de guider l'outil du chirurgien vers les tissus repérés préalablement avec l'imageur. La caractérisation de l'imageur a montré sa capacité à détecter des résidus tumoraux de petite taille (15mg) avec une résolution submillimétrique. La sonde de comptage présente quant à elle, une efficacité de détection de 80%.
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Posavec, Tony. "An Investigation into the Fluorescence of Polymers." University of Akron / OhioLINK, 2017. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=akron1499353221343727.
Full text
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Alves, Cássio. "Propriedades dinâmicas de fases condensadas de DNA." Universidade de São Paulo, 2010. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-20122010-220157/.
Full textAbstract:
A preparação de vetores sintéticos para terapia gênica envolve a encapsulação de DNA em pequenos volumes em altas concentrações e nessas condições sabe-se que as moléculas de DNA podem ser organizar formando estruturas líquido-cristalinas. Essas moléculas, uma vez incorporadas a célula devem difundir e vários trabalhos experimentais têm mostrado que essa difusão é limitada pelo tamanho dos fragmentos de DNA. É nesse contexto que soluções de DNA in vitro constituem um sistema modelo para o estudo de processos dinâmicos de difusão na fase isotrópica e na fase anisotrópica. Neste trabalho investigamos a difusão de fragmentos de DNA de 150 pares de base dispersos em água com concentrações variando no intervalo de 80 a 350 mg/ml, que se situam no domínio da fase isotrópica e da fase colestérica, passando uma região intermedi ária de coexistência de fases. Nessas soluções foi acrescentado sal, em concentração suciente para blindar as interações eletrostáticas repulsivas, de maneira que os fragmentos de DNA podem ser tratados como cilindros rígidos e não interagentes. A técnica de FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleach) foi empregada para determinação do coeciente de difusão dos fragmentos de DNA que foram marcados com uma prova uorescente, que se intercala entre os nucleotídios por meio de uma ligação covalente. As imagens de FRAP foram analisadas segundo dois métodos diferentes para ajuste do perl de intensidade de luz na mancha de bleach, que pode ser dado por uma função gaussiana, no caso de um processo de difusão isotrópico, ou uma por uma função de Bessel modicada no caso de um processo de difusão anisotrópico. Na fase isotrópica a função gaussiana é a que melhor descreve o perl de intensidade de luz da mancha de bleach e o valor obtido para o coeciente de difusão dos fragmentos de DNA está em torno de 20 m2=s, que é um valor compatível com os valores encontrados na literatura para soluções de DNA com fragmentos de mesma dimensão na fase isotrópica. Na fase colestérica, a análise das imagens de FRAP mostrou que o perl de intensidade de luz é mais bem ajustado por uma função de Bessel modi- cada, permitindo a determinação dos coecientes, D1 e D2, que correspondem aos coecientes de difusão paralelo e perpendicular à direção de orientação molecular local, respectivamente. Nessa mesofase, os valores obtidos para o coeciente de difusão estão entre 101m2=s e 102m2=s, com uma anisotropia, D1=D2 = 12. Esses resultados são compatíveis com os obtidos para soluções de vírus fd na fase nemática. Também foram feitas medidas para amostras com composição que se situam na região intermediária entre a fase isotrópica e a fase colestérica e que podem apresentar duas ou até três fases em coexistência. A análise das imagens permitiu a identicação de processos de difus ão anisotrópico e isotrópicos, em uma mesma amostra, comprovando a coexistência de fases que não são identicadas apenas pela observação da textura em microscopia de luz polarizada.Preparation of synthetic vectors for gene therapy applications implies encapsulation of DNA in small cavities in high concentrations and in these conditions DNA molecules self-organize forming liquid crystalline structures. Once incorporated to the cell, DNA must diuse in cytoplasm and many experimental work have demonstrated that such diusion is limited by the fragments size. In this context, DNA solutions can be regarded as a promising model system for investigating isotropic and anisotropic diusion. In this work we have investigated diusion of DNA fragments, (150 base pairs), dissolved in water, for concentrations varying from 80 mg/ml to 350 mg/ml, ranging the domains of isotropic and cholesteric phases, with an intermediary region of phase coexistence. Salt was added to the solution, in concentration high enough to screen repulsive electrostatic interactions allowing us to regard DNA fragments as non interacting rigid rods. FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleach) technique was used to determine diusion coecients of DNA fragments marked with a uorescent probe, which binds covalently to the nucleotides. Analysis of FRAP images are performed following two possible ttings to the intensity prole in bleach zone, which can be a Gaussian function, for isotropic diusion, either a Bessel modied function if the diusion process is anisotropic. In the isotropic phase the Gaussian function was found to be more appropriate to describe the intensity prole in the bleach spot zone, resulting in a diusion coecient around 20 m2=s, which is compatible with values reported in literature for DNA solutions of fragments of the same dimension in the isotropic phase. Image analysis in the cholesteric phase has shown that light intensity prole of the bleach spot is best tted with a Bessel modied function, allowing us to determine two diusion coecients, D1 and D2, corresponding to the diusion coecients parallel and perpendicular to the local molecular orientation, respectively. In such mesophase the obtained values for the diusion coecients are around 101m2=s and 102m2=s, with an anisotropy; D1=D2 = 12. Such results are compatible with results obtained in the nematic phase of virus fd solutions. Solutions with concentrations lying in the intermediary zone presenting two or even three phase in coexistence were also investigated. By applying the two tting proles to the bleach spot it was possible to identify zones in the sample corresponding to isotropic diusion process and other zones presenting anisotropic diffusion process. This conrms the coexistence of isotropic and anisotropic phases, which cannot be identied only by optical polarized microscopy.
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Bonnet, Thomas. "Caractérisation et optimisation de sources d'électrons et de photons produites par laser dans les domaines du keV et du MeV." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00982170.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse expérimental traite de la caractérisation et de l'optimisation de sources d'électrons et de photons (gamme en énergie keV- MeV) produites lors de l'interaction d'un laser à impulsion courte et intense avec une cible à l'état de plasma. La caractérisation en énergie et angulaire de ces sources est un enjeu d'importance, notamment dans la perspective de les utiliser pour des expériences de physiques nucléaires dans les plasmas. Une partie de ce travail est consacrée à l'étude des écrans photostimulables (IPs), détecteurs couramment utilisés pour la mesure des distributions en énergie et angulaire des faisceaux de particules accélérées par laser. Les caractéristiques des écrans de type MS, SR et TR de la marque Fuji ont été étudiés et leurs fonctions de réponse aux électrons, photons, protons et particules alpha sont établies dans une gamme en énergie de quelques kev à plusieurs MeV. Enfin un protocole est proposé pour réaliser des mesures quantitatives avec ces détecteurs dans différentes configurations expérimentales.Dans une seconde partie, une source d'électrons produite avec l'installation ELFIE du LULI dans la gamme en énergie de l'ordre du MeV a été caractérisée et optimisée en faisant varier l'extension spatiale du pré-plasma dans lequel interagi le laser intense. En particulier nous montrons que plus de 1011 électrons de plus de 10 MeV sont accélérés lors de l'interaction laser- plasma pour des conditions particulières d'extension longitudinale du pré-plasma en amont, mais aussi en aval de la cible.Dans une dernière partie, une source de photons produite à haute cadence avec le laser AURORE du CELIA est étudiée dans une gamme en énergie d'une dizaine de keV. L'originalité de la source réside dans la nature de la cible qui est du gallium à l'état liquide. Nous montrons en particulier que l'énergie moyenne et le nombre des photons peuvent être optimisés en créant des jets de gallium à la surface de la cible au moyen d'une pré-impulsion laser. Une interprétation physique du phénomène est proposée s'appuyant sur des simulations numériques.
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Frath, Denis. "Nouveaux complexes borates fluorescents : synthèses, propriétés et applications." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00923177.
Full textAbstract:
Les travaux réalisés aux cours de cette thèse ont portés sur la création de nouveaux complexes borates fluorescents. Des voies de synthèse relativement simples et efficaces ont permis d'accéder à deux nouvelles familles de fluorophores : les Boranils et les Boricos. Les Boranils présentent des coefficients d'absorption molaire élevés, des rendements quantiques pouvant atteindre 90% et la capacité à agir comme antenne efficace pour du transfert d'énergie photoinduit. De nombreuses modifications post-synthétiques ont été mises au point permettant l'accès à des fonctions de greffage utile pour des applications dans le domaine des cristaux liquides ou l'imagerie biomédicale. Enfin, l'extension de la conjugaison des Boranils a permis de déplacer les émissions vers le proche infrarouge. Les Boricos présentent des coefficients d'absorption élevés, des rendements quantiques allant jusqu'à 81% et la capacité à agir comme antenne ou accepteur dans des systèmes de transfert d'énergie photoinduit.
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Gerardin, Emilie. "Morphometry of the human hippocampus from MRI and conventional MRI high field." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00856589.
Full textAbstract:
The hippocampus is a gray matter structure in the temporal lobe that plays a key role in memory processes and in many diseases (Alzheimer's disease, epilepsy, depression ...).The development of morphometric models is essential for the study of the functional anatomy and structure alterations associated with different pathologies. The objective of this thesis is to develop and validate methods for morphometry of the hippocampus in two contexts: the study of the external shape of the hippocampus from conventional MRI (1.5T or 3T) with millimeter resolution, and the study of its internal structure from 7T MRI with high spatial resolution. These two settings correspond to the two main parts of the thesis.In the first part, we propose a method for the automatic classification of patients from shape descriptors. This method is based on a spherical harmonic decomposition which is combined with a support vector machine classifier (SVM). The method is evaluated in the context of automatic classification of patients with Alzheimer's disease (AD) patients, mild cognitive impairment (MCI) patients and healthy elderly subjects. It is also compared to other approaches and a more comprehensive validation is available in a population of 509 subjects from the ADNI database. Finally, we present another application of morphometry to study structural alterations associated with the syndrome of Gilles de la Tourette.The second part of the thesis is devoted to the morphometry of the internal structure of the hippocampus from MRI at 7 Tesla. Indeed, the internal structure of the hippocampus is rich and complex but inaccessible to conventional MRI. We first propose an atlas of the internal structure of the hippocampus from postmortem data acquired at 9.4T. Then, we propose to model the Ammon's horn and the subiculum as a skeleton and a local measure thickness. To do this, we introduce a variational method using original Hilbert spaces reproducing kernels. The method is validated on the postmortem atlas and evaluated on in vivo data from healthy subjects and patients with epilepsy acquired at 7T.
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Khan, Rahat. "Discriminative image representations using spatial and color information for category-level classification." Phd thesis, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01073099.
Full textAbstract:
Image representation is in the heart of many computer vision algorithms. Different computer vision tasks (e.g. classification, detection) require discriminative image representations to recognize visual categories. In a nutshell, the bag-of-visual-words image representation is the most successful approach for object and scene recognition. In this thesis, we mainly revolve around this model and search for discriminative image representations. In the first part, we present a novel approach to incorporate spatial information in the BoVW method. In this framework, we present a simple and efficient way to infuse spatial information by taking advantage of the orientation and length of the segments formed by pairs of similar descriptors. We introduce the notion of soft-similarity to compute intra and inter visual word spatial relationships. We show experimentally that, our method adds important discriminative information to the BoVW method and complementary to the state-of-the-art method. Next, we focus on color description in general. Differing from traditional approaches of invariant description to account for photometric changes, we propose discriminative color descriptor. We demonstrate that such a color description automatically learns a certain degree of photometric invariance. Experiments show that the proposed descriptor outperforms existing photometric invariants. Furthermore, we show that combined with shape descriptor, the proposed color descriptor obtain excellent results on four challenging data sets.Finally, we focus on the most accurate color representation i.e. multispectral reflectance which is an intrinsic property of a surface. Even with the modern era technological advancement, it is difficult to extract reflectance information without sophisticated instruments. To this end, we propose to use the display of the device as an illuminant while the camera captures images illuminated by the red, green and blue primaries of the display. Three illuminants and three response functions of the camera lead to nine response values which are used for reflectance estimation. Results show that the accuracy of the spectral reconstruction improves significantly over the spectral reconstruction based on a single illuminant. We conclude that, multispectral data acquisition is potentially possible with consumer hand-held devices such as tablets, mobiles, and laptops
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Dellinger, Jean. "Imagerie hyperspectrale en champ proche optique : développement et applications à la nanophotonique." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00908824.
Full textAbstract:
La microscopie en champ proche optique permet d'analyser les phénomènes optiques avec une résolution spatiale sublongueur d'onde comme par exemple la localisation et la propagation de la lumière dans des cristaux photoniques. D'une manière générale, les méthodes de microscopie en champ proche optique reposent sur le positionnement à l'échelle nanométrique d'une sonde locale à proximité de l'échantillon à analyser, puis sur la détection du signal diffusé et collecté lors du balayage de la sonde. En fonction du type de détection optique mise en oeuvre ou du type de sonde utilisée, les grandeurs physiques communément accessibles par ces méthodes sont les distributions spatiales de l'amplitude et de la phase ou de l'intensité des composantes électriques ou magnétiques du champ sondé.Ce travail de thèse est consacré à la mise en place d'une détection hyperstectrale en champ proche optique dans le but de comprendre et de caractériser, à des échelles sublongueurs d'onde, les propriétés spectrales et spatiales de systèmes optiques miniaturisés. L'imagerie hyperstectrale fournit en une seule acquisition, une série d'image à chaque longueur d'onde dans les gammes spectrales visibles, infrarouges et aux longueurs d'onde des télécommunications optiques. Cette nouvelle technique d'imagerie a permis l'observation, sur une large bande spectrale, de phénomènes électromagnétiques dépendant de la longueur d'onde tels que les effets superprisme et mirage dans les cristaux photoniques et la mise en forme de faisceaux de Bessel plasmoniques
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Abbas, Allaoua. "Développement d'un dispositif pompe-sonde hétérodyne : application à l'imagerie en acoustique picoseconde." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00988758.
Full textAbstract:
L' acoustique picoseconde permet l'étude de structures aux dimensions sub-microniques grâce à l'utilisation d'ultrasons dont le contenu spectral peut s' étendre au-delà du THz. La génération et la détection de ces ondes sont rendues possibles par l'association de lasers impulsionnels femtosecondes à dispositifs de type pompe-sonde. Ce manuscrit de thèse décrit la mise en place d'une expérience d' imagerie opto-acoustique avec une résolution spatiale submicronique. L' utilisation combinée d'un échantillonnage optique hétérodyne et de cavités lasers à bas taux de répétition (50 MHz) permet de gagner plusieurs ordres de grandeur sur les temps d'acquisition et de disposer d'une très bonne résolution spectrale. Le manuscrit s'articule autour de trois parties. Dans un premier temps les deux cavités laser aux taux de répértition légèrement différents permettant l'échantillonnage otpique hétérdodyne sont présentées. Puis l'architecture et les performances du système d'asservissement de leur taux de répétion sont décrites. Dans la seconde partie du manuscrit, l'implémentation de cette double cavité dans une expérience pompre-sonde est détaillée et la possibilité de détecter des ondes acoustiques sub-THz avec une résolution de 50 MHz est démontrée. Enfin, dans le dernier chapitre, la puissance de cette expérience pour réaliser de l'imagerie ultra-rapide est illustrée au travers de deux exemples : l'étude d'ondes acoustiques de surface GHz dont la dispersion est induite par la présence d'une couche nanométrique et la détection d'hétérogénéités élastiques submicroniques
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Kenouche, Samir. "Études expérimentales et modélisation de la dynamique de distribution des agents de contraste en imagerie RMN : applications à l'agronomie." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01019641.
Full textAbstract:
Les études non destructives des processus physiologiques dans les produits agronomiques exigent des résolutions spatiales et temporelles de plus en plus élevées. L'imagerie par résonance magnétique nucléaire (RMN) est une technique totalement non-invasive qui permet d'accéder à plusieurs types de variables (architecture des tissus, variabilités spatiales de la composition, flux entrants et internes au cours de la croissance du fruit) plus difficilement quantifiables avec des méthodes destructives classiques. Un des enjeux majeur également réside dans la faculté de localiser spatialement ces transformations physiologiques et morphologiques dans les produits agronomiques. Les travaux de recherches réalisés dans le cadre de cette thèse ont pour objectif principal, la mise en œuvre d'une méthodologie de calcul et d'analyse quantitative en imagerie RMN appliquée à l'agronomie. L'implémentation, l'optimisation et la validation de la séquence FLASH combinée avec des agents de contraste efficaces en terme de relaxivité et bio-compatibles a permis d'une part, la cartographie des paramètres de relaxation et d'autre part, la quantification du transport de l'eau in vivo d'un système agronomique modèle au cours de sa croissance. Les nanoparticules de l'agent de contraste Gd3+[Fe(CN)6]3-/Mannitol ont été utilisées comme des marqueurs afin de localiser les flux hydriques dans le fruit. Le choix de la séquence d'imagerie FLASH a été motivé par la nécessite d'atteindre des résolutions temporelles suffisante pour suivre la dynamique des changements physiologiques liés au transport de l'eau dans ce type de matériau. La validation de la méthode de calcul du T1 menée sur le fantôme a révélé un bon accord par rapport aux T1 mesurés par relaxométrie. Nous avons également mis au point une procédure d'évaluation du rapport signal sur bruit et des incertitudes commises dans chaque voxel des images paramétriques M0 et T1. L'évaluation de ces incertitudes est un élément fondamental de cette analyse quantitative, afin d'assurer des interprétations fiables des images RMN. La segmentation des images nous a permis de localiser précisément les tissus où règne une forte activité cellulaire. Enfin, la modélisation compartimentale mis en oeuvre nous a permis de quantifier les paramètres cinétiques liés au transport de l'eau dans le fruit.Mots-clés: Imagerie RMN quantitative, paramètres intrinsèques, segmentation, modélisation compartimentale, agents de contraste, tissus végétaux
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Benoit, Didier. "Conception, reconstruction et évaluation d'une géométrie de collimation multi-focale en tomographie d'émission monophotonique préclinique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00949951.
Full textAbstract:
La tomographie d'émission monophotonique (TEMP) dédiée au petit animal est une technique d'imagerie nucléaire qui joue un rôle important en imagerie moléculaire. Les systèmes TEMP, à l'aide de collimateurs pinholes ou multi-pinholes, peuvent atteindre des résolutions spatiales submillimétriques et une haute sensibilité pour un petit champ de vue, ce qui est particulièrement attractif pour imager des souris. Une géométrie de collimation originale a été proposée, dans le cadre d'un projet, appelé SIGAHRS, piloté par la société Biospace. Ce collimateur présente des longueurs focales qui varient spatialement dans le plan transaxial et qui sont fixes dans le plan axial. Une haute résolution spatiale est recherchée au centre du champ de vue, avec un grand champ de vue et une haute sensibilité. Grâce aux simulations Monte Carlo, dont nous pouvons maîtriser tous les paramètres, nous avons étudié cette collimation originale que nous avons positionnée par rapport à un collimateur parallèle et un collimateur monofocal convergent. Afin de générer des données efficacement, nous avons développé un module multi-CPU/GPU qui utilise une technique de lancer de rayons dans le collimateur et qui nous a permis de gagner un facteur ~ 60 en temps de calcul, tout en conservant ~ 90 % du signal, pour l'isotope ⁹⁹^mTc (émettant à 140,5 keV), comparé à une simulation Monte Carlo classique. Cependant, cette approche néglige la pénétration septale et la diffusion dans le collimateur. Les données simulées ont ensuite été reconstruites avec l'algorithme OSEM. Nous avons développé quatre méthodes de projection (une projection simple (S-RT), une projection avec volume d'intersection (S-RT-IV), une projection avec calcul de l'angle solide (S-RT-SA) et une projection tenant compte de la profondeur d'interaction (S-RT-SA-D)). Nous avons aussi modélisé une PSF dans l'espace image, anisotrope et non-stationnaire, en nous inspirant de la littérature existante. Nous avons étudié le conditionnement de la matrice système pour chaque projecteur et collimateur, et nous avons comparé les images reconstruites pour chacun des collimateurs et pour chacun des projecteurs. Nous avons montré que le collimateur original proposé est le système le moins bien conditionné. Nous avons aussi montré que la modélisation de la PSF dans l'image ainsi que de la profondeur d'intéraction améliorent la qualité des images reconstruites ainsi que le recouvrement de contraste. Cependant, ces méthodes introduisent des artefacts de bord. Comparé aux systèmes existants, nous montrons que ce nouveau collimateur a un grand champ de vue (~ 70 mm dans le plan transaxial), avec une résolution de 1,0 mm dans le meilleur des cas, mais qu'il a une sensibilité relativement faible (1,32x10⁻² %).
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Balleyguier, Corinne. "Elastographie-IRM pour le diagnostic et la caractérisation des lésions du sein." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00824882.
Full textAbstract:
L'élastographie-IRM du sein (MRE) est une technique d'imagerie fonctionnelle non invasive utilisant les propriétés visco-élastiques des tissus et qui permet comme en élastographie-échographie d'évaluer la rigidité d'une lésion. Il est également possible, à la différence de l'élastographie-échographie, d'évaluer le degré de viscosité d'une lésion, et ainsi grâce à la combinaison élasticité/viscosité, comparée à l'analyse des paramètres IRM classiques comme la morphologie ou la cinétique de rehaussement, d'améliorer la caractérisation lésionnelle. Très peu d'études en élastographie-IRM du sein ont été menées à ce jour, essentiellement du fait d'une problématique instrumentale et de mise à disposition d'une antenne dédiée sein équipé d'un dispositif de génération des ondes de cisaillement dans le sein. Dans un premier temps, nous avons pu établir et optimiser une séquence élasto-IRM du sein sur une série de 10 volontaires saines. Cette séquence basée sur un principe de séquence Spin Echo EPI-MRE 3D, a permis l'acquisition de 50 coupes en 10 minutes sur un sein, compatible avec la pratique clinique en IRM du sein. Une approche multifréquence à 37,5 Hz, 75 Hz et 112,5 Hz a été ensuite testée sur les trois dernières volontaires puis transférées à notre population de patientes. Cette séquence multifréquence permettait la continuité de diffusion des ondes dans le sein. 50 patientes présentant des lésions indéterminées ou suspectes du sein (37 cancers, 13 bénins) ont ensuite été incluses dans ce protocole et examinées par IRM du sein classique avec séquence supplémentaire élasto-IRM. Certaines patientes étaient aussi examinées en élasto-échographie. Les données IRM morphologiques, dynamiques et de visco-élasticité IRM ont été corrélées à l'histologie. Nous avons pu montrer que les paramètres visco-élastiques IRM étaient fortement corrélés avec le score de malignité d'une lésion (Bi-RADS ACR) et avec le caractère différentiel bénin/malin. C'est notamment le paramètre Gd qui représente l'élasticité, qui était plus faible en cas de lésion suspecte BI-RADS 5. Le paramètre Gl était plus élevé dans les lésions malignes par rapport aux lésions bénignes, avec un niveau de viscosité statistiquement supérieur dans les lésions malignes. Le meilleur paramètre semble être le rapport y (Gl/Gd) qui était aussi significativement élevé dans les lésions malignes par comparaison avec les lésions bénignes du sein, et qui a été analysé comme un facteur indépendant. En pratique, l'ajout de la séquence MRE à un examen IRM du sein classique a permis dans notre étude d'améliorer significativement la sensibilité de l'IRM (de 78 à 91 %) sans perte de spécificité, celle-ci étant initialement très bonne dans cette étude. Nous n'avons pas en revanche établi de lien entre la fibrose, la quantification vasculaire ou la nécrose pour expliquer ces phénomènes de visco-élasticité des tumeurs. En conclusion, l'élasto-IRM peut s'avérer utile pour améliorer le diagnostic de lésions du sein en IRM. Une poursuite des travaux avec optimisation de la séquence pour qu'elle puisse permettre l'analyse des deux seins sera nécessaire pour sa diffusion en pratique clinique. Ce travail pourrait idéalement se poursuivre sur une plus grande série de patientes.
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Uhlíř, Vojtěch. "Dynamique de l'aimantation dans les nanostructures induite par courant électrique." Grenoble, 2010. http://www.theses.fr/2010GRENY049.
Full textAbstract:
Cette thèse concerne l'étude de la dynamique de l'aimantation et du déplacement de parois de domaines induits par un courant polarisé en spin dans les nanofils magnétiques de NiFe/Cu/Co. Avant ces travaux, des mesures de transport ont prouvé que dans ce système à trois couches, les parois dans le NiFe peuvent être déplacées par des densités de courant relativement faibles, ce qui suggère une efficacité du transfert de spin particulièrement élevée. Le but de cette étude a été d'utiliser la microscopie à photoémission d'électrons combinée avec le dichroïsme circulaire magnétique de rayons X (XMCD-PEEM) à des sources de rayonnement synchrotron pour observer directement les configurations magnétiques dans les tricouches et leur évolution pendant et après l'application d'impulsions de courant ultracourtes. Une étape importante du travail a été d'optimiser la croissance des couches NiFe/Cu /Co, pour augmenter la qualité des interfaces et minimiser le couplage entre les couches magnétiques. Le processus de structuration des nanofils par la lithographie électronique a également été optimisé. Deux types de mesures ont été réalisés : i) mesures quasi-statiques, où la configuration de domaines est observée avant et après l'application d'impulsions de courant et ii) des mesures dynamiques, où la configuration magnétique a été observée lors de l'application d'impulsions de courant. Les premières mesures nous ont permis d'étudier le comportement statistique des parois pendant l'application d'impulsions de courant : d'une part, les vitesses des parois atteignent des valeurs extrêmement élevées pour les densités de courant relativement faibles (jusqu'à 600 m/s pour 5×10^11 A/m^2). D'autre part, le mouvement des parois sur des distances supérieures à 2-3 μm est fortement entravé par le piégeage. Nous avons identifié le piégeage des parois dans la couche de NiFe comme étant dû à des inhomogénéités cristallographiques dans la couche de Co, par l'effet magnétique dipolaire. Des mesures résolues en temps pendant les impulsions de courant, réalisées pour la première fois par notre équipe, nous ont permis de démontrer que l'aimantation de NiFe est fortement inclinée dans la direction transverse à la direction des nanofils, en raison de la présence d'un champ transversal Oersted. Cet effet pourrait contribuer à l'augmentation des vitesses des parois dans les couches de NiFeThis thesis deals with the study of current-induced magnetization dynamics and domain wall (DW) motion in NiFe/Cu/Co nanowires, induced by the so-called spin-transfer torque effect. Prior to this work, transport measurements had proven that in this trilayer system, DWs in NiFe can be moved with relatively low current densities, suggesting a particularly high spin-torque efficiency. The aim of this study has been to use photoemission electron microscopy combined with x-ray magnetic circular dichroism at synchrotron radiation sources to observe directly the magnetic configurations in the trilayers and their evolution during and after the application of nanosecond current pulses. An important step of the work has been to optimize the growth of the NiFe/Cu/Co layers, in the view of increasing interface quality and minimize interlayer coupling. The process of nanowire patterning by e-beam lithography has also been optimized. Two kinds of measurements have been carried out: i) quasi-static measurements, where the domain configuration is observed before and after the application of current pulses and ii) dynamic measurements, where the magnetic configuration has been observed during the application of current pulses. The first measurements have allowed us to study the statistical behavior of DWs under the application of current pulses: on one hand, the domain wall velocities reach extremely high values for relatively low current densities (up to 600 m/s for 5×10^11 A/m^2). On the other hand, DW motion over distances larger than 2-3 μm is strongly hindered by pinning. We have identified the pinning of DWs in the NiFe layer as being due to crystallographic inhomogeneities of the Co layers, via magnetic dipolar effects. Time-resolved measurements during the current pulses, carried out for the first time by our team, have allowed us to demonstrate that the NiFe magnetization is strongly tilted in the direction transverse to the nanowire direction, due to the presence of a transverse Oersted field. This effect might contribute to the enhancement of DW velocities in the NiFe layers