UV-Visible optical Spectro-imaging : multimodal approach and in vivo characterization of biological tissues applied to photodiagnosis in cancerology
Spectro-imagerie optique UV-Visible : approche multimodale et caractérisation de tissus biologiques in vivo appliquées au photodiagnostic en cancérologie
Résumé
The present manuscript is made of 3 main parts. The first part includes a short curriculum vitae followed by a notice reporting all my activities in terms of teaching, research and administration or other individual and group responsibilities since 1997. The second main part is dedicated to the description of the research project developed in the laboratory CRAN since 2002-2003, in the field of biological tissue characterization with use of UV-visible optical spectroscopy and imaging methods, through a "multi-scales" and "multi-modalities" approach. Their applications to in vivo photodiagnosis in cancerology (bladder, skin), are presented with reference to 2 research axes : - panoramic endoscopic imaging in wight light (WL) and fluorescence (F), including the automatic and fast construction of panoramic images of internal walls of bladders using cystoscopic image registration and mosaïcing, the quantitative and qualitative validations of the performances of the algorithms developed, and the validation of the superposition of WL/F panoramic images by means of a time multiplexed Visible/UV excitation and acquisition system, - spatially resolved autofluorescence (AF) and elastic scattering (ES) fibred spectroscopy, including the development, calibration and validation of an instrumentation system with multiple AF excitation 360-460 nm and ES 360-760 nm, the multi-dimensional spectroscopic data processing, the extraction, selection and supervised / unsupervised classification of spectral characteristics, the identification of optical parameters of tissues by means of statistical simulations (Monte Carlo, multi-layers models), and finally the application of the method to some studies for differentiating in vivo between healthy/inflammatory/cancerous stages in rat bladder tissues and between healthy/hyperplastic/dysplastic stages of mice skin. For each of these axes, the scientific questions, objectives, main results and perspectives are given. Finally, the third and last main part of the present document summarizes my scientific production and gives the full texts of various representative articles.
Ce manuscrit se compose de 3 grandes parties. La première présente d'une part, un court curriculum vitae et d'autre part, une notice exposant l'ensemble de mes activités en matière d'enseignement, de recherche, d'administration et autres responsabilités individuelles et collectives depuis 1997. La deuxième grande partie est consacrée à une description du projet de recherche mené au CRAN depuis 2002-2003, dans le domaine de la caractérisation de tissus biologiques à l'aide de méthodes d'imagerie et de spectroscopie optique UV-Visible, au travers d'une approche "multi-échelles" et "multi-modalités". Leurs applications notamment au photodiagnostic in vivo en cancérologie (vessie, peau) sont développée au travers de 2 axes de recherche en : - imagerie endoscopique panoramique en lumière blanche (LB) et fluorescence (F), avec la construction automatique et rapide d'images panoramiques de parois internes de vessies par recalage et mosaïquage des images cystoscopiques, les validations quantitatives et qualitatives des performances des algorithmes développés, et la validation de la superposition d'images panoramiques LB/F au moyen d'un système d'excitation et d'acquisition Visible/UV multiplexées dans le temps, - spectroscopie fibrée d'autofluorescence (AF) et de diffusion élastique (DE) résolue spatialement, avec le développement et la validation métrologique d'un système de multiple excitation d'AF 360- 460 nm et de DE 360-760 nm, le traitement des données spectroscopiques multi-dimensionnelles, l'extraction, la sélection et la classification supervisée / non-supervisée de caractéristiques spectrales, l'identification de paramètres optiques de tissus à l'aide de simulations statistiques (Monte Carlo, modèles multi-couches), enfin l'application de la méthode à plusieurs études de différenciation in vivo entre les états sains/inflammatoires/cancéreux de la vessie de rats et entre les états sains/hyperplasiques/dysplasiques de la peau de souris. Pour chacun de ces axes, les problématiques, objectifs, principaux résultats et perspectives sont précisées. Finalement, la troisième et dernière grande partie de ce manuscrit donne la production scientifique et la version intégrale de plusieurs articles représentatifs.
Mots clés
calibration
cystoscopy
optical spectroscopy
multi-modalities
<br />elastic scattering
statistical simulation
optical biopsy
in vivo cancer diagnosis
bladder
skin
image registration and mosaïcing
characteristics extraction and selection
data classification
instrumentation
calibrage
cystoscopie
spectroscopie optique
multi-modalités
autofluorescence
<br />diffusion élastique
simulation statistique
biopsie optique
diagnostic du cancer in vivo
vessie
<br />peau
recalage et mosaïquage d'images
extraction et sélection de caractéristiques
classification de données