Dissertations / Theses: 'Imagerie médicale – Appareils et matériel – Innovation'

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Laloy-Borgna, Gabrielle. "Micro-élastographie : caractérisation mécanique de la cellule par ondes élastiques." Electronic Thesis or Diss., Lyon 1, 2023. http://www.theses.fr/2023LYO10058.

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Abstract:

L'élastographie ondulatoire est une méthode d'imagerie visant à mesurer l'élasticité des tissus biologiques de façon non-invasive et quantitative. Récemment, la transposition de la technique à petite échelle baptisée micro-élastographie dynamique a permis de réaliser de premières mesures d'élasticité cellulaire par ondes de cisaillement grâce à un microscope optique. Cette thèse s'attache à en comprendre les limites et à développer de nouvelles méthodes de micro-élastographie, à tester de nouvelles sources d'ondes mais également des applications potentielles de la technique. Dans un premier temps, la dispersion d'ondes de cisaillement a été étudiée sur des gels de gélatine. Deux régimes distincts d'ondes élastiques guidées et d'ondes de cisaillement ont été identifiés. La limite haute fréquence de propagation des ondes a également été explorée, permettant d'établir l'existence d'une fréquence de coupure expliquant l'absence d'imagerie ultrasonore de cisaillement. La même approche a ensuite été appliquée à des fluides visco-élastiques faisant apparaître deux fréquences de coupure et permettant de revisiter les études déjà menées sur la rhéologie et la propagation d'ondes dans ce type de milieux. Puis, l'objectif initial étant de réaliser de la micro-élastographie sur des cellules uniques et les expériences précédemment réalisées avec des micro-pipettes présentant certains défauts, une méthode originale de micro-élastographie cellulaire a été développée. Une micro-bulle oscillante est utilisée comme source d'ondes de cisaillement sans contact à 15 kHz, pour réaliser des expériences sur des cellules sanguines appelées mégacaryocytes dont le diamètre est d'environ 15 µm. Il s'agit en fait des plus petits objets jamais explorés par élastographie. Des objets plus gros, des amas cellulaires de quelques dizaines de milliers de cellules ont également été étudiés. En effet, l'élastographie ultrasonore de ces modèles tumoraux d'environ 800 µm de diamètre étant impossible, la micro-élastographie optique est une technique adaptée. Ces échantillons contiennent des nano-particules magnétiques, donc une impulsion magnétique a pu être utilisée comme source d'ondes. Auparavant, des preuves de concept sur des gels à la fois macroscopiques (en élastographie ultrasonore) et microscopiques (en micro-élastographie optique) ont été menées pour valider l'utilisation de cette source de champ diffus. Enfin, des mesures d'ondes de pouls ont été réalisées sur des artères rétiniennes d'environ 50 µm de diamètre à partir d'acquisitions d'holographie Doppler laser réalisées in vivo. L'application d'algorithmes de corrélation monochromatiques a permis de mesurer la vitesse d'ondes guidées révélant l'existence d'une deuxième onde de pouls, une onde antisymétrique de flexion. Cette onde guidée, beaucoup plus lente que l'onde de pouls axisymétrique étudiée jusqu'à présent, a également été observée sur l'artère carotide grâce à des acquisitions ultrasonores ultrarapides
Dyanmic elastography is an imaging method to measure the elasticity of biological tissues in a non-invasive and quantitative way. Recently, the transposition of the technique to a small scale has been called dynamic micro-elastography and has allowed the first measurements of cellular elasticity by shear waves using an optical microscope. This thesis aims to undetstand the limits of this technique and to develop new micro-elastography methods, to test new wave sources but also potential applications of the technique. In a first step, the dispersion of shear waves was studied on gelatin phantoms. Two distinct regimes of guided elastic waves and shear waves were identified. The high-frequency limit of wave propagation was also explored, establishing the existence of a cutoff frequency which explains the absence of ultrasonic shear imaging. The same approach was then applied to visco-elastic fluids, revealing two cutoff frequencies and revisiting previous studies on rheology and wave propagation in this type of medium. Then, the initial objective being to carry out micro-elastography on single cells and the experiments previously carried out with micro-pipettes presenting certain defects, an original method of cellular micro-elastography was developed. An oscillating microbubble is used as a contactless shear wave source at 15 kHz to perform experiments on blood cells whose diameter is about 15 µm. These are the smallest objects ever explored by elastography. Larger objects, cell clusters of a few tens of thousands of cells have also been studied. Indeed, since ultrasound elastography of these tumour models of about 800 µm in diameter is impossible, optical micro-elastography is a suitable technique. These samples contain magnetic nanoparticles, so a magnetic pulse could be used as a wave source. Previously, proofs of concept on both macroscopic (in ultrasonic elastography) and microscopic (in optical micro-elastography) phantoms were conducted to validate the use of this diffuse field source. Finally, pulse wave measurements were performed on retinal arteries of about 50 µm in diameter using laser Doppler holography acquisitions performed in vivo. The application of monochromatic correlation algorithms allowed the measurement of guided wave velocities, finally revealing the existence of a second pulse wave, an antisymmetric bending wave. This guided wave, much slower than the axisymmetric pulse wave studied so far, was also observed on the carotid artery thanks to ultrafast ultrasound acquisitions

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Deruelle, Tristan. "Magnetic Resonance Elastography : towards prostate cancer imaging and slow compression wave imaging in softtissues." Electronic Thesis or Diss., Lyon, 2022. http://www.theses.fr/2022LYSE1068.

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Abstract:

Le cancer de la prostate est le deuxième cancer le plus prévalent chez l’homme dans le monde. Il est suspecté par un test de PSA et/ou un ressenti plutôt dur lors d’un toucher rectal. Lors du dépistage, une IRM multiparamétrique est recommandée pre-biopsie. Malheureusement, l’interprétation des images n’est pas aisée, même pour des spécialistes, et fait apparaître des faux-positifs. L’élastographie est une technique permettant d’estimer la rigidité des tissus lors de l’induction de petites vibrations. Cette technique permettrait d’avoir une cartographie 3D de la dureté de la prostate. Nous pensons que l’élastographie par IRM peut aider l’IRM multi-paramétrique actuelle. De par la localisation et la consitution de la prostate, la propagation des vibrations est difficile. Ces travaux présentent la conception d’un dispositif non invasif de génération d’ondes, spécifique pour la prostate. Ensuite, un nouvel algorithme de séparation de champ est présenté. Cet algorithme permet une meilleure estimation de la rigidité et la correction d’artefacts induits par les vibreurs conventionnels. Enfin, cet algorithme peut avoir des applications dans les milieux poreux. En effet, dans les milieux poro-elastiques, une onde de compression lente se propage. Nous montrons la présence d’une telle onde dans un gel d’agar, dans une mousse poreuse, et in vivo dans le greffon renal. En plus de l’estimation classique de la vitesse des ondes de cisaillement, il est maintenant possible d’estimer la vitesse de l’onde de compression lente. C’est une information supplémentaire que peut utiliser le praticien dans son diagnostique. Dans le futur, des paramètres de porosité pourront être évalués
Prostate cancer is the second most prevalent cancer in men worldwide. It is suspected when the PSA density is high or/and the superficial prostate feels hard during digital rectal examination. Multiparametric MRI is now recommended prior biopsy when detecting for cancer. However, image interpretation is challenging, even for specialists, and brings many false-positive. Elastography is a technique to assess tissue stiffness by inducing small vibrations. It could provide a 3D map of the stiffness of the prostate. We believe that MR elastography could complement the current multiparametric MRI. Given prostate location and consitution, wave propagation is difficult though. The current work presents the design of a non-invasive wave generation device for the prostate. Then, a new field separation algorithm is presented. This algorithm provides a better estimation of the stiffness, and the correction of artefact generated by common vibrators. Finally, this algorithm can have applications in porous media. Indeed, in poro-elastic materials, a slow compression wave propagates. We observe such a wave in an agar gel, in a foam phantom, and in vivo in human kidney graft. In addition to the classic shear wave velocity estimation, it is now possible to estimate the compression wave velocity. This is an additional piece of information that the operator can use in its diagnostic. In the future, more porous parameters could be derived

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Blahuta, Samuel. "Etude et optimisation de matériaux scintillateurs pour l'imagerie médicale." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066740.

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Abstract:

Ce travail de thèse concerne l’étude des mécanismes de scintillation de monocristaux de LYSO:Ce et de céramiques denses de Gd2O2S:Pr,Ce et de LuGdO3:Eu pour pouvoir cibler leur optimisation. Les spécificités pour une application en imagerie médicale incluent un fort pouvoir d’arrêt des rayonnements  et X, un rendement lumineux élevé, un temps de réponse rapide et, pour la tomographie CT, un afterglow le plus faible possible. Un important travail de compréhension des mécanismes mis en jeu a permis de mettre en évidence le rôle dommageable joué par les défauts ponctuels sur les propriétés de scintillation de ces composés (lacunes anioniques pour LYSO:Ce et Gd2O2S:Pr,Ce, et oxygènes interstitiels pour LuGdO3:Eu). Deux voies d’optimisation de ces scintillateurs ont été approfondies : le codopage et les recuits sous atmosphère contrôlée. Le codopage de monocristaux de LYSO:Ce par Ca2+ et Mg2+ permet d’améliorer significativement le rendement lumineux et l’afterglow, tout en stabilisant une partie importante de Ce4+ par un mécanisme de compensation de charges. Ces améliorations sont complémentaires avec celles d’un recuit oxydant. L’afterglow de LuGdO3:Eu a également été sensiblement optimisé, cette fois en utilisant des codopants trivalents (Ce3+, Pr3+ et Tb3+). Enfin, nous avons mis en avant qu’appliquer un recuit sous atmosphère soufrée est un moyen efficace de réduire l’afterglow des céramiques de Gd2O2S:Pr sans en dégrader le rendement lumineux.

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Taron, Maxime. "Ecalage et modélisation de formes avec incertitudes : contributions et applications à la segmentation avec a priori statistique." Marne-la-vallée, ENPC, 2007. http://www.theses.fr/2007ENPC0734.

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Abstract:

Nous avons pu observer récemment d’importants progrès dans les techniques d’imageries médicales qui ont été accompagnés par le développement d’outils informatiques de prévisualisation et d’aide automatique au diagnostic. La réalisation de tels outils nécessite généralement la création d’un modèle mathématique capable de représenter les organes et dont la construction est divisée en trois étapes : (i)choisir et extraire les structures à étudier, (ii)choisir un modèle mathématique adapté à la représentation de ces structures particulières, (iii) estimer les variations des paramètres du modèle ainsi choisi. Cette thèse aborde donc chacune de ces taches de fac¸on originale. La modélisation des organes est décrite au travers de déformations et nécessite une étape préalable de recalage de forme. Ceci implique la définition d’une forme de référence ainsi que d’un ensemble de déformations. Cette thèse introduit l’utilisation d’incertitudes sur le recalage de formes : définies a l’aide d’une matrice de covariance dans l’espace des déformations, elles indiquent localement la fiabilité du recalage obtenu. Ensuite vient la modélisation des variations de formes, obtenue à partir d’un ensemble d’apprentissage représentant différentes instances de l’organe étudié. Cette thèse apporte à la phase de modélisation des déformations, les informations sur les erreurs de recalage au travers de la propagation des incertitudes. La contribution finale de la thèse touche à la segmentation de ces structures par un modèle déformable, guidé par le modèle de forme sur lequel les incertitudes dues au modèle sont évaluées. La segmentation cardiaque du ventricule gauche en imagerie scanner, ainsi que le corps calleux en imagerie à résonance magnétique ont été considérés pour démontrer les performances de cette approche.

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Magimel-Pelonnier, Vincent. "Traitement d'images : vers l'extraction automatique de paramètres : application à la cardiologie en médecine nucléaire." Bordeaux 1, 1985. http://www.theses.fr/1985BOR10528.

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Abstract:

Apres une presentation succinte de la situation de l'imagerie numerique en general et de ses applications medicales en particulier, l'accent est mis sur les modes de formation des images en medecine nucleaire, et plus specialement sur certains defauts des gamma-cameras. La correction de ces defauts est abordee, d'une part a travers une phase d'evaluation d'un correcteur en ligne des distorsions geometriques developpe par le laboratoire de physique nucleaire des hautes energie de l'ecole polytechnique, et, d'autre part, a travers l'etude de la fonction de transfert du detecteur. L'utilite de la connaissance de la ftm pour le choix d'un collimateur et pour restaurer les images acquises est mise en evidence. Partant de la, diverses techniques sont proposees pour extraire des parametres d'interet clinique concernant la cinetique cardiaque a partir de ventriculographies isotopiques et de tomographies des cavites cardiaques synchronisees sur le signal electrocardiographique

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Temal, Lynda. "Ontologie de partage de données et d'outils de traitement dans le domaine de la neuroimagerie." Rennes 1, 2008. ftp://ftp.irisa.fr/techreports/theses/2008/temal.pdf.

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Abstract:

Le domaine de la neuroimagerie a connu un essor remarquable, grâce au développement de techniques d'acquisition de haute technicité, apportant au domaine des neurosciences- fondamentales et cliniques- des outils d'investigation d'une qualité sans cesse croissante. C'est l'un des domaines , dans lesquels une infrastructure permettant le partage de données multi-centriques, pourrait apporter une aide d écisive au progrès de la recherche. Neurobase est un projet qui cherche à construire un système fédéré, pour le partage de données et d'ouitls de traitement dans le domaine de la neuroimagerie. Cependant, la réalisation de ce type de système soulève plusieurs défis, l'hétérogénéité sémantique constituant certainement le plus critique. Les ontologies se sont révélées être le paradigme clé utilisé pour résoudre le problème de l'hétérogénéité sémantique et assurer l'interopérabilité entre systèmes hétérogènes. Ainsi, cette thèse , initiée dans le cadre du projet Neurobase, a pour but de construire une ontologie pour le partage de données et d'outils de traitement, dans le domaine de la neuroimagerie. Il s'agit de proposer une conceptualisation de ce domaine, pour les différents types d'imagerie ainsi que pour les outils de traitement appliqués à ces images. L'ontologie résultat de la conceptualisation devrait être une ontologie assez générale, pour embrasser tous les besoins du domaine, respecter des principes ontologiques formels, exprimer une sémantique riche, être richement axiomatisée, être rigoureuse, et enfin être consensuelle. La contribution de nos travaux se décline en deux aspects essentiels. Le premier aspect concerne la démarche originale adoptée pour construire nos ontologies, en définissant un cadre de références ontologiques à différents niveaux d'abstraction. Le second aspect concerne la proposition d'ontologies innovantes, qui répondent à certains besoins du domaine de la neuroimagerie, tout en respectant le cadre de références ontologiques adopté.

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Mulé, Sébastien. "Méthodologie pour l’évaluation de la microcirculation en imagerie ultrasonore de contraste." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112033.

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Abstract:

L'utilisation de l'imagerie ultrasonore de contraste pour l'évaluation de paramètres de la microcirculation chez l’homme et le petit animal est de plus en plus répandue. Cependant, la qualité des paramètres de perfusion estimés reste limitée par de nombreux facteurs : la variabilité de la concentration de l'agent de contraste, l’atténuation du signal ultrasonore et les mouvements présents dans les acquisitions. L'objectif de ce travail est de proposer des solutions méthodologiques pour une prise en compte adaptée de ces différents facteurs dans le cadre d'études par imagerie ultrasonore de contraste chez le petit animal. Une méthode de sélection d’images a posteriori a été proposée, permettant la compensation des mouvements d’origine respiratoire. Cette méthode, basée sur l’Analyse en Composantes Principales et intégrant des informations a priori relatives à la fréquence respiratoire, permet d’extraire les images acquises à un même instant du cycle respiratoire. Une méthode d’estimation de l’atténuation due aux microbulles a également été développée, permettant d’estimer une séquence dynamique spécifique de l’agent de contraste dépourvue d’artéfacts de masquage. Cette séquence dynamique fournit ainsi une représentation de la concentration de l’agent de contraste plus fiable que les séquences originales. Ces méthodes, implémentées dans un logiciel simple d’utilisation et convivial, ont été appliquées et validées sur des acquisitions de perfusion rénale chez la souris et des acquisitions rénales ex vivo réalisées chez le porc. Leur intérêt pour l’étude de la microcirculation tumorale et l’évaluation d’un traitement antiangiogénique ont notamment été mis en évidence
Contrast-enhanced ultrasound (CEUS) imaging is a modality of growing interest in human and small animal studies for the estimation of microcirculation parameters. Nevertheless, estimated microcirculation parameters are still impaired by several artefacts: the contrast agent concentration, microbubble attenuation and motion that is present in the acquisitions. The aim of this work is to propose a methodology for assessing microcirculation in small animal CEUS studies by investigating original methods to correct for these artefacts. An a posteriori frame selection method has been proposed. This method, based on a Principal Component Analysis and that integrates a priori information about the respiratory frequency, allows the selection of the frames acquired at the same respiratory phase. A method for estimating microbubble attenuation in vivo has also been developed. This method provides a dynamic microbubble-specific sequence without shadowing artefacts and therefore more reliable than available from original sequences. These methods, which have been implemented in a user friendly software, have been applied and validated in renal perfusion studies in a murine and a porcine model. Especially, their interest in assessing tumor microcirculation and the efficacy of an antiangiogenic treatment has been highlighted

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Ménard, Laurent. "Étude, développement et évaluation clinique d'un imageur gamma per-operatoire." Versailles-St Quentin en Yvelines, 1999. http://www.theses.fr/1999VERS0002.

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Abstract:

L'efficacité du traitement chirurgical du cancer dépend de la localisation précise et de l'ablation complète des lésions tumorales. Dans ce contexte, l'introduction en bloc opératoire de systèmes de détection nucléaire miniaturisés associés à des radio pharmaceutiques pour le marquage des tumeurs permet, en guidant le geste opératoire du chirurgien, de s'assurer en temps réel de la qualité de l'exérèse des tissus cancéreux. L'imageur gamma poci (per-opérative compact imager), qui fait l'objet de cette thèse, a été conçu pour développer et renforcer la technique d'assistance chirurgicale par radio-guidage en apportant un nouvel outil de discrimination entre tissus sains et tissus pathologiques. La phase initiale de recherche des techniques de détection les mieux adaptées a une localisation haute-résolution au contact de la plaie opératoire a abouti au choix d'un imageur modulable élabore autour d'un tube intensificateur d'image lu par une photodiode à localisation bidimensionnelle. La géométrie de deux têtes de détection gamma associant un collimateur à trous parallèles et un scintillateur a ensuite été définie à l'aide de simulations numériques. A partir de ces solutions instrumentales, un premier prototype de poci, possédant un champ de vision de 24 mm de diamètre, a été développé sa caracterisation a mis en evidence une resolution spatiale millimetrique et une efficacité de détection proche de celle des gamma-cameras cliniques, conformement aux previsions numeriques. En collaboration avec l'hôpital Gustave Roussy, l'évaluation clinique de cet imageur per-operatoire a alors été menée sur la localisation transcutanée du ganglion sentinelle pour des patients atteints de mélanomes malins ou de cancers du sein. Les résultats prometteurs obtenus lors de cette étude préliminaire permettent d'envisager, des a présent, de manière favorable, l'utilisation de poci en bloc opératoire et d'étendre son utilisation a d'autres pathologies cancéreuses.

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Cottereau, Benoit. "Modèles hiérarchiques en imagerie MEG/EEG : application à la création rapide de cartes rétinotopiques." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112042.

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Abstract:

Combinées à des techniques de reconstruction d'image, la magnétoencéphalographie (MEG) et l'électroencéphalographie (EEG) ouvrent de nouvelles perspectives pour l'observation et l'exploration de la dynamique cérébrale à l'échelle locale. Cependant, le problème inverse associé est mal posé et doit être régularisé par l'introduction d'a priori sur le modèle d'image. Les a priori classiques -- par exemple quadratiques en la norme des courants neuronaux -- mènent à des images de l'activité cérébrale qui sont souvent trop lisses pour permettre de localiser de façon précise les générateurs corticaux. Des approches plus spécifiques améliorent théoriquement la détection des distributions de courant plus ou moins étendues mais souffrent de problèmes de passage à l'échelle qui limitent leurs applications. L'objet de ce travail de thèse a été de concilier les deux approches en proposant une méthode multirésolution qui parcellise de façon itérative la surface corticale à partir d'a priori anatomiques et fonctionnels tels que la courbure du cortex et/ou l'utilisation d'atlas provenant d'investigations neuroscientifiques. L'approche d'imagerie multirésolution est abordée ici comme une méthode de sélection de modèle fondée sur le principe d'erreur de validation croisée généralisée. La modélisation des courants générés par des parcelles continues de la surface corticale est réalisée à partir d'un modèle paramétrique compact fondé sur les multipôles de courants équivalents
When combined with image reconstruction techniques, magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) may open new windows for the observation and exploration of time-resolved brain processes at the local--regional spatial scale. The ill-posedness of the associated inverse problem however, necessitates the introduction of image models as regularizing priors. Basic priors -- e. G. Quadratic in the norm of the expected neural currents -- yield images of brain activity that are often too smeared for the satisfactory elucidation of specific neuroscience questions that focus on localization. On the other hand, more sophisticated prior image models -- even though they would theoretically improve the detection of sparse-focal current distributions -- suffer from scalability issues that imped their practical impact. In this PhD work, my primary objective was to reconcile the best of both approaches. I have derived a multiresolution imaging technique which proceeds iteratively to the fit of image models based on the parcellation of the cortical surface. This latter derives from anatomical and functional priors such as the curvature of the cortical manifold, and/or the coregistration to some atlas relevant to the neuroscience investigation. Technically, the multiresolution imaging technique is approached as an empirical model selection procedure optimized according to the least-generalized cross validation (GCV) error principle. Further, the piecewise current model is adequately approached using a compact parametric model based on equivalent current multipoles

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Trillaud, Christian. "Elaboration et conception d'un système d'acquisition multivoie pour la tomographie d'impédance électrique." Lyon 1, 1991. http://www.theses.fr/1991LYO10215.

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Abstract:

La tomographie d'impedance electrique (t. I. E. ) est une recente methode d'imagerie medicale. Elle a pour but de visualiser la distribution de resistivite a l'interieur d'un milieu, le tissu mammaire dans notre application. Pour cela, on injecte dans ce milieu un courant alternatif par l'intermediaire d'electrodes dites d'apport. Les differences de potentiels engendrees par le passage de ce courant sont mesurees en surface grace a des voltmetres differentiels relies a des electrodes dites de mesure. La resolution finale depend du nombre de mesures. L'impedance electrique des tissus biologiques varie suivant la frequence du signal injecte. Le module et la phase de l'impedance d'un tissu dependent de sa structure, de sa nature et de son etat physiopathologique. Des modifications cellulaires, comme celles qui surviennent en presence d'un cancer, modifient la reponse harmonique d'un tissu. En etablissant la cartographie d'impedance multi-frequentielle d'un tissu, on espere ainsi detecter les heterogeneites localisees sur des zones cancereuses. Les conditions d'apport (impedances d'electrodes elevees) et de mesure (signaux tres faibles, tension de mode commun eleve) engendrent un cahier des charges contraignant et l'obligation de travailler aux limites technologiques des composants. Le travail presente a consiste en l'elaboration et la conception d'un systeme d'acquisition multivoies permettant d'injecter un courant sinusoidal sur une large gamme de frequence, de mesurer en surface 32 differences de potentiels, de preparer et convertir ces donnees qui seront ensuite traitees par un micro-ordinateur. Les resultats obtenus in-vitro et in-vivo confirment la faisabilite de la tomographie d'impedance electrique

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Cornelis, Francois. "Imagerie oncologique et modélisation mathématique : développement, optimisation et perspectives." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0121/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse, réalisé à l'Institut Mathématiques de Bordeaux (IMB) de 2010 à 2015 sous la direction de Thierry Colin et Olivier Saut, décrit la création et le développement progressif d'un ensemble de théories, de techniques et d'outils liant l'imagerie médicale aux mathématiques appliquées dans le but d'envisager leur application clinique à courte échéance en oncologie. Cette thèse a tout d'abord consisté à optimiser les modèles spatiaux de croissance tumorale développés à l'IMB incluant des éléments microscopiques et macroscopiques obtenus par analyse des informations disponibles des examens d’imagerie. Plusieurs étapes ont été réalisées permettant de mieux appréhender la modélisation in vivo. Différents organes et types tumoraux ont été explorés, en particulier au niveau du poumon, du foie, et du rein. Ces localisations ont été successivement étudiées afin d’enrichir progressivement les modèles par les réponses qu'elles apportaient et répondre ainsi à la réalité clinique. De façon concomitante, des outils ont été intégrés au fur et à mesure afin de standardiser la démarche de recueil de données et permettre d'affiner l'évaluation thérapeutique par l'imagerie à l'aide de marqueurs numériques. L'implémentation de l'imagerie fonctionnelle dans une pratique clinique est ainsi devenue une réalité. Le but est à terme d’appliquer de façon prospective ces outils d'assistance en pratique quotidienne. La modélisation a été aussi appliquée en oncologie interventionnelle par l'étude de la distribution du champ électrique lors des électroporations de prostate et bientôt du foie. Ceci permettra de mieux contrôler les zones d'ablation et ainsi améliorer la sécurité et l'efficacité de ces traitements. Tout cela a permis d'envisager des projets cliniques combinant une part exploratoire impliquant la modélisation. Ces développements et leurs perspectives sont rapportés successivement dans ce manuscrit
This work performed at the Institute of Mathematics of Bordeaux (IMB) from 2010 to 2015 under the direction of Thierry Colin and Olivier Saut describes the creation and gradual development of a set of theories, techniques and tools linking medical imaging and applied mathematics in order to consider their clinical application in the short term in oncology. The first goal was to optimize the spatial models of tumor growth developed at the IMB including microscopic and macroscopic elements obtained by analyzing the information available on imaging explorations. Several steps were performed to better understand the in vivo modeling. Various organs and tumor types were investigated, especially in the lung, liver, and kidney. These locations were studied successively to progressively enrich the model by the answers they brought and thus respond to clinical reality. Concomitantly, tools were integrated to standardize the data collection process and help to refine the therapeutic evaluation by imaging with digital markers. The implementation of functional imaging in clinical practice has become a reality. The goal is ultimately to apply prospectively these support tools in a daily practice. Modelling was also applied in interventional oncology for the study of the electric field distribution after percutaneous irreversible electroporation in the prostate and soon in the liver. This will allow a better control of the ablation areas and thereby improve the safety and efficacy of these treatments

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Rougé-Labriet, Hélène. "Développement de l'imagerie X biomédicale en contraste de phase par tavelures." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAS031.

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Abstract:

Les pathologies ostéo-articulaires représentent une des causes les plus fréquentes de douleurs chroniques mais leur diagnostic et leur compréhension peuvent être complexe. Différentes méthodes d'imagerie sont disponibles pour décrire l'état des articulations telles que la radiographie, l'IRM, le scanner ou encore les ultrasons, mais aucune ne permet de visualiser tous les composants anatomiques sur une seule image. Depuis deux décennies, les méthodes d'Imagerie en Contraste de Phase (ICP), dans le domaine des rayons X, font l'objet de développements constants en raison de leur supériorité pour l'imagerie d'objets de faible densité et la visualisation simultanée de tous les tissus. Or l'extraction du signal de phase n'est pas directement mesurable, rendant cette information bien souvent inexploitée. L'instrumentation de référence nécessaire à l'ICP, de par ses propriétés, est à l'heure actuelle une installation synchrotron, limitant les applications cliniques due à l’accès limité à ces instruments.Plusieurs techniques d’ICP ont déjà été développées et, malgré les progrès réalisés dans la littérature, elles doivent encore faire face à de nombreux défis, concernant les aspects instrumentaux et dosimétriques, avant que l’ICP ne devienne une technique non invasive de routine clinique. Dans ce contexte, la principale motivation de cette thèse a été de proposer et développer une technique d’imagerie en contraste de phase qui soit aisément transférable sur source conventionnelle. La technique d’ICP par tavelures a été choisie pour envisager un tel transfert car, par comparaison avec d’autres techniques d’ICP, elle apparaît comme la plus à même de respecter les contraintes dosimétriques. De plus, elle ne nécessite ni une instrumentation coûteuse ni les propriétés spécifiques du rayonnement synchrotron pour être mise en œuvre. En contrepartie de ces avantages, elle demande de nombreux développements algorithmiques et une optimisation des configurations expérimentales avant qu’un déploiement sur sources conventionnelles puisse être envisagé.Dans une première partie de la thèse, nous proposons de montrer le potentiel diagnostic de l’ICP pour les applications ostéo-articulaires en imageant des pièces anatomiques et modèles ostéo-articulaires chez le petit animal. Avant le transfert sur des sources conventionnelles, le développement et l’optimisation de la technique d’ICP par tavelures ont été réalisés dans les conditions idéales du synchrotron européen. En particulier, un nouvel algorithme d’extraction du signal de phase a été implémenté et a permis de réduire la dose délivrée tout en maintenant un rapport signal-sur-bruit constant comparée aux autres techniques d’ICP par tavelures. Plusieurs schémas d’acquisition et conditions expérimentales ont été testés. Une nouvelle solution instrumentale pour générer les tavelures a été créée. Finalement, dans ces conditions optimisées, des mesures ont été réalisées auprès de différentes sources de rayons X conventionnelles. Les résultats obtenus ont ainsi pu démontrer la faisabilité de ce transfert de l’ICP par tavelures sur des sources standards dans des conditions expérimentales compatibles des routines d’imagerie clinique et pré-clinique. Ce transfert pourrait améliorer la compréhension des maladies, le suivi des différentes stratégies thérapeutiques et le diagnostic précoce dans le cas des maladies ostéo-articulaires comme dans le cas d’autres pathologies
Osteoarticular diseases are one of the most common causes of chronic pain, but their diagnosis and understanding can be complex. Different imaging methods are available to describe joint conditions such as radiography, MRI, CT scan or ultrasound, but none of them can depict all the anatomical components in a single image. For the past two decades, X-ray Phase Contrast Imaging (PCI) are constantly being under development because of their superiority for imaging low density objects and its ability to a simultaneous visualization of all tissues. But the extraction of the phase signal is not directly possible, making this information not very often retrieved. The required gold standard instrumentation for PCI is currently a synchrotron facility, limiting clinical applications due to limited access.Several PCI techniques have already been developed and, despite the advances in the literature, they still face many challenges, both instrumental and dosimetric. In this context, the main motivation of this PhD was to propose and develop a phase contrast imaging technique that is easily transferable to conventional sources. The speckle based PCI technique was chosen because, compared to other PCI techniques, it appears to be the most suitable technique for the dose aspects. In addition, it does not require neither an expensive instrumentation nor the specific properties of synchrotron radiation to be implemented. Despite these benefits, it required many algorithmic developments and optimization of the experimental configurations before a transfer on conventional sources.In the first part of the thesis, we propose to show the diagnostic potential of the PCI for osteoarticular applications by imaging anatomical pieces and small animal osteoarticular models. The development and the optimization of speckle based PCI was first performed using the ideal conditions of the European synchrotron source. In particular, a new phase retrieval algorithm has been implemented permitting to reduce the delivered dose while maintaining a constant image quality compared to other speckle based PCI techniques. Several acquisition schemes and experimental conditions were tested. A new instrumental solution for speckle generation has been created. Finally, under these optimized conditions, measurements were made with various conventional X-ray sources. The results obtained have demonstrated the feasibility of the transfer on standard sources under compatible experimental conditions of clinical and pre-clinical imaging routines. This transfer could improve the understanding of the osteoarticular diseases as well as the follow-up of different therapeutic strategies and finally an earlier diagnosis

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Girard, Olivier Maciej. "Apport d’antennes miniatures en matériau supraconducteur en Imagerie par Résonance Magnétique du ciblage moléculaire et cellulaire chez le petit animal." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112037.

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Abstract:

L’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) de petits modèles animaux devient un outil incontournable en recherche biomédicale pour la mise au point de moyens diagnostiques. Pour autant la spécificité de la technique doit être améliorée pour permettre une détection précoce de maladies dégénératives telles que le cancer. L’imagerie moléculaire au moyen d’Agents de Contraste (AC) ciblés est une voie de recherche de choix pour y parvenir. Ce mémoire présente une approche d’interface pluridisciplinaire de cette thématique. Un premier volet traite de la physique du contraste en IRM. Une étude théorique complète, validée expérimentalement, a permis de mettre en évidence l’existence d’un champ magnétique optimal de l’ordre de 1 à 1,5 T pour la détection des AC paramagnétiques ciblés. Dans un second temps l’utilisation d’antennes IRM de haute sensibilité, réalisées en matériau supraconducteur, est étudiée. L’interfaçage complet sur un appareil clinique 1,5 T est présenté. Pour contrôler leurs performances et améliorer la conception de ces antennes une méthode de caractérisation originale, tenant compte de la conduction nonlinéaire du courant au sein du matériau, est mise en oeuvre. Un dernier volet présente deux campagnes d’expérimentations in vivo réalisées sur des modèles de tumeurs humaines implantées chez la souris. Les premiers résultats n’ont pas permis de conclure sans réserve à la spécificité d’un produit développé par la société Guerbet, partenaire de cette thèse. Sur les bases des avancées méthodologiques présentées dans ce mémoire, l’utilisation d’un protocole optimisé devrait permettre à l’avenir des avancées significatives dans ce domaine
Magnetic Resonance Imaging (MRI) on small animal models is increasingly needed in biomedical research to develop new diagnostic means. However this technique suffers from a lack of specificity which is still to be improved to detect early degenerative diseases such as cancer. Molecular imaging using targeted Contrast Agents (CA) is a promising tool to reach this goal. We present hereby a cross-disciplinary work with this purpose. A first issue of this work deals with contrast physical principles involved in MRI. A theoretical study allows evidencing the presence of an optimal field strength (~1-1. 5 T) for paramagnetic targeted CA detection. This is validated experimentally. Highly sensitive detection coils made of superconductive material are presented and fully implemented in a clinical 1. 5 T MRI system. An original characterization method of such coils is developed to manage their performances and in order to be used as a tool for new coil designs. This method accounts for the nonlinear behavior of the material. Two in vivo experimental studies are presented in the last part of this work. They were performed on mouse-implanted human tumor models using a new generation of CA developed by Guerbet, a firm involved in this work. It was not possible to validate undoubtedly the specificity of this CA from these first results. However the methodological improvements of this work will allow rationalizing imaging protocols in the near future, and will lead to significant progress in this field of research

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Crémillieux, Yannick. "Méthodologies pour l'imagerie par résonance magnétique utilisant la technique de projection-reconstruction." Lyon 1, 1994. http://www.theses.fr/1994LYO10230.

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Abstract:

L'objet de cette these concerne le developpement methodologique de techniques d'imagerie par resonance magnetique utilisant le principe de la projection-reconstruction. Le premier chapitre contient un rappel des bases physiques et des principales methodes de l'irm. Le processus d'acquisition des donnees et les differentes methodes de reconstruction des images en projection-reconstruction sont presentes au cours du deuxieme chapitre. Ce chapitre contient egalement une presentation des avantages et inconvenients compares de la projection-reconstruction et de l'imagerie par transformee de fourier. Le troisieme chapitre porte sur les techniques d'imagerie rapide et en particulier celles qui sont fondees sur la projection-reconstruction. Le developpement et la mise en uvre de sequences rapides a base d'echos de gradient utilisant la projection-reconstruction y sont donc presentes. Une etude sur fontome du contraste de ces sequences permet de valider leurs equivalences avec les sequences d'imagerie rapide en regime d'equilibre dynamique existant en imagerie de fourier. Le dernier chapitre traite de differents apports methodologiques nouveaux concernant la projection-reconstruction. Une fenetre de ponderation est proposee pour limiter les artefacts induits par l'acquisition partielle de l'espace de fourier. L'obtention d'images a partir de signaux de precession libre en presence de gradient est egalement proposee. Enfin, la correction des artefacts induits par les effets de deplacement chimique en projection-reconstruction est abordee

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Bekaert, Virgile. "Développement d'un tomographe à émission monophotonique dédié au petit animal." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2006. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2006/BEKAERT_Virgile_2006.pdf.

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Abstract:

Le développement de l'imagerie in vivo du petit animal dans le but d'étudier des pathologies humaines est aujourd'hui devenu indispensable. Le projet ImaBio de l'Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien s'intègre dans une dynamique de développement de nouveaux instruments en réalisant une plate-forme d'imagerie multimodale dédiée au petit animal (AMISSA). Ce travail de thèse représente l'étude, la conception et le développement d'un Tomographe à Emission MonoPhotonique (TEMP) qui devra s'intégrer à la plate-forme AMISSA. Le résultat de ces développements permet d'obtenir la distribution spatiale de la molécule injectée à l'animal. Les solutions techniques choisies pour le développement du TEMP s'appuient sur des savoir-faire du laboratoire permettant de concevoir un imageur composé de gamma caméras adaptées à la détection des photons γ produits par les radiotraceurs utilisés en imagerie monophotonique. Afin de couvrir la totalité du champ de vue transversal, quatre gamma caméras sont disposées en couronne autour du volume d'intérêt. Chacune d'entre elles est composée de 5 modules de détection indépendants basés sur le couplage entre une matrice de cristaux de YAP:Ce, d'un photomultiplicateur multianode et d'un dispositif électronique multivoie dédié. Au total, 20 modules de détection ont été équilibrés puis étalonnés afin que chaque voie de détection puisse donner le même résultat lors d'un dépôt d'énergie identique. Les données générées sont collectées puis traitées afin d'en extraire les positions et les énergies déposées par des photons γ dans les cristaux. Ces dernières informations sont ensuite regroupées pour construire les projections. La reconstruction 3D des images à partir des projections est réalisée par l'enchaînement de deux algorithmes, analytique et itératif OS-EM, tous deux modifiés pour tenir compte de la géométrie singulière de notre système de détection. L'image ainsi obtenue est fusionnée avec l'information anatomique délivrée par le tomodensitomètre X déjà présent sur la plate-forme.

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Azpiroz, Leehan Joaquin. "Etude et réalisation d'un processeur cablé pour la compression d'images médicales dans un environnement pacs." Compiègne, 1992. http://www.theses.fr/1992COMP0472.

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Abstract:

L'objectif principal du projet présenté dans ce rapport est la construction d'un système de compression d'images médicales, cablé et installé dans une station de travail reliée à un PACS. Notre intérêt principal a été de proposer une architecture qui puisse être étendue en utilisant des processeurs multiples, et qui soit adaptée à l'emploi des techniques de compression récemment développées pour les images médicales. Le principe de base du système proposé est, dans le cadre d'un ordinateur hôte, d'additionner un ou plusieurs circuits processeurs de signaux (dans notre cas le processeur DSP56001) qui puissent exécuter rapidement les algorithmes de traitement des images. Pour minimiser le temps de transfert des images, celui-ci est effectué en utilisant deux jeux de mémoires à double accès afin que les processeurs de signaux puissent travailler pendant que la station de travail réalise le transfert des résultats et des nou¬velles données à traiter. Des applications et des évaluations de la performance de la transformée en cosinus discrète (TCD) sont présentées. Nous expliquons les méthodes et algorithrnes utilisés dans la mise en oeuvre de la TCD dans notre application, notamment la méthode de compression par transformée cosinus sur image complète et l'application d'une table d'allocation de bits sur l'ensemble des coefficients. Finalement, nous présentons des exemples d'utilisation de cette méthode de compression, les principales conclusions issues de ce projet, ainsi que les voies de recherches possibles pour le développement et la mise en application de nouvelles techniques de compression d'images.

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Azpiroz, Leehan Joaquin. "Etude et réalisation d'un processeur cablé pour la compression d'images médicales dans un environnement PACS." Compiègne, 1992. http://www.theses.fr/1992COMPD472.

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Abstract:

L'objectif principal du projet présenté dans ce rapport est la construction d'un système de compression d'images médicales, cablé et installé dans une station de travail reliée à un PACS. Notre intérêt principal a été de proposer une architecture qui puisse être étendue en utilisant des processeurs multiples, et qui soit adaptée à l'emploi des techniques de compression récemment développées pour les images médicales. Le principe de base du système proposé est, dans le cadre d'un ordinateur hôte, d'additionner un ou plusieurs circuits processeurs de signaux (dans notre cas le processeur DSP56001) qui puissent exécuter rapidement les algorithmes de traitement des images. Pour minimiser le temps de transfert des images, celui-ci est effectué en utilisant deux jeux de mémoires à double accès afin que les processeurs de signaux puissent travailler pendant que la station de travail réalise le transfert des résultats et des nouvelles données à traiter. Des applications et des évaluations de la performance de la transformée en cosinus discrète (TCD) sont présentées. Nous expliquons les méthodes et algorithrnes utilisés dans la mise en oeuvre de la TCD dans notre application, notamment la méthode de compression par transformée cosinus sur image complète et l'application d'une table d'allocation de bits sur l'ensemble des coefficients. Finalement, nous présentons des exemples d'utilisation de cette méthode de compression, les principales conclusions issues de ce projet, ainsi que les voies de recherches possibles pour le développement et la mise en application de nouvelles techniques de compression d'images.

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El, Bitar Ziad. "Optimisation et validation d'un algorithme de reconstruction 3D en tomographie d'émission monophotonique à l'aide de la plateforme de simulation GATE." Clermont-Ferrand 2, 2006. http://www.theses.fr/2006CLF21704.

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Abstract:

Les simulations de Monte-Carlo, bien que consommatrices en temps de calcul, restent un outil puissant qui permet d'évaluer les méthodes de correction des effets physiques en imagerie médicale. Nous avons optimisé et validé une méthode de reconstruction baptisée F3DMC (Fully3D Monte CARLO) dans laquelle les effets physiques perturbant le processus de formation de l'image en tomographie d'émission monophotonique sont modélisés par des méthodes de Monte-Carlo et intégrés dans la matrice-système. Le logiciel de simulation de Monte-Carlo utilidé est GATE. Nous avons validé GATE en SPECT en modélisant la gamma-caméra (Philips AXIS) utilisé en routine clinique. Des techniques de seuillage, filtrage par analyse en composantes principales et de reconstruction ciblée (régions fonctionnelles, région hybrides) ont été testées pour améliorer la précision de la matrice-système et réduire le nombre de photons ainsi que le temps de calcul nécessaires. Les infrastructures de la grille EGEE ont été utilisées pour déployer les simulations GATE afin de réduire leur temps de calcul. Les résultats obtenus avec F3DMC sont comparés avec les méthodes de reconstruction (FBP,ML-EM,ML-EMC) pour un fantôme simulé et avec la méthode OSEM-C pour un fantôme réel

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Pascucci, Marco. "Super-resolution microscopy by saturated speckle illumination." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2017. http://www.theses.fr/2017USPCB100.

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Rouffaud, Rémi. "Modélisation et caractérisation de nouveaux matériaux piézoélectriques (sans plomb et composites de connectivité 1-3) pour la transduction ultrasonore." Thesis, Tours, 2014. http://www.theses.fr/2014TOUR4031/document.

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Abstract:

Depuis plusieurs décennies, les matériaux piézoélectriques à base de plomb dominent le marché de la transduction électromécanique du fait de leurs très hautes performances. Or, au début du XXIème siècle, de nouvelles restrictions européennes apparaissent, poussant à faire disparaître définitivement l’usage de ce matériau dangereux pour l’environnement et la santé. À partir de là, une course est lancée dans la communauté scientifique qui doit trouver de nouveaux matériaux sans plomb aux performances équivalentes. Ce travail de thèse s’inscrit dans ce challenge. Le matériau piézoélectrique sans plomb KNbO3 a été identifié comme une réelle alternative. Ses caractéristiques sont déterminées en prenant en compte la cohérence de l’ensemble qui est une nouvelle problématique soulevée par les utilisateurs de ces données de matériau. En effet, le résultat des simulations numériques faites par la méthode des éléments finis, entre autres, est sensible à cette absence de cohérence. Partant de ce travail, il est alors possible de simuler correctement, et grâce aux éléments finis, le comportement électromécanique d’une nouvelle structure pseudo-périodique de composite piézoélectrique de connectivité 1-3 conçue pour s’affranchir de limites de fonctionnement actuelles. Les résultats théoriques sont également validés expérimentalement. Enfin, un algorithme de caractérisation multimodale et multiphasique, basé sur l’algorithme génétique, a été réalisé pour obtenir les propriétés de ces matériaux piézoélectriques après leur usinage nécessaire à leur intégration dans un transducteur ultrasonore. Cela permet d’adapter les pièces périphériques à ces nouvelles caractéristiques pour une optimisation ultime des performances des transducteurs finaux fabriqués au cours de cette thèse
Piezoelectric ceramics have been on the market for several decades and their use keeps growing. Nowadays, these materials are included in a wide range of devices, in particular for ultrasonic applications. Since the discovery of lead zirconium titanate (PZT) sixty years ago, a wide range of derived compositions coupled to efficient manufacturing processes have been developed to enable their use in many devices. Thus, PZT ceramics are the most used piezoelectric materials, although the presence of lead in their composition is a growing health and environmental concern. Consequently, since 2003, E.U. has voted guidelines for the management of Waste Electrical and Electronic Equipment at the end of its lifecycle (WEEE) and Restrictions (Hazardous Substances, R0HS). In addition, in December 2012, the European CHemicals Agency (ECHA) added PZT in candidate list of the REACH directive. Similar steps are also followed by many countries in Asia and North America. In this international context, research on lead-free piezoelectric materials and their applications becomes a major issue. This thesis focuses specifically on ultrasonic transducer applications (medical imaging and underwater acoustics) with, at f irst, functional characterization of lead-free piezoelectric materials. To this end, the KNbO3 Iead-free single crystal is selected in its specific cutting (YXt)-45° which provides a coupling coefficient k (in thickness mode) of 60%. A characterization of this material is carried out to provide a complete and consistent set of electromechanical properties, and thus avoid calculation errors during the simulation stage of the transducer. Its performance is demonstrated through its integration in a 30 MHz ultrasound probe to obtain images of human skin in vivo

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Corbat, Lisa. "Fusion de segmentations complémentaires d'images médicales par Intelligence Artificielle et autres méthodes de gestion de conflits." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2020. http://www.theses.fr/2020UBFCD029.

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Abstract:

Le néphroblastome est la tumeur du rein la plus fréquente chez l'enfant et son diagnostic est exclusivement basé sur l'imagerie. Ce travail qui fait l'objet de nos recherches s'inscrit dans le cadre d'un projet de plus grande envergure : le projet européen SAIAD (Segmentation Automatique de reins tumoraux chez l'enfant par Intelligence Artificielle Distribuée). L'objectif du projet est de parvenir à concevoir une plate-forme capable de réaliser différentes segmentations automatiques sur les images sources à partir de méthodes d'Intelligence Artificielle (IA), et ainsi obtenir une reconstruction fidèle en trois dimensions. Dans ce sens, des travaux réalisés dans une précédente thèse de l'équipe de recherche ont menés à la création d'une plate-forme de segmentation. Elle permet la segmentation de plusieurs structures individuellement, par des méthodes de type Deep Learning, et plus particulièrement les réseaux de neurones convolutifs (CNNs), ainsi que le Raisonnement à Partir de Cas (RàPC). Cependant, il est ensuite nécessaire de fusionner de manière automatique les segmentations de ces différentes structures afin d'obtenir une segmentation complète pertinente. Lors de l'agrégation de ces structures, des pixels contradictoires peuvent apparaître. Ces conflits peuvent être résolus par diverses méthodes basées ou non sur l'IA et font l'objet de nos recherches. Nous proposons tout d'abord une première approche de fusion non focalisée sur l'IA en utilisant la combinaison de six méthodes différentes, basées sur différents critères présents sur l'imagerie et les segmentations. En parallèle, deux autres méthodes de fusion sont proposées en utilisant, un CNN couplé au RàPC pour l'une, et un CNN utilisant une méthode d'apprentissage spécifique existante en segmentation pour l'autre. Ces différentes approches ont été testées sur un ensemble de 14 patients atteints de néphroblastome et démontrent leurs efficacités dans la résolution des pixels conflictuels et leurs capacités à améliorer les segmentations résultantes
Nephroblastoma is the most common kidney tumour in children and its diagnosis is based exclusively on imaging. This work, which is the subject of our research, is part of a larger project: the European project SAIAD (Automated Segmentation of Medical Images Using Distributed Artificial Intelligence). The aim of the project is to design a platform capable of performing different automatic segmentations from source images using Artificial Intelligence (AI) methods, and thus obtain a faithful three-dimensional reconstruction. In this sense, work carried out in a previous thesis of the research team led to the creation of a segmentation platform. It allows the segmentation of several structures individually, by methods such as Deep Learning, and more particularly Convolutional Neural Networks (CNNs), as well as Case Based Reasoning (CBR). However, it is then necessary to automatically fuse the segmentations of these different structures in order to obtain a complete relevant segmentation. When aggregating these structures, contradictory pixels may appear. These conflicts can be resolved by various methods based or not on AI and are the subject of our research. First, we propose a fusion approach not focused on AI using the combination of six different methods, based on different imaging and segmentation criteria. In parallel, two other fusion methods are proposed using, a CNN coupled to the CBR for one, and a CNN using a specific existing segmentation learning method for the other. These different approaches were tested on a set of 14 nephroblastoma patients and demonstrated their effectiveness in resolving conflicting pixels and their ability to improve the resulting segmentations

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Dugas-Phocion, Guillaume. "Segmentation d'IRM cérébrales multi-séquences et application à la sclérose en plaques." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00631312.

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Abstract:

Dans ce manuscrit, nous nous sommes intéressés à l'analyse d'IRM cérébrales dans le cadre notamment du suivi de patients souffrant de sclérose en plaques (SEP). L'extraction automatique de quantificateurs pour la SEP a de nombreuses applications potentielles, tant dans le domaine clinique que pour des tests pharmaceutiques. Dans un premier temps, nous nous sommes consacrés à l'étude générale de la maladie, afin de situer le rôle de l'imagerie. Nous présentons ensuite les différents prétraitements nécessaires à la robustesse du système, puis la segmentation des tissus sains via un modèle probabiliste des volumes partiels, ainsi qu'une nouvelle version de l'algorithme EM doté d'un traitement spécifique des points aberrants. L'utilisation des différentes séquences du protocole d'acquisition permet de spécialiser le processus pour la détection des lésions de sclérose en plaques. Une évaluation quantitative des résultats ainsi qu'un ensemble de perspectives sont enfin détaillées.

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Kennel, Sybille. "Synthèse de traceurs bimodaux utilisables en imagerie médicale TEP/IRM." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0190/document.

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Abstract:

Aujourd’hui les médecins disposent de nombreuses techniques d’imagerie médicale afin d’établir des diagnostics précis et précoces. Cependant, chacune de ces techniques possède ses propres avantages et inconvénients. C’est pourquoi, l’utilisation de méthodes bi- ou multi-modales paraît intéressante. Parmi celles-ci, la combinaison TEP/IRM permet d’apporter des informations complémentaires. Il est alors nécessaire d’injecter aux patients un traceur adapté à chacune de ces modalités. Ce travail de thèse a donc consisté à synthétiser des plateformes moléculaires « universelles » utilisables pour l’imagerie IRM et TEP selon deux stratégies. La première a consisté en la synthèse d’une molécule composée d’un macrocycle de type DO3A permettant à la fois la chélation d’un atome de gadolinium pour l’IRM mais aussi d’un atome de gallium 68 pour la TEP. L’idée étant, afin d’avoir une sonde bimodale, de réaliser un mélange des deux composés. La seconde stratégie a été de synthétiser une unique molécule pouvant être marquée à la fois par du gadolinium pour l’IRM et par un atome de fluor 18 pour la TEP. Afin de pouvoir cibler un phénomène physiopathologique donné, l’idée de ces plateformes est de pouvoir introduire de manière simple et versatile une biomolécule. La chimie « click » semble être une méthode particulièrement attractive pour pouvoir réaliser cet objectif. Cependant, cette réaction, habituellement catalysée au cuivre est difficilement applicable sur ce genre de plateforme du fait de l’affinité du cuivre pour le macrocycle DO3A. Ce problème a donc été contourné par utilisation de la réaction de chimie « click » catalysée par des complexes de ruthénium afin d’avoir accès aux deux plateformes macrocycliques
Today physicians can use a wide variety of medical imaging techniques to establish early and accurate diagnosis. Nevertheless, each modality has its own advantages and drawbacks. This is why bi- or multimodality approach seems interesting. Among them, PET/MRI combination seems very promising because it can bring complementary informations. It is therefore necessary to inject to patients tracers specific to each imaging modality. This work described the synthesis of molecular platforms for MRI and PET imaging, according to 2 different strategies. The first one consisted in the synthesis of a DO3A macrocycle allowing the chelation of both gadolinium for MRI and gallium 68 for PET. The aim here is to have a bimodal probe, with a mixture of each compound. The second strategy was the preparation of a single molecule that can be simultaneously labeled by both gadolinium for MRI and fluorine 18 for PET. The final goal is to introduce onto these platforms a biomolecule in a versatile and easy way, to be able to target a specific pathophysiological process. ‘‘Click’’ chemistry seems to be an attractive methodology to achieve this goal. However, this reaction, usually catalyzed with copper is not suitable to DO3A macrocyles due to the copper affinity with those azamacrocycles. This issue has been circumvent by the use of ruthenium catalyzed ‘‘click’’ chemistry. We were then able to access to both macrocycles platforms

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Legros, Mathieu. "Transducteurs capacitifs micro-usinés pour l'imagerie échographique." Thesis, Tours, 2013. http://www.theses.fr/2013TOUR3306.

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Abstract:

La conception des sondes ultrasonores pour l’imagerie médicale est traditionnellement basée sur l’utilisation de matériaux piézoélectriques. Depuis quelques années, est apparue la technologie des CMUTs, (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers). Ces microsystèmes électromécaniques se présentent comme une alternative attractive à la piézoélectricité, offrant la possibilité d’explorer de nouveaux designs de sonde, et d’expérimenter de nouveaux modes d’imagerie. Ce travail s’inscrit dans une dynamique de développement et d’évaluation des sondes CMUTs, de la modélisation à la démonstration par l’image. Des transducteurs multi-éléments CMUTs ont ainsi été conçus, et des prototypes de sondes d’échographie finalisés ont pu être réalisés, ce en adaptant les développements à la transduction capacitive et aux systèmes d’imagerie conventionnels. Leurs comportements électroacoustiques et acoustiques ont été étudiés et comparés à des sondes standards. Finalement, des démonstrations par l’image ont été apportées, et les points forts de cette technologie pour l’imagerie médicale ont pu être établis
Fabrication of ultrasound probes for medical imaging conventionally exploits piezoelectric based materials. CMUTs technology (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers) has emerged about a decade ago. These electromechanical micro-systems are presented as an alternative transduction mode, and gives new opportunities for probe design and novel imaging techniques. This dissertation aims to develop and review CMUTs probes for ultrasound imaging, from modeling to imaging demonstration. Multi-elements transducers with CMUT technology have been thus developed, and ultrasound probes were successfully achieved. Developments have been carried out, taking care of both capacitive transduction and standard ultrasound systems. Electro-acoustic and acoustic behavior were evaluated and compared to the state of the art piezoelectric probes. Finally, quantitative imaging assessments have been performed and have pointed out the strengths of CMUT technology for ultrasound imaging

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Guérin, Lucie. "Etude d'une nouvelle architecture de gamma caméra à base de semi-conducteurs CdZnTe /CdTe." Angers, 2007. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01773265.

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Abstract:

Les détecteurs à base de semi-conducteurs CdZnTe / CdTe sont de bons candidats pour remplacer les détecteurs à base de scintillateur NaI(Tl) en imagerie médicale, et notamment en imagerie nucléaire. Outre leur compacité, ils présentent de très bonnes performances en terme de résolution en énergie, d’efficacité de détection et de résolution spatiale intrinsèque. Ils permettent également de disposer d’une nouvelle information, celle de profondeur d’interaction des photons dans le détecteur. C’est dans ce contexte que le LETI travaille sur le développement et la réalisation d’une nouvelle architecture de gamma caméra, à base de semi-conducteurs CdZnTe / CdTe en profitant au mieux de leurs performances. Au cours de ce travail de thèse, nous avons proposé une nouvelle architecture, baptisée HiSens (pour High Sensitivity), permettant d’améliorer l’efficacité des gamma caméras (environ d’un facteur 5), tout en maintenant leur résolution spatiale. Cette architecture associe aux semi-conducteurs CdZnTe / CdTe, disposant de la profondeur d’interaction, une collimation à larges trous parallèles carrés et utilise des méthodes de reconstruction spécifiques. Nous avons évalué les performances de ’architecture HiSens par simulation, en développant des outils de simulation et des méthodes de reconstruction d’images tenant compte de la profondeur d’interaction des photons dans le détecteur. Nous avons poursuivi ces travaux par une première validation expérimentale au sein du laboratoire
CdZnTe / CdTe semiconductor gamma ray detectors are good candidates to replace NaI(Tl) scintillation detectors for medical applications, notably for nuclear imaging. In addition to compactness, they present very good performances, in terms of energy resolution, detection efficiency and intrinsic spatial resolution. These detectors provide also an important additional information: the depth of interaction of the gamma ray into the detector. This context led LETI into developing and realizing new gamma camera architecture, based on CdZnTe / CdTe semiconductor, in order to benefit from these recent performances. During this work, we have proposed a new architecture, named HiSens (High Sensitivity), allowing to improve sensitivity (about factor 5) while preserving spatial resolution. This architecture associates CdZnTe detectors, providing depth of interaction information, with a new parallel square hole collimator geometry and uses an adapted image reconstruction method. We have evaluated HiSens architecture performances with simulation, after development of simulations software and an adapted method of iterative reconstruction, using photon depth of interaction information. A preliminary experimental validation is currently investigated at CEA-LETI in order to confirm simulations results

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Barbes, Damien. "Nouveaux systèmes d'imagerie médicale exploitant la diffraction X en dispersion d'énergie à l'aide de détecteurs spectrométriques CdZnTe." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY051/document.

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Abstract:

Cette thèse étudie l’intérêt de la mesure de la diffusion cohérente de rayons X dans le cadre de l’imagerie du sein à des fins de diagnostic. Aujourd'hui, la plupart des systèmes d'imagerie médicale par rayons X exploitent le rayonnement transmis à travers les tissus. C’est le cas pour la mammographie, qui est la modalité d’imagerie du sein la plus courante. L'apparition récente de détecteurs résolus en énergie, à base de semi-conducteurs notamment, permet cependant d'envisager l'exploitation en milieu clinique d'un autre phénomène : le rayonnement diffusé cohérent. La mesure de spectres de diffusion peut apporter de nouvelles informations liées à la structure moléculaire des tissus examinés pour mieux les caractériser et ainsi améliorer le diagnostic final. Deux modalités sont envisagées : la détection in vivo de tumeurs du sein, à la suite d’une mammographie présentant un résultat suspect ou l'analyse de biopsie.Le système de mesure de diffusé développé lors de cette thèse exploite les détecteurs résolus en énergie de type CdZnTe, ces derniers présentant des caractéristiques (résolution en énergie, sensibilité, résolution spatiale, compacité) prometteuses pour une utilisation en condition clinique. Il se base par ailleurs sur la pixellisation du détecteur afin de proposer une modalité d’imagerie permettant de caractériser les matériaux ou tissus traversés dans une direction sans translation ni rotation.Cette thèse propose ainsi une étude complète de ce système, articulée autour de trois grandes parties : modélisation puis simulation du système de mesure, développement du traitement des données mesurées par le détecteur afin d’imager et caractériser l’échantillon analysé et enfin, dimensionnement d’un banc expérimental plus complexe intégrant un détecteur complet et un système de collimation multifente. Ces trois parties font par ailleurs l’objet de validations expérimentales associées
This thesis studies the interest of measuring the coherent scattering of X-rays for breast diagnosis imaging. Nowadays, most of X-ray-based medical imaging techniques use the information of X-rays attenuation through the tissues. It is the case for mammography, the most common breast imaging modality. The recent emergence of energy resolved detectors (based on semiconductors in particular) allows to consider using another phenomenon: the coherent X-ray scattering. Measurement of diffracted spectra can provide new information related to the molecular structure of the examined tissues, in order to improve their characterization and therefore improve the final diagnosis. Two modalities are considered: the breast cancer detection in vivo, following a suspicious mammography result, or biopsy analysis.The coherent scattering measurement system developed during this thesis work uses energy-resolved CdZnTe-based detectors, these detectors combining performances (energy resolution, sensitivity, spatial resolution, and compactness) promising for clinical application. This system is also based on the detector pixelation, which allows to provide an imaging modality capable of characterizing analyzed materials or tissues in one direction without any translation or rotation.A complete study of the measurement system is proposed in this thesis, structured in three main parts: modeling and simulation of the system, development of the processing of the data measured by the detector in order to image and characterize the analyzed sample and finally, designing of a new and more complex experimental setup based on a whole detector and multislit collimation system. An experimental validation is proposed for each of these three parts

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Sauvage, Jack. "Imagerie ultrasonore ultrarapide 4D par adressage orthogonal du réseau de sonde matricielle : adressage Ligne-Colonne." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS535.

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Abstract:

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

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Spadola, Sara. "Development and evaluation of an intraoperative beta imaging probe for radio-guided solid tumor surgery." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS257/document.

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Abstract:

Les tumeurs solides relèvent pour un très grand nombre de cas d’un traitement chirurgical. La réussite thérapeutique dépend de la qualité, de la précision de l’exérèse et de la capacité à « visualiser » les résidus tumoraux. Pour ce faire, différents marqueurs sont disponibles sur le marché, notamment radioactifs. Depuis peu, des émetteurs de positrons spécifiques sont disponibles, relançant l’intérêt des techniques de chirurgies radioguidées. Les objectifs de ces travaux ont été la conception, le développement et l’optimisation d’un détecteur de positons pour la localisation de la tumeur avant exérèse et des amas tumoraux résiduels après exérèse. L’avantage de la détection des positons est leur parcours dans les tissus mous, de quelques millimètres. Leur détection est donc plus précise et de meilleure sensibilité (1 à 3 ordres de grandeurs) que la détection de rayonnements gamma. Elle consiste en une technique d’imagerie de contact sur une profondeur de quelques millimètres. Nous avons donc développé 2 prototypes d’imageurs beta+ composés de photomultiplicateurs en silicone (SiPM). Le SiPM sont des photomultiplicateurs présentant les mêmes caractéristiques que les tubes photomultiplicateurs (PMT), tout en étant sensibles à une faible luminosité et de très petite dimension, ce qui est parfaitement adapté à la problématique. La tête de détection du premier prototype est l’association d’un scintillateur organique sur une matrice de SiPM. Cette configuration permet de réduire le bruit dû à la contamination du signal par des rayonnements gamma. La seconde configuration inclus une méthode de soustraction permettant d’améliorer la discrimination du bruit Gamma, sans l’éliminer totalement. Pour ce faire, un assemblage de deux scintillateurs séparés par un guide de lumière est utilisé. Le signal issu des extrémités du scintillateur sont discriminés par l’analyse des différentes distributions de lumière sur la matrice SiPM. Dans les deux cas, le détecteur a été conceptualisé de façon à positionner la tête de détection dans un boitier mécanique comprenant une électronique de lecture miniaturisée. Différents designs de la sonde Beta+, prenant en compte le matériau et l’épaisseur du scintillateur, la fenêtre de propagation lumineuse et le réflecteur optique ont été simulés avec MonteCarlo et mesurés expérimentalement. Ces paramètres ont été optimisés de façon à ce que la sonde offre les meilleures performances en termes de sensibilité de détection des positons, discrimination du bruit Gamma, résolution et distorsion spatiale et uniformité de réponse. L’influence des différents algorithmes de reconstruction sur les performances spatiales ont été étudiées et une première étude préclinique du détecteur sur fantôme a pu être réalisée avec la première configuration de détecteur
Extent and accuracy of surgical resection is a crucial step in the therapy of operable solid tumors. The recent availability of specific tumor-seeking agents, positron labeled, renewed the interest for radioguided surgery. The detection of beta particles, due to their short range, allows a more sensitive and accurate tumor localization. Since no mechanical collimation is necessary, it is possible to design probes with a sensitivity increased by one to three orders of magnitude compared to gamma detectors. The beta particle short range also reduces the contamination from distal non-specific radiotracers uptake region, which results in a increased signal-to-noise-ratio. Conversely, beta detection requires sensors to be extremely compact in order to operate in contact with the surveyed tissues in narrow surgical cavities. This thesis takes place in that context. Its aim was to develop an intraoperative positron imaging probe based on the silicon photomultiplier technology (SiPM) and to evaluate its ability to perform in real time tumor localization and post-operative control of the surgical cavity. During this work, two prototypes of intraoperative positron imaging probe were developed. The first detector design is based on the use of a single organic scintillator coupled to an array of SiPMs. This configuration uses a small sensitive volume to reduce the contamination noise coming from the annihilation gamma rays. The second version of the probe implements a subtraction method allowing to improve gamma rejection efficiency. This configuration uses a stack of two scintillators separated by a light guide. The events interacting in the top and the bottom scintillator are discriminated by the analysis of the different light distributions on the SiPM array. Different designs of the positron imaging probes, including scintillator material and thickness, light spreading window and optical reflector, were investigated with Montecarlo simulations and measurements. Their impact on the probes performances were optimized in terms of positron sensitivity, gamma ray rejection efficiency, spatial resolution and bias and uniformity of response. The effect of different reconstruction algorithm on spatial performances was also studied. Finally, the objective of developing an intraoperative probe fully operational in the operating room has been achieved by the design of dedicated miniaturized electronic readouts and mechanical housing. In the last part of my thesis, the evaluation of the single scintillator configuration in a realistic clinical environment was performed with 18F-FDG phantoms. We showed that the low intrinsic sensitivity of this probe to gamma radiations allows to detect tumor volumes as small as 14 mg for uptake properties corresponding to currently available radiotracers and acquisition times compatible with the surgery duration

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Lesaint, Jérôme. "Conditions de rang en tomographie de rayons X et leur application au problème d'auto-étalonnage." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAM036/document.

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Abstract:

En imagerie par transmission de rayons X, les mesures effectuées relèvent d'un opérateur intégral : la transformée de Radon en géométrie parallèle et la transformée conique en géométrie divergente. La caractérisation de l'image de ces opérateurs par des conditions de rang permet de quantifier l'incohérence des données mesurées par rapport au modèle intégral. Le premier volet de ce travail de thèse étudie les conditions de rang en géométrie conique~: nous proposons de nouvelles conditions pour une trajectoire planaire et mettons à jour des relations non triviales entre des conditions 2D et des conditions basées sur le théorème de Grangeat. Le second volet porte sur l'auto-étalonnage géométrique des systèmes tomographiques à géométrie conique. L'analyse des conditions de rang couplée au modèle géométrique des projections radiographiques permet la détermination de la géométrie d'acquisition du système
In X-ray transmission imaging, the collected measurements correspond to an integral operator: the Radon transform in parallel geometry and the divergent beam transform in divergent geometry. The range of these operators is characterized by conditions, which help to quantify the consistency of the measured data with the forward integral model. The first pillar of this PhD work studies range conditions in cone-beam acquisition geometry: we derive new conditions for a planar trajectory and establish a new relation between 2D fanbeam conditions and Grangeat-based conditions. The second pillar is related to the self-calibration of cone-beam systems. The acquisition geometry of the system is determined from range conditions and a parametric model of the projection geometry

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Trimeche, Iyèd. "Segmentation et analyse quantitative des vaisseaux sanguins de la rétine en optique adaptative." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS169.

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Abstract:

Les images d'ophtalmoscopie optique adaptative (AOO) du fond de l'œil permettent de visualiser les vaisseaux rétiniens avec une haute résolution, en particulier les bifurcations et les parois artérielles, adaptées aux mesures de biomarqueurs morphométriques. L’objectif de cette thèse est d’étudier la morphométrie des vaisseaux rétiniens dans les images d’AOO, en déterminant les différents biomarqueurs caractérisant le flux sanguin et qui sont extraits de l’estimation des diamètres et de l’épaisseur de paroi des branches aux bifurcations. Nous proposons deux méthodes pour la segmentation des vaisseaux rétiniens dans ces images. La première est semi-automatique, elle étend une approche précédente de traitement des branches des vaisseaux rétiniens, à la segmentation des bifurcations. La deuxième est une approche hybride entièrement automatique, basée sur un réseau de neurones convolutionnel U-Net modifié et des contours actifs, pour segmenter les branches et les bifurcations des vaisseaux rétiniens avec une grande précision. Nous proposons ainsi une technique de mesure automatique et reproductible pour extraire les diamètres des branches des bifurcations et calculer les biomarqueurs pour trois populations : sujets contrôle, sujets diabétiques et sujets Cadasil. Les résultats expérimentaux montrent que la précision de nos approches semi-automatique et entièrement automatique se situe dans la plage de variabilité intra et inter-utilisateurs, ce qui nous a permis de réaliser une étude statistique robuste sur les biomarqueurs extraits dans le but de différentier les sujets contrôle des sujets pathologiques
Adaptive Optical Ophthalmoscopy (AOO) images of the eye fundus allow visualization of retinal vessels with high resolution, in particular arterial bifurcations and their wall thickness, suitable for morphometric biomarker measurements.The objective of this thesis is to study the morphometry of retinal vessels in AOO images, by determining the different biomarkers characterizing blood flow and which are extracted from the estimation of the diameters and the wall thickness of the branches at the bifurcations.We propose two methods for segmentation of retinal vessels in these images. The first is semi-automatic, it extends a previous approach, treating branches of retinal vessels, to the segmentation of bifurcations. The second is a fully automatic hybrid approach, based on a modified U-Net convolutional neural network and active contours, to segment the branches and bifurcations of retinal vessels with high precision.We thus propose a reproducible and automatic measurement technique to extract the diajavascript:nouvelleZone('contenuS-2');meters of the branches of the bifurcations and calculate the biomarkers for three populations: control subjects, diabetic subjects and Cadasil subjects. The experimental results show that the precision of our semi-automatic and fully automatic approaches lies within the range of intra- and inter-user variability, which allowed us to perform a robust statistical study on the extracted biomarkers in order to differentiate the control subjects and pathological subjects

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Sivadon, Audrey. "Contributions à l’imagerie passive de la cavitation ultrasonore : formation de voies adaptatives en 3D et extension spatiale de nuages de bulles." Electronic Thesis or Diss., Lyon 1, 2022. http://www.theses.fr/2022LYO10172.

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Abstract:

L’imagerie passive s’appuie sur des algorithmes de formation de voie qui nécessitent des sondes de grande ouverture pour offrir de bonnes résolutions axiales ; or, en imagerie passive 3D, les sondes matricielles actuellement commercialisées ne vérifient pas cette contrainte. De plus, ces sondes présentent un grand nombre d’éléments, ce qui rend leur utilisation particulièrement lourde. Ce travail de thèse porte sur l’étude et l’amélioration de l’imagerie passive de la cavitation en s’intéressant à deux aspects en particulier : (i) la mise en œuvre pratique et efficace de l’imagerie passive en 3D, (ii) la problématique de l’imagerie de sources étendues telles que des nuages de cavitation. Nous avons combiné l’application des méthodes sparse (pour réduire le nombre d’éléments actifs de la sonde utilisée) et la transposition du 2D au 3D des algorithmes adaptatifs dans le domaine fréquentiel. Ce formalisme utilise l’estimation robuste de la matrice de densité inter-spectrale (CSM) et nous a permis d’implémenter simplement et efficacement différents algorithmes : Delay-And-Sum (DAS), Robust-Capon-Beamformer et Pisarenko. L’efficacité de ces algorithmes en 3D a été testée en termes de largeur à mi-hauteur, de contraste et d’erreur de position, sur une source ponctuelle en simulations et sur une expérience de réflecteur ponctuel. Enfin, pour répondre à la réalité des nuages de cavitation, nous nous sommes intéressés au comportement de ces méthodes de reconstruction dans le cas de sources étendues. Nos simulations en 2D montrent l’évolution des images reconstruites en fonction de caractéristiques du nuage de cavitation. Ce travail apporte une solution concrète de mise en œuvre simple de l’imagerie passive 3D ainsi que des éléments de réponse quant aux attentes sur la localisation et la caractérisation d’un nuage de cavitation
Passive imaging relies on beamforming algorithms that require large aperture probes to provide good axial resolutions; however, in 3D passive imaging, the matrix probes currently marketed do not meet this constraint. Moreover, these probes have a large number of elements, which makes their use particularly unwieldy. This thesis work focuses on the study and improvement of passive cavitation imaging by addressing two aspects in particular: (i) the practical and efficient implementation of 3D passive imaging, (ii) the problem of imaging large sources such as cavitation clouds. We have combined the application of sparse methods (to reduce the number of active elements of the probe used) and the transposition from 2D to 3D of adaptive algorithms in the frequency domain. This formalism uses the robust estimation of the inter-spectral density matrix (CSM) and allowed us to implement simply and efficiently different algorithms: Delay-And-Sum (DAS), Robust-Capon-Beamformer and Pisarenko. The efficiency of these algorithms in 3D has been tested in terms of width to half height, contrast and position error, on a point source in simulations and on a point reflector in experiments. Finally, in order to address the reality of cavitation clouds, we have investigated the behavior of these reconstruction methods in the case of extended sources. Our 2D simulations show the evolution of the reconstructed images as a function of the cavitation cloud characteristics. This work provides a concrete solution for a simple implementation of 3D passive imaging as well as answers to the expectations on the localization and characterization of a cavitation cloud

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Gallego, Manzano Lucia. "Optimization of a single-phase liquid xenon Compton camera for 3γ medical imaging." Thesis, Nantes, Ecole des Mines, 2016. http://www.theses.fr/2016EMNA0276/document.

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Abstract:

Les travaux décrits dans cette thèse sont centrés sur la caractérisation et l’optimisation d’une camera Compton à phase unique au xénon liquide pour des applications médicales. Le détecteur a été conçu pour exploiter les avantages d’une technique d’imagerie médicale innovante appelée l’imagerie 3γ. Elle vise à l’obtention de la position en 3D d’une source radioactive avec une très haute sensibilité et une réduction importante de la dose administrée au patient. L’imagerie 3γ est basée sur la détection en coïncidence de 3 photons gamma émis par un émetteur spécifique (+β, γ), le 44Sc. Un premier prototype de camera Compton au xénon liquide a été développé par le laboratoire Subatech à travers le projet XEMIS (Xenon Medical Imaging System), pour démontrer la faisabilité de l’imagerie 3γ. Ce nouveau système de détection comporte un système de cryogénie avancé et une électronique front-end à très faible bruit qui fonctionne à la température du xénon liquide. Ce travail a contribué à la caractérisation de la réponse du détecteur et à l’optimisation de la mesure du signal d’ionisation. L'influence de la grille de Frisch sur le signal mesuré a été particulièrement étudiée. Les premières preuves de la reconstruction Compton en utilisant une source de ²²Na (β+, Eγ = 1.274 MeV) sont aussi rapportées dans cette thèse et valident la preuve de concept de la faisabilité de l’imagerie 3γ. Les résultats présentés dans cette thèse ont joué un rôle essentiel dans le développement d’une camera Compton au xénon liquide de grandes dimensions pour l’imagerie des petits animaux. Ce nouveau détecteur, appelée XEMIS2, est maintenant en phase de construction
The work described in this thesis is focused on the characterization and optimization of a single-phaseliquid xenon Compton camera for medical imaging applications. The detector has been conceived to exploit the advantages of an innovative medical imaging technique called 3γ imaging, which aims to obtain aprecise 3D location of a radioactive source with high sensitivity and an important reduction of the dose administered to the patient. The 3γ imaging technique is based on the detection in coincidence of 3gamma rays emitted by a specific (+β, γ) emitter radionuclide,the 44Sc. A first prototype of a liquid xenon Compton camera has been developed by Subatech laboratory within the XEMIS (Xenon Medical Imaging System) project, to proof the feasibility of the 3γ imaging technique. This new detection framework is based on an advanced cryogenic system and an ultra-low noise front-end electronics operating at liquid xenon temperature. This work has contributed to the characterization of the detector response and the optimization of the ionization signal extraction. A particular interest has been given to the influence of the Frisch grid on the measured signals. First experimental evidences of the Compton cone reconstruction using asource of ²²Na (β+, Eγ = 1.274 MeV) are also reported in this thesis, which demonstrate the proof of concept of the feasibility of the 3γ imaging. The results reported in this thesis have been essential for the development of a larger scale liquid xenon Compton camera for small animal imaging. This new detector, called XEMIS2, is now in phase of construction

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Dollé, Guillaume. "Tomographie optique diffuse et de fluorescence pour la détection de tumeurs." Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAD029/document.

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Abstract:

La tomographie optique diffuse et de fluorescence résolue en temps (TR-TODF) est une méthode qui permet de fournir une information sur les propriétés optiques de diffusion et d’absorption des tissus biologiques. Ce manuscrit de thèse fait l’état de l’art de la méthode et propose des pistes pour reconstruire des images multidimensionnelles 2D/3D des cartes optiques du milieu. L’objectif ultime du projet présenté dans ce document est de concevoir un appareil de mesure (tomographe), éventuellement portatif, pour détecter la présence de tumeurs. Le défi est de pouvoir obtenir des images avec une ré- solution suffisante pour être utilisée en milieu hospitalier à des fins de diagnostic préclinique. Hors le caractère naturellement mal posé du problème inverse rend la tâche complexe. La première partie du document est consacrée à la modélisation du problème physique. En particulier nous nous intéressons à l’approximation de diffusion de l’équation du transfert radiatif dans un milieu quelconque. Dans une deuxième partie, nous traitons le problème du point de vue mathématiques en considérant le problème direct de diffusion couplé avec de la fluorescence pour deux type de mesures: en mode contact et non-contact. Puis nous nous intéressons au problème inverse comme un problème de minimisation d’une fonctionnelle que nous traitons par une méthode de l’adjoint. Enfin et pour finir, la troisième partie du document détaille les différents aspects numérique pour parvenir à un code de reconstruction efficace à l’aide de techniques issues du calcul haute performance
The Time-Resolved Diffuse Optical Tomography and Fluorescence (TR-DOTF) is a method to obtain optical properties information on diffusion and asbsorption of biological tissues. This Phd manuscript details this method state of the art and highlight the different possible path to reconstruct multidimensionnal 2D/3D images for the optical maps of the turbid medium. The project ultimate goal is to build a measurement instrument (tomograph), eventually portative, in order to detect tumours presence. The challenge is to obtain images with sufficient resolution to be used in medical environment for preclinical diagnosis. However the inverse problem ill-posedness makes the situation more difficult. The first part of this document is devoted to the problem modelization. In particular, we are interested to the diffusion approximation for the radiative transfer equation in a turbid medium. In a second part, we treat this problem from a mathematical point of view considering the diffusion problem coupled with fluorescence for two measurement types: contact and non-contact. Then we focus on the inverse prob- lem as a minimization problem for cost objective function solved by an adjoint method. Last, but not least, the third part of this document details the different numerical aspects involved to achieve an efficient reconstruction code using advanced technics from the high performance computing world

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Schmeltz, Margaux. "Microscopie de second harmonique résolue en polarisations linéaire et circulaire pour caractériser l'organisation 3D du collagène." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX074.

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Abstract:

Le collagène est un élément majeur de l'architecture des organes chez les mammifères où il forme diverses structures tridimensionnelles (3D) propres à chaque tissu. La visualisation de cette organisation 3D multi-échelle est cruciale pour comprendre la structuration d'organes tels que la cornée ou la peau et guider l'ingénierie de tissus artificiels, qui doivent être structurés de manière appropriée pour être fonctionnels. L’organisation du collagène est de plus affectée dans de nombreuses pathologies. Caractériser ces désordres tissulaires in situ de manière quantitative constitue ainsi un enjeu biomédical majeur.La microscopie SHG est reconnue depuis plusieurs années comme la technique de référence pour imager le collagène fibrillaire in situ dans des tissus sans marquage, et ceci avec un excellent contraste. Cette thèse présente la mise en place et l'application de nouvelles modalités de microscopie SHG fondées sur la polarisation, visant à obtenir des paramètres fiables et quantitatifs pour décrire plus précisément la structure tridimensionnelle du collagène.Tout d’abord, nous présentons une modalité utilisant des polarisations incidentes linéaires (P-SHG) pour analyser l’organisation multi-échelle du collagène dans divers tissus, sains et pathologiques. Ces analyses ont été conduites sur des objets du patrimoine (parchemins, constitués de collagène de peaux animales) ainsi que sur des tissus biologiques (cornées). D’une part, tirant parti du caractère non invasif de cette modalité, nous caractérisons la dégradation du collagène dans des parchemins, précieux objets d’art et d’Histoire, démontrant ainsi l’intérêt de la microscopie SHG dans le domaine du patrimoine, notamment pour des diagnostics de l’état de conservation des objets riches en collagène. D’autre part, une imagerie quantitative de cornées humaines saines est présentée, et comparée à des cornées présentant un kératocône, pathologie courante aujourd’hui. Des modèles murins de kératocônes cornéens sont également étudiés, dans le but de valider leur pertinence.Enfin, une modalité utilisant des polarisations incidentes circulaires pour mesurer des signaux de dichroïsme circulaire (CD-SHG) est exposée. Dans un premier temps, nous présentons la mise en place expérimentale rigoureuse de cette modalité, en identifiant et corrigeant des artefacts typiques de cette technique. Dans un second temps, nous proposons une nouvelle approche théorique pour décrire les signaux de CD-SHG. Les simulations numériques de l’expression analytique obtenue sont comparées aux résultats expérimentaux, dans le but de comprendre l’évolution des signaux de CD-SHG en fonction de l’architecture 3D du collagène
Collagen is a major component of organ architecture in mammals where it forms various three-dimensional (3D) structures specific to each tissue. The visualization of this multi-scale 3D organization is crucial to decipher the structure of organs such as the cornea or the skin and to guide the engineering fully functional tissue substitutes. Moreover, the organization of collagen is also affected in many diseases, so that in situ quantitative characterization of such disorders is a major biomedical issue.SHG microscopy has been recognized for several years as the gold-standard technique for imaging fibrillar collagen in situ in unmarked tissues with excellent contrast. This thesis presents the development and the application of new polarization-based SHG microscopy modalities to obtain reliable and quantitative parameters in order to more accurately describe the three-dimensional structure of collagen.First, we present a modality using linear incident polarizations (P-SHG) to analyze the multi-scale organization of collagen in various tissues, healthy and pathological. These analyses were carried out on cultural heritage objects (parchments, made of collagen from animal skins) as well as on biological tissues (corneas). On one hand, taking advantage of the non-invasive nature of this modality, we characterize the degradation of collagen in ancient parchments, precious objects of art and history. This proves the interest of SHG microscopy in the field of cultural heritage, particularly to decipher the state of conservation of objects rich in collagen. On the other hand, quantitative imaging of healthy human corneas is presented, and compared to corneas with keratoconus, a common pathology today. Murine models of corneal keratoconus are also being studied to validate their relevance.Finally, a modality using circular incident polarizations to measure circular dichroism signals (CD-SHG) is exposed. First, we present the rigorous experimental implementation of this modality, by identifying and correcting typical artifacts of this technique. Secondly, we propose a new theoretical approach to describe CD-SHG signals. Numerical simulations of the obtained analytical expression are compared to experimental results in order to understand the evolution of CD-SHG signals with the 3D architecture of collagen

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Darnet, Matthieu. "Robustesse d’une loi de commande d’un redresseur triphasé pour l’alimentation électrique d’un appareil d’imagerie médicale de forte puissance impulsionnelle." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPASG009.

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La conception d’un redresseur triphasé robuste et performant est un enjeu clé dans les alimentations des futurs appareils d’imagerie médicale de type scanner à rayons X pour augmenter leur puissance et leur rapidité.Cette application impose une grande variabilité de points de fonctionnements au redresseur :(i) En sortie, la charge est de type impulsionnelle avec des variations de puissance de plus de 100 kW.(ii) En entrée, la tension nominale d’entrée et l’impédance du réseau d’entrée sont variables d’une installation à l’autre.La topologie du double Vienna avec inductances couplées et commandes entrelacées est choisie pour son efficacité, sa fiabilité et son faible volume.La loi de commande choisie est constituée de trois boucles de régulations : (i) régulation de la tension de sortie totale, (ii) correction du facteur de puissance des courants d’entrée, (iii) équilibrage des deux tensions de sortie.Une contrainte forte est le changement de dynamique des courants d’entrée qui passent par différents modes de conduction sur une même période du réseau.Deux modèles linéaires des courants sont développés :le modèle moyenné linéarisé pour les modes de conduction continue, et un modèle original développé dans cette thèse pour les modes de conduction discontinue.Les performances de la régulation sont vérifiées en simulation et expérimentalement.La robustesse de la régulation est évaluée par l’analyse des réponses fréquentielles et des marges de stabilité monovariables et multivariables des modèles linéaires développées dans cette thèse sur l’ensemble des points de fonctionnement et des valeurs possibles de l’impédance réseau.La robustesse de la régulation globale aux phénomènes définis par la courbe ITIC de surtension et de chute de tension sur le réseau est confirmée en simulation
The design of a robust and efficient three-phase rectifier is a key issue in the power supplies of future medical imaging system such as X-ray scanners to increase their power and speed.This application imposes a large variability of operating points on the rectifier:(i) At the output, the load is of the pulse type with power variations of more than 100 kW.(ii) At the input, the nominal input voltage and input grid impedance are variable from one installation to another. And the instant input voltage varies normally on a +/-10% range, and abnormally from 0 to 500% of the nominal value.The double Vienna topology with coupled inductors and interleaved controls is chosen for its efficiency, reliability and low volume.The chosen control law consists of three control loops: (i) regulation of the total output voltage, (ii) power factor correction of the input currents, (iii) balancing of the two output voltages.A strong constraint is the changing dynamics of the input currents which pass through different conduction modes over the same grid period.Two linear models of the currents are developed:the linearised averaged model for the continuous conduction modes, and an original model developed in this thesis for the discontinuous conduction modes.The performance of the regulation is verified in simulation and experimentally.The robustness of the control is assessed by analysing the frequency responses and the single-variable and multivariable stability margins of the linear models developed in this thesis.The robustness of the global regulation to the phenomena defined by the ITIC curve of grid overvoltage and voltage drop is confirmed in simulation

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Robert, Jade. "Développement de modalités d'imagerie ultrasonore pour le guidage et le suivi interventionnel du traitement des arythmies cardiaques." Electronic Thesis or Diss., Lyon, 2022. http://www.theses.fr/2022LYSE1005.

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Abstract:

Les arythmies cardiaques sont, aujourd’hui encore, un enjeu de santé publique majeur. Certains types d’arythmies affectent plusieurs dizaines de millions de personnes dans le monde, tandis que d’autres sont la cause principale de mort subite cardiaque. Dans les cas les plus sévères, il est impératif de recourir à un traitement, afin de préserver l’intégrité du patient. Or, les méthodes interventionnelles, de guidage et de suivi de ce traitement, sont limitées, menant ainsi à un taux de récurrence parfois élevé, en fonction du type d’arythmie. Cette thèse s’intéresse alors au développement de modalités d’imagerie ultrarapide ultrasonore, pouvant pallier ces limitations. Ces modalités sont l’imagerie de l’onde électromécanique et l’élastographie passive, et pourraient offrir des informations pertinentes, jusqu’alors indisponible en clinique. Dans un premier temps, des études ex-vivo, sur cœurs isolés travaillants, ont été conduites afin d’évaluer le potentiel de l’imagerie de l’onde électromécanique. Une étude en aveugle a permis de démontrer qu’il était possible de détecter avec précision le type de stimulation et la source de contraction dans 79% des cas. Puis, deux études in-vivo, sur modèle porcin ont permis d’étudier la faisabilité de l’imagerie de l’onde électromécanique sur deux types de sondes, plus adaptées à un contexte interventionnel. Des ondes pouvant être associées à la contraction cardiaque ont été visualisées dans les deux études. Néanmoins, la visualisation dynamique de l’onde de contraction a été plus complexe dans un contexte in-vivo, puisqu’elle nécessite une interprétation, nécessairement subjective, d’un lecteur expérimenté. Pour répondre à cette limitation, une nouvelle méthode d’analyse temps-fréquence des données ultrasonores a été mise en place afin d’aboutir à une représentation plus objective de la contraction cardiaque, et ne nécessitant pas d’utilisateur expérimenté. La méthode a été validée, qualitativement et quantitativement, sur données ex-vivo, vis-à-vis de la méthode de référence utilisée en imagerie de l’onde électromécanique dans la littérature. En appliquant la méthode aux données des études in-vivo, il a pu être démontré que les schémas de contraction décrits sont similaires entre deux stimulations consécutives, et que la source de contraction est correctement positionnée lorsque la sonde de stimulation est située dans le plan. Notamment, la zone de contraction observée était cohérente avec la zone de stimulation dans le plan d’imagerie dans 81% des cas, lors des acquisitions réalisées à l’aide d’une sonde intracardiaque. Des études ex-vivo, sur échantillons cardiaques, ont été mises en place afin d’évaluer la faisabilité de détection des lésions simples et des schémas de lésions thermiques par élastographie passive. Il a été démontré sur un grand nombre d’échantillons (41 sur n = 51, 80% sur deux études) qu’une augmentation locale de la rigidité (d’un facteur 1.6 à 2.5 en moyenne), des zones lésées, était visible par élastographie. Les répartitions des lésions détectés sont cohérentes et les dimensions correctement estimées (manuellement, 1.1 à 2.8 mm d’erreur absolue, en moyenne), bien que les surfaces de lésions obtenues par élastographie passive soient encore approximatives. Finalement, une étude in-vivo sur modèle porcin a permis de démontrer la faisabilité de détecter des lésions thermiques individuelles ou en ligne par élastographie passive
Cardiac arrhythmias remain a major public health issue today. Some types of arrhythmias affect tens of millions of people worldwide, while others are the main cause of sudden cardiac death. In the most severe cases, it is imperative perform a treatment in order to preserve the integrity of the patient. However, interventional methods for guiding and monitoring this treatment are limited, sometimes leading to high recurrence rates, depending on the type of arrhythmia. This thesis focuses on the development of ultrafast ultrasound imaging modalities that can overcome these limitations. These modalities are Electromechanical Wave Imaging and Passive Elastography, and could provide relevant information, until now unavailable in clinic. First, ex-vivo studies on isolated working hearts were conducted to evaluate the potential of Electromechanical Wave Imaging. A blind study demonstrated that it was possible to accurately detect the type of stimulation and the source of contraction in 79% of cases. Then, two in-vivo studies, conducted on porcine model, allowed to study the feasibility of the electromechanical wave imaging on two types of probes, more adapted to an interventional context. Waves that could be associated with cardiac contraction were visualized in both studies. Nevertheless, dynamic visualization of the contraction wave was more complex in an in-vivo context, as it requires subjective interpretation of a trained reader. To address this limitation, a novel method based on time-frequency analysis of ultrasound data was developed to provide a more objective representation of the cardiac contraction, without the need of a trained reader. The method was validated, qualitatively and quantitatively, on ex-vivo data, against the reference method used for Electromechanical Wave Imaging in the literature. By applying the method to the data from the in-vivo studies, it could be demonstrated that the described contraction patterns are similar between two consecutive stimulations with same conditions, and that the contraction source is correctly positioned when the stimulation probe is located in the plane. Notably, the observed contraction area was consistent with the pacing area, when located in the imaging plane, in 81% of the cases, during the study performed with an intracardiac probe. Ex-vivo studies on cardiac samples were performed to evaluate the feasibility of detecting single lesions and thermal injury patterns by Passive Elastography. It was demonstrated on a large number of samples (41 out of n = 51, 80% on two studies) that a local stiffness increase (by a factor of 1.6 to 2.5 on average), of the injured areas, was visible by elastography. The distributions of the detected lesions were consistent, and the dimensions correctly estimated (manually, 1.1 to 2.8 mm error on average), although the lesion areas detected by passive elastography were still approximate. Finally, an in-vivo study on a porcine model demonstrated the feasibility of detecting individual or in-line thermal lesions with this method

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Gross, Dominique. "Conception et évaluation d'une sonde CMUT mixte dédiée à la thérapie ciblée à guidage ultrasonore." Thesis, Tours, 2015. http://www.theses.fr/2015TOUR3313/document.

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Abstract:

Présentés pour la première fois en 1994, les transducteurs ultrasonores capacitifs micro- usinés, ou CMUTs (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers), représentent une technologie alternative aux matériaux piézoélectriques pour la transduction électroacoustique. En particulier, leur souplesse de conception et leur haut degré de miniaturisation en font des candidats privilégiés pour le développement de sondes mixtes complexes alliant thérapie et imagerie par ultrasons. C’est dans ce contexte que s’est inscrit ce travail de thèse, dédié au développement d’une première sonde CMUT mixte. Le document débute par une présentation générale de la technologie et du contexte du projet. Puis, le développement est présenté, en commençant par les étapes préliminaires de modélisation numérique jusqu’aux caractérisations les plus avancées du prototype fabriqué. Les résultats démontrent l’intérêt de la technologie pour les applications visées
Presented for the first time in 1994, capacitive micromachined ultrasonic transducers (CMUT) are a promising alternative to the piezoelectric technology for electroacoustic transduction. Particularly, their intrinsic design flexibility and miniaturization capability are strong advantages for the manufacturing of high-end Ultrasound-guided Focused Ultrasound (USgFUS) probes. The work presented in this Ph.D. dissertation is devoted to the f irst development of a USgFUS CMUT probe. After a general introduction of the CMUT technology and the context of this research project, the development is reported starting from the preliminary numerical studies to the most advanced characterizations of the fabricated device. The first results demonstrate the benefits of this technology for the targeted applications

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Nicol, Stanislas. "Etude et construction d'un tomographe TEP/TDM pour petits animaux, combinant modules phoswich à scintillateurs et détecteur à pixels hybrides." Thesis, Aix-Marseille 2, 2010. http://www.theses.fr/2010AIX22060.

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Abstract:

L’approche qui a été développée dans l’équipe imXgam du CPPM est de combiner sur un unique support rotatif les modules de détection de la caméra pour petit animal ClearPET avec un détecteur de rayons X à comptage de photons dans le but d’acquérir simultanément des images anatomiques (TDM) et fonctionnelles (TEP) du même champ de vue. L’étude préliminaire du système hybride ClearPET/XPAD3 menée en simulation avec Gate a permis d’implémenter une nouvelle géométrie de détection TEP à 21 détecteurs phoswich, de fixer les grandes lignes de l’assemblage TEP/TDM, ainsi que d’étudier et de solutionner les difficultés liées au régime de fonctionnement bimodal. Pour finir, l’outil de simulation a également permis d’imaginer comment un tel système pourrait judicieusement exploiter la corrélation spatiale et temporelle des informations anatomo-fonctionnelles.Du point de vue de l’instrumentation, ce projet a vu la mise en œuvre du système hybride simultané ClearPET/XPAD3. Une fois les deux systèmes TEP et TDM opérationnels individuellement,il a été démontré, d’une part que le ClearPET est parfaitement capable d’opérer en régime de fonctionnement simultané moyennant un blindage approprié de ses modules de détection, et d’autre part que la nouvelle génération de caméra à pixels hybrides XPAD3-S/Si s’avère très prometteuse compte tenu de la bonne qualité des premières images reconstruites.Finalement, la preuve de concept d’une acquisition TEP/TDM simultanée avec une source de positons scellée et un tube à rayons X a pu être concrètement démontrée
The pathway that has been followed by the imXgam team at CPPM was to combine on a single rotating device the detector modules of the small animal PET scanner ClearPET witha photon counting X-ray detector in order to perform simultaneous acquisition of images from the anatomy (X-ray CT) and from the metabolic function (PET) of the common field-of-view.A preliminary study of the hybrid imaging system ClearPET/XPAD3 carried out using Gateled us to form a new PET detection assembly based on 21 phoswich modules, to fix the design of the PET/CT device, as well as to study and solve the difficulties arising from simultaneous hybrid imaging. Last but not least, the simulation tool also allowed us for thinking how wellsuch a system could judiciously use the spatial and temporal correlations between anatomicand functional information.From an instrumentation point of view, we succeeded to set up the ClearPET/XPAD3 prototype.Once both imaging systems were operational individually, we demonstrated on one sidethat the ClearPET prototype was perfectly capable of performing correctly in simultaneousacquisition conditions, providing that the detector modules were appropriately shielded. Onthe other side, the new generation of the hybrid pixel camera using the XPAD3-S chip provedto be quite promising given the good quality of the first reconstructed images.Finally, the proof of concept of simultaneous PET/CT data acquisition was made using a sealed positron source and an X-ray tube

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Harms, Fabrice. "Imagerie des tissus à haute résolution en profondeur par tomographie de cohérence optique plein champ : approches instrumentales et multimodales pour l'application au diagnostic per-opératoire du cancer." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066702/document.

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Abstract:

Parmi les diverses méthodes d’imagerie médicales, les méthodes d’imagerie optique connaissent depuis une vingtaine d’années un développement significatif. Parmi les techniques d’imagerie optique récemment mises en œuvre, la Tomographie Optique Cohérente Plein Champ – ou OCT Plein Champ – présente des caractéristiques remarquables, en particulier en termes de résolution et de simplicité instrumentale, permettant d’envisager son application au domaine du diagnostic du cancer. Cette thèse décrit la conception et la mise en œuvre de dispositifs d’OCT Plein Champ pour utilisation en contexte clinique, afin d’évaluer la performance de la technique pour le diagnostic peropératoire du cancer, en vue de son amélioration et optimisation. Dans cet objectif nous avons réalisé des travaux regroupés en 2 axes : Une partie translationnelle, consistant à développer un dispositif de microscopie optique par OCT Plein Champ répondant au besoin clinique pour le diagnostic peropératoire du cancer sur biopsies, en vue de l’évaluation de ses performances de diagnostic sur plusieurs problématiques cliniques : le diagnostic peropératoire du tissu mammaire, de résection de cerveau, ainsi que la qualification préopératoire de greffons cornéens. Une partie exploratoire, principalement instrumentale, dédiée à l’amélioration des performances de diagnostic de la technique, proposant de nouvelles approches multimodales (contraste de fluorescence, contraste dynamique) et multi-échelles, ou encore la déclinaison du dispositif sous la forme d’un endoscope rigide portable utilisable en contexte clinique
Among medical imaging techniques, optical imaging methods have been significantly developped during the past decades. More specifically, among recently proposed optical imaging techniques, Full-Field Optical Coherence Tomography – or FFOCT – provides unique capabilities, in particular regarding resolution and instrumental simplicity, which allows to consider its application to cancer diagnosis. This thesis demonstrates the design and implementation of new FFOCT devices for use in a clinical context, targeting improvement and optimization of the technique. Two major development parts have been realized : A translational part, comprising the development of a FFOCT microscope adapted to a clinical use for intraoperative diagnosis of cancer on tissue biopsies, and the assessment of its diagnosis performance for several clinical cases : the intraoperative diagnosis of breast tissue, of brain resections, and the preoperative qualification of corneal grafts. A research part - mainly instrumental - targeting the improvement of the diagnosis performance of the technique, based on new multimodal (fluorescence contrast, dynamic contrast) and multiscale approaches, or on the miniaturization of the device by developing a handheld rigid endoscope for clinical use

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Gofas, Salas Elena. "Manipulation of the illumination of an Adaptive Optics Flood Illumination Ophthalmoscope for functional imaging of the retina in-vivo High loop rate adaptive optics flood illumination ophthalmoscope with structured illumination capability In vivo near-infrared autofluorescence imaging of retinal pigment epithelial cells with 757 nm excitation." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS195.

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Abstract:

L’œil étant la seule fenêtre optique transparente de notre corps, il donne un accès unique à l’observation de réseaux neuronaux et vasculaires. Mais aujourd’hui une nouvelle ère s’ouvre pour l’imagerie haute résolution, qui ne doit plus se contenter de donner accès aux structures des tissus, mais aussi d’en apprécier les fonctions. En effet, on peut trouver dans l’imagerie rétinienne des biomarqueurs du fonctionnement de l’ensemble du corps humain. Des maladies neurodégénératives (Parkinson,Alzheimer) ou l’hypertension artérielle pourraient être ainsi précocement diagnostiquées par une imagerie de haute précision de la rétine. L’optique adaptative, adaptée à l’imagerie rétinienne dès 1997, a amélioré nettement la résolution spatiale des images rétiniennes entraînant la multiplication des études de rétine par ophtalmoscope. Elle a notamment été couplée avec l’ophtalmoscope à balayage, qui devint le choix le plus populaire par sa supériorité en résolution spatiale et sectionnement optique par rapport au plein champ. Cependant, contrairement aux systèmes à balayage, l’ophtalmoscope plein champ produit des images grand champ à forte cadence d’acquisition et sans distorsion. Dans mon travail de thèse, j’ai cherché à montrer qu’un tel système, associé à des modalités d’imagerie jouant sur la géométrie d’éclairement, pourrait apporter à la recherche sur la rétine. Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous avons modiﬁé l’ophtalmoscope plein champ construit au Centre Hospitalier National des Quinze-Vingts avec un traitement d’image spéciﬁque et deux nouveaux instruments inspirés de la microscopie plein champ. Nous avons intégré ces instruments dans le trajet d’illumination de l’ophtalmoscope aﬁn de manipuler la géométrie de l’éclairage de la rétine. Ces nouvelles implémentations nous permettent de mettre en œuvre des techniques d’imagerie plus avancées, comme par exemple l’imagerie en champ sombre ou l’angiographie non invasive en proche infrarouge. Ces modalités d’imagerie ont été exploitées pour imager la rétine de façon fonctionnelle. Nous nous sommes intéressés principalement à la fonction de couplage de lumière des photorécepteurs et à la perfusion sanguine
As the only transparent optical window of our body, the eye gives a unique access to the observation of neural and vascular networks. Today however, a new era is opening up for high-resolution imaging, which should no longer be limited to giving access to tissue structures, but may also tackle their functions. In fact, biomarkers for the functioning of the whole human body can be found in retinal imaging. Neurodegenerative diseases (Parkinson's, Alzheimer's) or arterial hypertension could thus be diagnosed early by high precision imaging of the retina. In my thesis work, I intended to show how the full-field ophthalmoscope, associated to imaging modalities adjusting geometrical settings of the illumination, could contribute to research on the retina. To achieve this ambitious goal, we modified the full-field ophthalmoscope built at the National Hospital Center of Quinze-Vingts with a specific image processing and two new instruments inspired by full-field microscopy. We have integrated these instruments into the illumination path of the ophthalmoscope to manipulate the geometry of the retinal illumination. These new implementations allow us to make use of more advanced imaging techniques, such as dark field imaging or noninvasive near infrared angiography. These imaging modalities have been exploited to image the retina functionally. We focused mainly on the light coupling function of photoreceptors and on blood perfusion

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Fortin, Alexandre. "Simulation d'expériences d'angiographie cérébrale par résonance magnétique." Thesis, Reims, 2017. http://www.theses.fr/2017REIMS038/document.

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Abstract:

Au cours des dernières décennies, l'angiographie par résonance magnétique a été utilisée comme routine clinique pour l'exploration précise et non invasive des vaisseaux sanguins, ainsi que pour le diagnostic des affections neurovasculaires les plus courantes. Plusieurs méthodes spécifiques ont été développées pour simuler numériquement le procédé de formation des angiographies. Cependant, à ce jour, la plupart des logiciels de simulation IRM avancés sont exclusivement spécialisés dans l'imagerie des tissus statiques. Le présent travail a donc été réalisé pour étendre les possibilités d'un logiciel existant afin de proposer un outil complet pour la simulation IRM des écoulements fluides. L'efficacité de cette approche est démontrée en reproduisant les principales séquences angiographiques et les artéfacts de flux les plus courants. Pour finir, des applications sur des simulations de flux sanguins dans des géométries de vaisseaux réalistes sont présentées
During the last decades, magnetic resonance angiography has been used as a clinical routine for precise and non-invasive exploration of vessels, as well as for diagnosis of the most common neurovascular diseases. Several dedicated methods were developed to simulate specifically the process of angiographic acquisitions. Though, currently, most of advanced MRI simulators are exclusively specialized in static tissues imaging. This work was carried out to expand the possibilities of one of those simulators in order to propose a complete tool for MRI simulation of flow motion.The efficiency of this approach is proven by replicating the main angiographic pulse sequences and the most common flow artifacts. Finally, applications are provided on simulations of blood flow in realistic vessels geometries

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Bybi, Abdelmajid. "Contribution à l'étude et à la correction de la diaphonie dans les réseaux de transducteurs piézoélectriques pour l'imagerie médicale." Thesis, Valenciennes, 2012. http://www.theses.fr/2012VALE0038/document.

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Abstract:

Que ce soit dans le domaine médical ou en contrôle non destructif, les systèmes d’imagerie ultrasonore sont devenus de plus en plus utilisés de nos jours. Leurs applications ne cessent de s’élargir et des performances toujours plus accrues sont vivement recherchées, afin d’améliorer la qualité des diagnostics réalisés. Nous sommes donc passés de l’utilisation de systèmes à base de transducteurs ultrasonores mono-élément à des systèmes utilisant des réseaux de transducteurs à une dimension (1D) et à deux dimensions (2D) composés d’éléments de plus en plus nombreux et petits. Néanmoins, un phénomène indésirable est fortement présent dans ces réseaux de transducteurs ultrasonores : il s’agit du couplage inter-éléments tendant à limiter leurs performances acoustiques et à modifier leur diagramme de rayonnement. Tout au long de ce travail de recherche, nous avons donc cherché à comprendre ce phénomène parasite et à apporter des solutions pour le réduire voire le supprimer. En se basant sur des modélisations éléments finis 2D et 3D et grâce à la fabrication de prototypes, nous avons d’une part, mis en évidence les différents types de couplages présents dans un réseau de transducteurs (acoustique, mécanique) et d’autre part, deux méthodes de correction basées l’une comme l’autre sur l’application de tensions convenables aux différents éléments du réseau ont été testées. La première méthode utilise les déplacements normaux moyens à la surface de chaque élément du réseau pour évaluer ces tensions, tandis que la deuxième fait appel aux courants motionnels parcourant chaque élément pour les déterminer. Les résultats numériques et expérimentaux concernant les déplacements et les diagrammes de rayonnement sont en bon accord. En outre, les deux méthodes s’avèrent particulièrement efficaces pour réduire le couplage inter-éléments
Whether in medicine or in non-destructive testing, ultrasonic imaging systems have become increasingly used nowadays. Their applications continue to expand and good performances are needed to improve the quality of the diagnosis. Moreover, significant progress has been made since these systems were originally based on single element ultrasonic transducers and are now made of mono-dimensional (1D) and bi-dimensional (2D) elements arrays ever more numerous and smaller. However, an undesirable phenomenon is strongly present in the ultrasonic transducer arrays: it is the cross-talk, which limits their acoustic performances and modifies their radiation pattern. Throughout this research, we have attempted on one hand to understand this parasitic phenomenon and on the other hand to provide solutions in order to reduce it or even remove it. To highlight the cross-talk types (acoustic and mechanical) and to test the proposed correction methods, we developed two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) finite element modeling and fabricated some prototypes. Both correction methods rely on the application of suitable voltages to the array elements. The first method uses the average of the normal displacements at the surface of each element to evaluate the voltages, while the second one utilizes the motional currents through each element to determine them. The numerical and experimental results concerning the displacements and the radiation patterns are in good agreement. In addition to this, both methods have been efficiently performed to reduce the cross-talk

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Bopp, Cécile. "The proton as a dosimetric and diagnostic probe." Thesis, Strasbourg, 2014. http://www.theses.fr/2014STRAE023/document.

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Abstract:

L’imagerie proton est étudiée comme alternative à la tomodensitométrie X pour la planification de traitement en hadronthérapie. En obtenant directement les pouvoirs d’arrêt relatifs des tissus, l’incertitude sur le parcours des particules pourrait être réduite. Un scanner à protons est constitué d’un calorimètre ou d’un détecteur de parcours afin d’obtenir l’information sur l’énergie déposée par chaque proton dans l’objet imagé et de deux ensembles de trajectographes enregistrant la position et direction de chaque particule en amont et en aval de l’objet. Ce travail concerne l’étude des données d’un scanner à protons et l’utilisation possible de toutes les informations enregistrées. Une étude de reconstruction d’image a permis de montrer que les informations sur le taux de transmission et sur la déviation de chaque particule peuvent être utilisées pour produire des images aux propriétés visuelles intéressantes pour le diagnostic. La preuve de concept de la possibilité d’une imagerie quantitative utilisant ces informations est présentée. Ces résultats sont une première étape vers l’imagerie proton utilisant toutes les données enregistrées
Proton computed tomography is being studied as an alternative to X-ray CT imaging for charged particle therapy treatment planning. By directly mapping the relative stopping power of the tissues, the uncertainty on the range of the particles could be reduced. A proton scanner consists in a calorimeter or range-meter to obtain the information on the energy lost by each proton in the object, as well as two sets of tracking planes to record the position and direction of each particle upstream and downstream from the object. This work concerns the study of the outputs of a proton scanner and the possible use of all the recorded information. A reconstruction study made it possible to show that the information on the transmission rate and on the scattering of each particle can be used to produce images with visual properties that could be of interest for diagnostics. The proof of concept of the possibility of quantitative imaging using this information is also put forward. These results are the first step towards a clinical use of proton imaging with all the recorded data

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Ogien, Jonas. "Développement de systèmes de microscopie par cohérence optique pour l'imagerie de la peau." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLO011/document.

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Abstract:

La microscopie par cohérence optique (OCM) est une technique d'imagerie tomographique basée sur l'interférométrie en lumière blanche permettant d'imager les milieux biologiques à l'échelle microscopique. L'OCM est une méthode particulièrement adaptée à l'imagerie dermatologique, en particulier pour le diagnostic du cancer de la peau, car elle permet d'obtenir des images similaires aux images histologiques sans nécessiter d'effectuer de biopsie.Ces travaux de thèse portent sur le développement de la microscopie par cohérence optique pour l'imagerie de la peau, dans le but de fournir au dermatologue un outil d'imagerie compact, adapté à l'imagerie dermatologique in vivo, et permettant d'obtenir des images à la fois structurelles et fonctionnelles.Un dispositif de microscopie par cohérence optique plein champ (FF-OCM) compact, à éclairage par LED blanche, a tout d'abord été développé, permettant d'obtenir des images tomographiques à très haute résolution (0.7 μm × 1.8 μm) jusqu’à ∼200 μm de profondeur dans la peau. En utilisant une LED de haute puissance, des images de peau in vivo ont pu être obtenues.A partir de ce dispositif de FF-OCM, des méthodes d'imagerie fonctionnelle permettant de cartographier les écoulements sanguins (angiographie) ont été mises en oeuvre. Quatre méthodes, basées sur une analyse du signal interférométrique (temporelle ou fréquentielle), d'images de phase ou d'images d'amplitude ont permis d'imager de l'intralipide s'écoulant dans un modèle de capillaire sanguin.L'imagerie fonctionnelle polarimétrique a aussi été explorée en FF-OCM. Une optimisation du contraste des images polarimétriques a été obtenue en modifiant les composants polarisants d'un montage conventionnel de FF-OCM polarimétrique en fonction de l'échantillon imagé. Cette méthode a été testée sur un échantillon polarisant simple.Finalement, une nouvelle méthode d'OCM, la microscopie par cohérence optique confocale à éclairage « ligne » (LC-OCM) a été étudiée, dans le but de développer un système permettant d'imager la peau in vivo, avec une plus grande profondeur de pénétration dans les tissus que la FF-OCM. Ce système, combinant un filtrage interférométrique et un filtrage confocal, a permis d'obtenir des images de peau in vivo en coupe verticale et en coupe en face, avec une résolution spatiale similaire à celle de la FF-OCM, mais à une profondeur supérieure atteignant 300 μm
Optical coherence microscopy (OCM) is a technique for tomographic imaging based on white light interferometry, making it possible to image biological media with micrometer-scale spatial resolution. OCM is particularly well-suited to dermatological imaging, especially skin cancer diagnosis, since it provides images that are similar to histological images without the need for biopsy.This PhD thesis focuses on the development of OCM for skin imaging, with the aim of providing a compact, in vivo imaging tool for the dermatologist, capable of acquiring structural and functional images of the skin.A compact, full-field OCM (FF-OCM) system illuminated by a white LED was first developed, making it possible to obtain tomographic images at an ultra-high resolution (0.7 μm × 1.8 μm), up to ∼200 μm in depth within the skin. Using a high power LED, in vivo skin images could be obtained.Using this FF-OCM setup, functional imaging methods for blood flow mapping (angiography) were implemented. Four methods, based on temporal or frequency analysis of the interferometric signal, phase images or amplitude images, have been shown to be able to image intralipid flow within a model blood capillary.Functional polarimetric imaging has also been explored in FF-OCM. Contrast optimization in polarimetric images has been obtained by modifying the polarizing components of the conventional polarization sensitive FF-OCM setup depending on the sample to be imaged. This method has been tested on a simple polarizing sample.Finally, a new OCM method, line-field confocal OCM (LC-OCM), has been studied. The goal here was to develop a system capable of imaging the skin in vivo, with a tissue penetration depth greater than what is possible for FF-OCM. This system, which combines interferometric filtering and confocal filtering, makes it possible to obtain in vivo skin images in vertical and en face slices, with a spatial resolution similar to that of FF-OCM, but with a greater penetration depth of 300 μm

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Denneval, Charline. "Design, synthèse et évaluation de contrastophores bimodaux pour l'imagerie par absorption à deux photons et par tomographie par émission de positons." Thesis, Rouen, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAM0012/document.

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Abstract:

L’objectif de ce travail a porté sur l’élaboration d’une sonde bimodale ADP–TEP (absorption à deux photons–tomographie par emission de positons) pour des applications en imagerie médicale.Dans un premier temps, le projet a consisté en le design, la synthèse et l’évaluation des propriétés photophysiques d’une nouvelle série de chromophores diaziniques A–p–D (A : groupement électro-attracteur, p : lien conjugué, D : groupement électro-donneur). Des études de relation structure-propriétés photophysiques impliquant des modulations sur chacune des sous-structures (groupements A et D, lien p-conjugué) ont été réalisées puis étudiées en UV et en fluorescence. Suite à l’obtention de ces premiers résultats, des mesures d’absorption à deux photons ont été effectuées sur ces fluorophores.Dans un second temps, les fluorophores ont été modifiés afin de greffer des parties hydrophiles. Des propriétés photophysiques encourageantes ont été obtenues et des premiers tests en imagerie bi-photonique ont été réalisés.L’insertion du fluor radiomarqué est envisagée via l’insertion d’un groupement –BF2. Pour cela des structures chélatantes, « mimes de BODIPY », incorporant une pyrimidine ou un triazole ont été élaborées. Des premiers essais ont été conduits mais n’ont pas permis l’obtention des composés borés correspondants
The purpose of this subject has been the synthesis of a bimodal probe using TPA–PET techniques for a potential application in biological imaging.In this context, we have synthesized a new range of A–π –D fluorophores incorporating diazine (p-deficient heterocycle) as electron-withdrawing moiety, N,N-dimethylaniline as electron-donating part and fluorene as p-conjugated linker. In order to increase the conjugation along the scaffold, ethynyl and/or triazole bridges have been introduced on both sides of the fluorene. The UV/Vis and photoluminescence properties have been measured. Further to those results two-photon absorption cross-section of our fluorophores (dTPA) has been obtained. Following these promising results, hydrophilic compounds using PEG groups have been prepared and photoluminescence properties have been carried out. In order to use the boron center as a site for radiofluorination, the synthesis of "BODIPY-like" probes has been considered. A new series of pyrimidine and triazole ligand have been synthesized but the corresponding boron complexes haven’t been obtained

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Kumar, Nitish. "Design and development of devices for robotized needle insertion procedures." Thesis, Strasbourg, 2014. http://www.theses.fr/2014STRAD024/document.

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Ces travaux de thèse apportent plusieurs contributions à la conception de dispositifs d'assistance robotisés pour la réalisation de procédures d'insertion d'aiguille sous imageur à rayons X. Partant de la tâche de positionnement et d'orientation d'une aiguille, plusieurs architectures mécaniques inédites à quatre degrés de liberté ont été proposées. Un algorithme de synthèse dimensionnelle a été conçu pour calculer les paramètres structuraux de ces mécanismes en étudiant leurs singularités, tout en tenant compte des contraintes antagonistes de compacité du système, de capacité d'actionnement et de taille d'espace de travail. Une décomposition modulaire du dispositif d'assistance a permis de proposer des solutions pour un outil dédié à l'insertion d'aiguille avec retour d'effort. Cet outil comporte un dispositif d'insertion, un système de préhension d'aiguille et un capteur d'effort spécifique pour le retour d'effort
This thesis focuses on finding solutions for the design and the technological bottlenecks involving development of a slave robotic assistant for needle insertion procedures. The needed functionalities for the slave device were sought to be achieved by adopting a modular approach. This required the design and the development of different devices which satisfy targeted functionalities. A study of needle positioning devices was carried out which led to the synthesis of novel mechanisms for the task of needle axis translation and the needle axis orientation. A novel dimensional synthesis algorithm was developed to calculate the structural parameters of these mechanism while studying their singularities and considering the antagonistic constraints of system compactness, actuation torques and workspace size. The modular decomposition also allowed to offer solutions for an insertion tool dedicated to needle insertion with force feedback. This insertion tool consists of a device for inserting the needle, a device for grasping the needle and a force sensor for force feedback

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Lindberg, Arvid. "Development of rigid polarimetric endoscope for early detection of cancer in vivo." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAX010.

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Abstract:

Le diagnostic précoce d’une lésion cancéreuse et l’ablation chirurgicale complète des zones malades restent les deux points cruciaux pour améliorer considérablement les chances de guérison d’un patient. Cependant la détection d’un cancer dans la phase initiale de son développement reste une tache très difficile à accomplir car liée à une prise aléatoire de biopsies alors que les parties pathologiques, à ce stade de la maladie, demeurent difficilement identifiables aux techniques d’imagerie classiques (imagerie visible, ultrasons, résonance magnétique, scanner rayon X, tomographie par émission de positrons). En plus l’évaluation des marges d’exérèse chirurgicale reste une tache encore très difficiles à accomplir, voire impossibles, dans certains cas.L’imagerie polarimétrique est une technique très prometteuse pour la détection précoce des lésions cancéreuses sur la surface des organes et pour une meilleure définition des limites de résection pendant la chirurgie. Les activités de recherche biomédicale développées à l’intérieur de l’équipe « Optique Appliquée et Polarimétrie » du LPICM sont centrées sur le développement d’imageurs polarimétriques de Mueller pour l’amélioration de la prise en charge des cancers épithéliaux, également appelés carcinomes, qui représentent le 80 – 90% de tous les cancers. A ce sujet le LPICM est porteur d’un projet financé par l’Institut National du Cancer (INCa) sur l’utilisation de l’imagerie polarimétrique pour l’amélioration de la prise en charge du cancer du col utérin à différents stades de son évolution. Actuellement une campagne extensive de mesures sur les lésions précancéreuses présentes au niveau du col utérin est en cours dans trois hôpitaux parisiens (Institut Gustave Roussy, Kremlin Bicêtre, Institut Mutualiste Montsouris). Cette étude ex vivo qui utilise un polarimètre de type Mueller grand champ en réflexion, va conduire à établir la performance du diagnostic de l’imagerie polarimétrique de Mueller, en termes de sensibilité et spécificité, comparée à celle fournie par les pathologistes et considérée comme le « gold standard » pour le diagnostic du cancer. Cette phase représente un point de départ pour l’utilisation in vivo de cette technique, car elle va apporter une connaissance précise des effets systématiques pouvant dégrader ses performances. A l’intérieur du projet INCa l’extension de la mesure du col utérin in vivo est prévue, utilisant un colposcope classique modifié pour obtenir les images polarimétriques de Mueller.L’endoscope est un autre instrument utilisé aussi pour diagnostiquer des lésions cancéreuses ou précancéreuses dans les muqueuses internes (œsophage, colon, rectum…). Le sujet de thèse proposé consiste à développer un endoscope polarimétrique de Mueller rigide et à établir ses performances. Le travail du doctorant comportera une partie d’instrumentation en optique, d’acquisition de données, de traitement de signal et d’évaluation de la performance statistique de la méthode. Le sujet de cette thèse se situe donc à l’interface entre la physique et le diagnostic médical et montre un fort potentiel de développement industriel avec un impact social significatif
Early diagnosis of a cancerous lesion and complete surgical resection of the diseased areas are both crucial points in order to greatly improve the chances for recovery of a patient. However, early detection of cancer is a very difficult task. It relies on random biopsies of suspicious areas which are not easy to identify at this stage of the disease using conventional imaging techniques (visible imaging, ultrasound, magnetic resonance, X-ray scanner, positron emission tomography). In addition, the correct evaluation of surgical resection margins remains often very difficult or even impossible in some cases.Polarimetric imaging is a promising technique for the early detection of cancerous lesions on the surface of the organs and for a better definition of the resection limits during surgery. Biomedical research activity, conducted within the 'Applied Optics and Polarimetry' team of the LPICM, focuses on the development of Mueller polarimetric imaging systems for improving the management of epithelial cancers, also known as carcinomas, which represent 80-90% of all cancers. In this regard the LPICM leads a project funded by the “Institut National du Cancer (INCa)”, on the use of Mueller polarimetric imaging for improving the management of cervical cancer at different stages of its evolution. At present an extensive series of ex vivo measurements is in progress in three different hospitals of Paris (Institut Gustave Roussy, Kremlin Bicêtre and Institut Mutualiste Montsouris). The final goal of this study is to evaluate the performance of Mueller polarimetric imaging technique in terms of sensitivity and specificity, while using an interpretation of corresponding histology slides by pathologists as a “golden standard” of cancer diagnostics. Ex vivo measurements provide a precise knowledge of the systematic effects which can negatively affect image quality. Hence, the results of this study represent a good starting point for in vivo applications of polarimetric imaging technique. Within the frame of INCa project the analysis of uterine cervix in vivo is planned, using a classical colposcope modified to obtain polarimetric Mueller images.The endoscope is another medical instrument used also to detect cancerous or precancerous lesions in the internal cavities of human body (esophagus, colon, rectum, etc.). The proposed thesis subject consists in developing a Mueller polarimetric rigid endoscope and evaluating its performance in terms of sensitivity and specificity. The work of PhD student will be concerned with instrumentation in optics, acquisition of data, signal processing and statistical evaluation of the performance of technique. Thus, the subject of this thesis is on the interface between physics and medical diagnostics and it shows a strong potential for industrial development with a significant societal impact

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Huber, Adrian Thomas. "Multi-organ non-invasive tissue characterization of fibrosis, adipose tissue, edema and inflammation with magnetic resonance (MR) imaging : applications to myocardium, skeletal muscle and liver interactions Cardiac MR strain: a noninvasive biomarker of fibro-fatty remodeling of the left atrial myocardium Comparison of MR T1 and T2 mapping parameters to characterize myocardial and skeletal muscle involvement in systemic Idiopathic Inflammatory Myopathy (IIM) Non-invasive differentiation of acute viral myocarditis and idiopathic inflammatory myopathy with cardiac involvement using magnetic resonance imaging T1 and T2 mapping CT predicts liver fibrosis: Prospective evaluation of morphology- and attenuationbased quantitative scores in routine portal venous abdominal scans." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS135.

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Abstract:

Cette thèse réalise une preuve de concept pour quantifier la déformation de l’oreillette gauche (OG) en IRM, ainsi que la relaxométrie IRM dans le myocarde, dans les muscles squelettiques et dans le foie. Grâce à l’interaction entre radiologues et ingénieurs, deux logiciels différents ont été développés, appliqués et validés pour l'analyse de la déformation myocardique multi-chambre et pour la cartographie quantitative du T1 multi-organes. La première publication a montré une forte corrélation de la déformation de l’OG, avec le degré de remplacement fibro-graisseux en histologie. Ce biomarqueur d'imagerie fonctionnelle est prometteur, puisque le remodelage structurel du myocarde est un substrat morphologique connu du dysfonctionnement électro-physiologique et de la fibrillation atriale. La deuxième publication a démontré l'influence de la composition et de la vascularisation de différents tissus sur les paramètres cartographiques T1. ΔT1 (prise de contraste musculaire relative) et EHF (prise de contraste musculaire normalisée par la prise de contraste dans le sang) ont été introduits comme alternatives simples au volume extracellulaire (ECV). Dans la troisième publication, les paramètres de relaxométrie appliqués aux muscles squelettiques ont permis une discrimination entre patients avec myocardite aiguë et patients avec des myosites systémiques. La quatrième publication a introduit le T1 du foie pour quantifier l’insuffisance cardiaque chez des patients avec des cardiomyopathies idiopathiques dilatées, montrant de meilleures performances que les paramètres fonctionnels établis tels que les volumes, la fraction d'éjection ou la déformation myocardique
This thesis provides a proof of concept for MR atrial strain, as well as MR relaxometry in the myocardium, in skeletal muscles and in the liver. Thanks to a close interaction between radiologist and software engineers, two different softwares were developed, applied and validated: one for multiorgan T1 mapping in the myocardium, skeletal muscle and liver, another one for cardiac four-chamber strain analysis and volumetry. The first publication showed a strong correlation of LA strain with the degree of fibro-fatty replacement in histology. Such functional imaging biomarker in combination with LA volumetry could help to guide clinical decisions, since myocardial structural remodeling is a known morphologic substrate of LA dysfunction, atrial fibrillation and adverse outcome. In the second publication, MR relaxometry parameters applied to the myocardium and skeletal muscles in IIM patients and healthy volunteers were used as a model to demonstrate influences of different tissue composition and vascularization on T1 mapping parameters. ΔT1 and EHF were introduced as simple alternatives to ECV in highly vascularized tissues such as the myocardium. In the third publication, MR relaxometry parameters applied to the skeletal muscls allowed for an accurate discrimination of AVM and IIM with cardiac involvement. However, when applied to the myocardium, parametric mapping did not separate between the two groups. The fourth publication introduced native T1 of the liver an easily accessible and accurate non-invasive imaging associate of congestive HF in IDCM patients with better performance than established functional parameters such as LV volumes, ejection fraction or strain

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Stolidi, Adrien. "Développement de méthodes d'imagerie par contraste de phase sur source X de laboratoire." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS076/document.

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Abstract:

L'imagerie par rayons X est fortement développée dans notre société et notamment dans les domaines industriels, médicaux ou sécuritaires. L'utilisation de cette méthode d'imagerie des structures internes (pour la détection d'irrégularité, de contrôle non destructif de pièces ou de menaces) est quotidienne. En radiographie, le contraste produit sur les images est relié à la variation de l'atténuation du flux de rayons X, qui est fonction de la densité, de l'épaisseur du matériau étudié ainsi que de la longueur d'onde utilisée. Ainsi par exemple, des gaines métalliques, des os ou des armes amènent du contraste sur l'image. Mais en plus de leur atténuation, les rayons X vont subir un déphasage qui est d'autant plus important que le matériau est peu atténuant. Ce phénomène va amener du contraste, dit de phase, permettant d'imager des matériaux peu denses tels que des plastiques, composites, tissus mous ou explosifs. Ce travail de thèse présente le développement et l'adaptation, dans le domaine des rayons X, de méthodes d'imagerie par contraste de phase sur des équipements de laboratoire. Le but est de compléter, d'une manière plus accessible et quotidienne, les demandes d'évaluation non destructives. Ce manuscrit se découpe suivant deux axes portant sur la simulation d'une part et sur le développement instrumental d'autre part. Un outil de simulation a été développé portant sur une description hybride alliant optique géométrique et optique ondulatoire. Les limites du modèle et des validations sont présentées. La partie instrumentale se focalise sur l'étude de deux techniques d'imagerie différentielle de phase. La première technique est de l'interférométrie à décalage multilatéral, dont l'adaptation sur tube à rayons X est réalisée pour la première fois. Une exploitation intéressante de la redondance de la mesure que produit la technique sera notamment introduite. La deuxième approche est une technique d'interférométrie de suivi de tavelure, dont nous présenterons une nouvelle exploitation
X-ray imaging is widely used in non-destructive testing dedicated to industry, medical or security domain. In most of the radiographic techniques, the image contrast depends on the attenuation of the X-ray beam by the sample. This attenuation is function of the density and thickness of the object and of the wavelength. Therefore, objects like metal covers, bones or weapons bring contrast on the image. In addition to attenuation, phase shifting happens, in particular for low-attenuating material. This phenomenon brings contrast, called phase contrast, and allows a X-ray image of low-attenuating material as plastics, composites, soft tissues or explosives. This work presents development and adaptation, in the X-ray domain, of phase contrast imaging techniques on laboratory equipment. The goal is to bring phase contrast imaging in daily use. This manuscript is split in two parts, simulation and instrumentation. A simulation tool has been developed, mixing geometrical optic and wave optic. Limits of the model and validation are presented. For the instrumental part, two interferometric techniques have been considered. The first one is multi-lateral interferometry where adaptation on X-ray tube is presented for the first time. Interesting use of the measurement recurrence will be introduced. The second one is speckle tracking interferometry, recently adapted on X-ray tube, for which we present new advancements

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Nagai, Andrii. "Investigation of SiPM physics parameters down to cryogenic temperatures and for a bio-medical application." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS552/document.

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Abstract:

Les Photomultiplicateurs Silicium (SiPM) sont devenus aujourd’hui des détecteurs de lumière visible, applicables dans de nombreux domaines comme la Physique des Hautes Énergies, les expériences Neutrinos, la détection de fluorescence, pour des applications de biophotonique ou d’imagerie médicale. La première partie de ma thèse concerne l’étude des divers paramètres physiques des SiPM en fonction de température T. En particulier, des composants récents (2015) de KETEK ayant diverses caractéristiques technologiques comme des jonctions p/n ou n/p, avec ou sans « trench » entre cellules, différentes épaisseurs de couches épitaxiales, etc… ont été étudiés dans la gamme de T de 308.15 K (+35°C) à 238.15 K (-35°C). En plus, des composants Hamamatsu de production 2011, ainsi que de production 2015 avec des caractéristiques technologiques améliorées (faible bruit), ont été testés dans la gamme 318.15 K (+45°C) à 98.15 K (-175°C). Pour ces études, j’ai participé à la conception, l’installation, la mise en service et la calibration d’un banc cryogénique destiné aux caractérisations électriques, optiques, et en température, des SiPM. J’ai développé une procédure d’analyse automatisée, capable de traiter en un temps très court une énorme quantité de données expérimentales (i.e. dizaines de Gb/détecteur), et de fournir une information rapide et précise sur les principaux paramètres et leur dépendance en T. J’ai développé un modèle physique décrivant les courbes IV en DC pour différentes T. Ce modèle proposé reproduit bien la forme de la courbe IV dans une large gamme de courants allant de 10⁻¹² à 10⁻⁵ A sur toute la zone de fonctionnement des divers détecteurs. Ainsi, le modèle IV peut être utilisé comme un outil simple et rapide pour déterminer les paramètres du SiPM comme le VBD, la forme de la courbe PGeiger en fonction de Vbias, ainsi que la plage des tensions de fonctionnement. La comparaison de ces paramètres avec ceux obtenus en mesure AC, et analysés par la procédure automatisée, sont en bonne concordance. La seconde partie de ma thèse a porté sur l’étude de composants SiPM spécialement adaptés à une application biomédicale. Il s’agit d’une sonde intracérébrale, sensible à l’émission β (Nβ) de molécules marquées par un traceur radioactif, injectées dans le cerveau d’un animal vivant. Le but étant de construire un nouveau "modèle animal" de maladies humaines telles que les maladies neuro-dégénératives ou neuropsychiatriques et la croissance de tumeurs. Cette sonde se compose d’un SiPM de très petite taille, bas bruit, couplé à une fibre scintillante, suivie d’une électronique de lecture spécifique, miniaturisée, à faible consommation. Ces SiPM ont été choisis comme les plus adaptés à notre application : deux SiPM de KETEK de 0.5x0.5 mm² (spécialement développés par cette compagnie pour nos besoins), et un SiPM standard de 1.3x1.3 mm² de Hamamatsu, tous ayant des μ-cellules de 50 × 50 μm². Pour chaque composant, les paramètres G, DCR et la sensibilité β ont été mesurés en fonction de Vbias et T. Les résultats obtenus montrent que le faible champ de vue des nouvelles structures KETEK permet une bonne amélioration du DCR. Cependant ce faible champ de vue entraîne une perte de collection de lumière due à l’épaisseur de la couche de résine époxy de protection, et à l’angle d’acceptante de la fibre. Comme la sensibilité β est un compromis entre le PDE et le DCR, les SiPM de KETEK montrent au final des performances voisines de celles de Hamamatsu. Les résultats préliminaires démontrent que la sensibilité β de KETEK peut être améliorée significativement en utilisant une lentille de focalisation entre la fibre scintillante et le SiPM, ou en diminuant l’épaisseur de la couche de résine époxy de protection
Silicon PhotoMultiplier (SiPM) detector has become a suitable visible light/photon detector for many applications like high energy physics and neutrino experiments, fluorescence detection, bio-photonics and medical imaging. The first part of my thesis was oriented to the studies of SiPM physics parameters as a function of temperature. Particularly, recent KETEK devices (year 2015) with different technological characteristics like p/n and n/p junctions, with and without trench technology, and different widths of epitaxial layer were studied in the temperature range from 308.15 K (+35°C) down to 238.15 K (-35°C). In addition, the Hamamatsu devices from 2011 production run as well as new devices from 2015 year, with improved technological characteristics inducing a reduced noise, were investigated in a wider temperature range from 318.15 K (+45°C) down to 98.15 K (-175°C). For these purposes, I participated to the design, installation, commissioning and calibration of a cryogenic experimental setup dedicated to electrical, optical and temperature studies of SiPM devices. Also, I have developed an automatic analysis procedure able to handle in a short time an impressive quantity of experimental data (i.e. tens of Gb/device) and to give a precise and fast information on main SiPM parameters and their temperature dependence. I have also developed a physical modeldescribing the DC I-V curves of SiPM detectors at different temperatures. The proposed model fits well the shape of IV curve in a very large currents range from 10⁻¹² A up to 10⁻⁵ A over the full working range of various devices. Consequently, the IV model can be used as a simple and fast method for determination of SiPM parameters like breakdown voltage VBD, the shape of Geiger triggering probability PGeiger as a function of Vbias as well as the Vbias working range. The comparison of these parameters with those calculated from AC measurements and analyzed by the automatic procedure showed a good agreement. The second part of my thesis was oriented to the study of SiPM devices and their physical parameters required to build a prototype of betasensitive intracerebral probe. Such probe is dedicated to measure the local concentration of radiolabeled molecules on awake and freely moving animal and to study new animal models of human disorders (neurodegenerative diseases, tumor growth, and neuropsychiatric disorders). It is composed of small size, low-noise SiPM device coupled to a scintillating fiber and readout by a dedicated miniaturized low-power consumption electronics. Three SiPM devices have been chosen as the most adapted for our application: two small KETEK devices of 0.5×0.5 mm² size (with and without optical trenches, specially developed by KETEK to fulfill our requirements) and a standard Hamamatsu device of 1.3×1.3 mm² size, all devices having 50 × 50 μm² μcell size. For each SiPM the gain G, dark count rate DCR and beta sensitivity were measured as a function of Vbias and temperature. The obtained results showed that the small field of view and newly developed structure of the KETEK devices allow a large decrease of the dark count rate DCR. However, this small field of view also leads to a reduced light collection due to the thickness of the epoxy protection resin on top of the SiPM and the acceptance angle of the fiber. Since the beta sensitivity represents a tradeoff between photon detection efficiency PDE and dark count rate DCR, KETEK SiPMs exhibit similar performances in comparison with the Hamamatsu device. Preliminary results demonstrate that the beta sensitivity of KETEK devices can be significantly improved by using focusing lens between the scintillating fiber and the SiPM or by reducing the thickness of its epoxy protection resin

Dissertations / Theses on the topic 'Imagerie médicale – Appareils et matériel – Innovation'

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