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Dissertations / Theses on the topic 'Imagerie biomédical'
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Anastasiadou, Makrina. "Imagerie polarimétrique : développements instrumentaux et applications biomédicales." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003712.
Full textAbstract:
Ce travail a été consacré au développement d'instrumentation optique pour des applications biomédicales. La technique que nous utilisons est la polarimétrie. Nous avons développé deux instruments : un polarimètre de Mueller en réflexion et un appareil médical dédié à l'examen du col utérin (colposcope) pour l'imagerie en degré de polarisation en temps réel. Les applications ont été de deux types : la visualisation des brûlures radiologiques à un niveau infraclinique et l'amélioration du diagnostic du cancer du col utérin.
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Benzeroual, Karim. "Acquisition d'images stétéoscopiques et calibration de caméras par algorithmes génétiques : application dans le domaine biomédical." Thesis, Tours, 2010. http://www.theses.fr/2010TOUR4011/document.
Full textAbstract:
Le sujet de cette thèse consiste à définir un outil complet permettant l’acquisition du relief et de la texture d’une surface 3D dans le but de l’appliquer dans le domaine de la dermatologie, et plus généralement dans le domaine biomédical.Il s’agit d’abord d’étudier et de spécifier ou concevoir les aspects matériels tels que les appareils photographiques professionnels, les systèmes d’assemblage des appareils stéréoscopiques, le système d’éclairage et le système de déclenchement des appareils.Ensuite, la thèse porte sur les aspects algorithmiques et logiciels qui sont liés à tous les traitements mathématiques et informatiques nécessaires pour obtenir une surface 3D la plus fiable possible. Un des problèmes majeurs traités est la calibration géométrique de caméras stéréoscopiques. L’approche développée consiste à repousser les limites des méthodes classiques dans ce domaine en proposant l’utilisation de méthodes d’optimisation plus performantes et plus faciles à mettre en œuvre.Nous avons montré que les algorithmes d’optimisation utilisant les principes des algorithmes génétiques peuvent obtenir des résultats plus fiables que leurs concurrents et qu’ils permettent de traiter plus facilement des conditions variables d’expérimentations.Les applications réelles de notre algorithme génétique pour le calibrage portent sur de nombreux matériels d’acquisition (caméras industrielles, appareils photo reflex « grand-public » et professionnels, microscopes stéréoscopiques, objectifs à séparation de vue, objectifs sténopés et objectifs télécentriques), chaque dispositif d’acquisition est adapté à une utilisation spécifique suivant l’étude demandée (zones microscopiques, visage, partie du corps, …).Cette thèse constitue la partie « acquisition/calibration » du système VirtualSkinLABThis thesis “Acquisition of stereoscopic images and camera calibration with genetic algorithms: application in the biomedical domain” consists to define a complete tool for acquiring the topography and texture of a 3D surface in order to apply it in the dermatological and more generally in the biomedical field.First, the objective is to study and to specify or design hardware devices such as professional cameras, assembly systems for stereo equipments, lighting system and trigger system for devices.Then, the thesis focuses on algorithmic and software aspects which relate to all mathematic and computational treatments needed to obtain a 3D surface.One of major issues addressed is the geometric calibration of stereo cameras. The developed approach pushes the limits of conventional methods in this field by proposing the use of more efficient and easier to implement optimization methods.We have shown that the algorithms using the principles of genetic algorithms can obtain more reliable results than their competitors and they can deal more easily the variable conditions of experiments.The real applications of our genetic algorithm for camera calibration cover many acquisition devices (industrial cameras, SLR cameras, stereo microscopes, beam splitters, pinhole and telecentric objectives), each acquisition device is adapted to a specific use following the requested study (microscopic areas, face or body parts). This thesis “acquisition / calibration” is a part of a global system called VirtualSkinLAB
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Guyot, Steve. "Analyse des matrices de Mueller et du champ de speckle en vue d'applications au génie bio-médical." Paris 12, 2003. https://athena.u-pec.fr/primo-explore/search?query=any,exact,990002136440204611&vid=upec.
Full textAbstract:
This memory is posed in terms of "methods and applications" for the investigation, by optical methods, of scattering media for biomedical applications. It makes the object of two great parts, the polarimetric imagery on the one hand and the field of speckle on the other hand. Polarimetric imagery : the first fourth chapters are dedicated to the analysis and the exploitation of the polarisation of the light for the biomedical imagery. The first chapter exposes the various formailisms used in the studies on the polarization of the light:formalisms of Jones, Stokes-Mueller and Poincaré. The second chapter relates to a thorough analysis of the matrices of Mueller through the study of the matrices known as of "Mueller Jones" or of the matrices of Mueller for the depolarizing media in an anisotropic way. An approach by a commutable multilayer model is proposed to extract the polarimetric parameters from diattenuation, retardance and depolarization. The polarimetric treatment is supplemented by the exploitation of the coherency matrix. These treatments make it possible to code the images in optical or physical properties. The chapter three is devoted to a. Device of acquisition of the matrices of Muai- 1er. The chapter four, presents two examples of applications of the formalism of Mueller in the biomedical field, namely the quantification of the hepatic fibrosis and tEe discrimination of cutaneous tissus having undergone an irradiation. Speckle: The chapters five and six present an original anelysis of the speckle. The chapter five briefly exposes the statistical characteristics of the model speckle before proposing a. Junction with the theory of the Brownian motion. A statistical drift of the experimental speckle requires the adaptation of the theory of the Brownien motion to the fractional Brownian motion. An adjustment between the model and the physical phenomenon is thus possible thanks to this degree of additional freedom. This fractal approach allows the multi-characterization of the figures of speckle starting from three qnantifiable criteria. The chapter six presents the experimental validation of the approach, two applications in biomedical matter encourages us to privilege rather the variational approach than static speckle.
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Le, Bihan Denis. "Imagerie par résonance magnétique nucléaire des mouvements incohérents microscopiques : application à l'imagerie de la diffusion moléculaire et de la microcirculation dans le domaine biomédical." Paris 11, 1987. http://www.theses.fr/1987PA112089.
Full textAbstract:
L'imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est entrée récemment dans le domaine biomédical. Les images sont obtenues avec une haute résolution et une grande sensibilité. Cependant, la spécificité reste encore faible. Pour accroître les possibilités de l'IRM dans les domaines de la caractérisation tissulaire et des études fonctionnelles, nous avons développé un procédé d'imagerie destiné à visualiser et mesurer dans chaque voxel de l'image les mouvements incohérents microscopiques ("IVIM" Intra-Voxel Incoherent Motions). Ces mouvements sont la diffusion moléculaire, la microcirculation du sang dans le réseau capillaire et les écoulements de certains fluides comme le liquide céphalo-rachidien. Les principes de l’imagerie par Résonance Magnétique sont rappelés, puis les effets des mouvements IVIM sur les signaux de RMN sont analysés. Les études ont été réalisées sur un imageur de 0,5 Tesla, d'abord sur fantômes appropriés pour valider la méthode, puis avec des volontaires et des patients. Les limitations du procédé sont ensuite exposées. Enfin, l'apport de la méthode pour le d1agnostic médical est montré.
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Gassem, Faouzi. "Etude de faisabilité d'une nouvelle méthode d'irradiation laser spatialement sélective et applications dans le domaine biomédical." Paris 11, 2004. http://www.theses.fr/2004PA112196.
Full textAbstract:
La recherche de nouveaux moyens de sélectivité pour les traitements laser dans le domaine biomédical n'est pas actuellement une thématique active, contrairement à l'analyse par la lumière des cellules et des tissus qui connaît une phase intense d'évolution. Mon travail a consisté à proposer un système sélectif de dépôt de lumière et à chercher les applications potentielles d'un tel dispositif. J'ai réalisé un montage expérimental utilisant un modulateur spatial de lumière à cristaux liquides et permettant de contrôler l'asservissement de la lumière traitante sur l'imagerie vidéo de la surface à traiter. Ce contrôle fait appel à un traitement automatique des images. Les résultats expérimentaux ont permis d'évaluer les performances pouvant être atteintes par le dispositif. En effet nous obtenons une résolution spatiale de l'ordre de 30 æm sans avoir atteint les limites de notre montage, et une robustesse et simplicité de mise en œuvre grâce à l'absence de parties mobiles dans le dispositif. Par contre notre solution est limitée quant à la dose maximale d'énergie délivrable. Fonction des performances actuelles et de celles que nous jugeons accessibles moyennant améliorations, nous nous sommes attachés à rechercher l'application pour laquelle ce dispositif pouvait avoir un apport conséquent. Nous avons été amené à mettre de côté les applications les plus courantes actuelles de traitement laser pour des raisons, soit de processus biologiques mis en œuvre, soit de limitations du dispositif. Par contre il est apparu que les caractéristiques d'un tel dispositif semblent tout à fait adaptées à la manipulation de la croissance cellulaire et tissulaireResearch of new selectivity means for laser treatment in the biomedical domain is not currently an active field, contrary to the analysis of cells and tissues by light which is in an intense phase of evolution. My work consisted of proposing a selective light deposition system and of looking for the potential applications of such a device. I have achieved an experimental setup using a liquid crystal spatial light modulator and allowing the control of the light repartition relating to the video image of the surface to be treated. This control uses an automatic image analysis. Experimental results have allowed the evaluation of the performances that can be actually reached by the irradiation system. In fact we get a spatial resolution about 30 æm without having reached the limits of our system, and a hardiness and a simplicity of implementation because we use no mobile parts in the system. On the other hand our solution is limited as for the maximal dose of the deliverable energy. Function of the actual performances and those that we think accessible after adding improvement, we have tried to look for the application for which this irradiation system could have a consequent contribution. We have been brought to put a side the most current applications of laser treatments because of either the implemented biologic processes or the limitations of the system. However it appears that the characteristics of the system seem to be perfectly adapted to the manipulation of the cellular and tissular growth
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Venturini, Pierre. "Synthèse et caractérisation de nanomatériaux hybrides innovants pour le biomédical." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0351/document.
Full textAbstract:
Depuis quelques décennies, les nanomatériaux et tout particulièrement les nanoparticules d’oxyde de fer (magnétite/maghémite) superparamagnétiques ont connus un intérêt croissant en nano-médecine. Leur biocompatibilité et leurs propriétés magnétiques permettent notamment leur utilisation à des fins de diagnostic (IRM, Imagerie optique et nucléaire…) et de thérapie (Hyperthermie, nano vectorisation…). Au cours de cette thèse, la première étape a consisté à étudier en détails l’influence de plusieurs paramètres de synthèse sur les propriétés finales des nanoparticules d’oxyde de fer magnétique. Cette étude avait pour but de développer et d’optimiser une méthode de synthèse dérivée de la méthode de synthèse classique dite de co-précipitation mais modifiée par ajout de ligand citrates au cours de la synthèse. Des nanoparticules d’oxyde de fer d’une taille pouvant être contrôlée entre 4 et 13 nm recouvertes par une couronne de ligands citrates ont ainsi été synthétisées, celles-ci présentent une aimantation à saturation atteignant jusqu’à 75 emu/g d’oxyde de fer qui est une valeur particulièrement haute pour des nanoparticules de cette taille. Tout au long de ce travail, la caractérisation de ces nanoparticules par un panel étendu de techniques (MET, DRX, Mössbauer, IRTF, XPS, mesures magnétiques, DLS …) à permis notamment d’étudier de façon précise les relations existantes entre la taille, le taux de ligand, la composition et les propriétés magnétiques des nanoparticules synthétisées. Ces nanoparticules fonctionnalisées par des citrates ont ensuite été testées en milieu biologique afin d’évaluer leur internalisation dans les cellules et leur cytotoxicité. Dans un deuxième temps, d’autres travaux ont été menés sur les nanoparticules d’oxyde de fer. Notamment le remplacement des ligands citrates par un polymère bio-inspiré pouvant, selon les fonctions chimiques qui lui sont adjointes, avoir de multiples applications dans le domaine biomédicalFrom decades now, nanomaterials and especially superparamagnetic iron oxide nanoparticles are studied for their numerous applications in nanomedecine area. The biocompatibility and the magnetic properties of such nano-objects allow their utilization for diagnostic (MRI, optical imagery, PET…) and for therapy application (nanovectorization, hyperthermia…) During this thesis work, the first step was to study the influence of several synthesis parameters on the final properties of the magnetic iron oxide nanoparticles. The aim of this study was the development and the optimization of the widely used way of synthesis by co-precipitation modified by a ligand addition during the growth step of the synthesis. Citrate capped iron oxide nanoparticles with a controlled size between 4 and 13 nm have been synthesized, the saturation magnetization of these nanoparticles reach 75 emu/g of iron oxide, this value is particularly high for nanoparticles of such sizes. During this work, the large panel of characterizations performed on these nanoparticles (TEM, XRD, Mössbauer, FTIR, XPS, DLS, Magnetic measurement) allowed to study precisely the relations between size, ligand ratio, composition and magnetic properties of the synthesized nanoparticles. The interaction between the synthesized citrate capped nanoparticles and biological materials such as human cells have been investigated in-vitro notably to evaluate cells internalization and citotoxicity. In a second step, some additional works have been performed on the citrate capped iron oxide nanoparticles in order to replace the citrate ligand by a bio-inspired polymer (poly-oxazoline). This polymer can have multiple biomedical applications depending of the pendent chemical groups that have been fixed on it
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Devinoy, Raymond Henri. "Contribution à l'extraction de primitives, à la classification et au diagnostic dans le domaine biomédical." Rouen, 1999. http://www.theses.fr/1999ROUES072.
Full textAbstract:
Cette thèse a pour but de contribuer à l'informatisation de deux applications biomédicales : l'analyse de la figure complexe de Rey-Osterrieth et la détection de mélanomes malins. Les études sur l'analyse de la figure complexe de Rey-Osterrieth cherchent à identifier, de façon précoce, les difficultés psychologiques chez les enfants. Il s'agit d'un test graphique ou il est demandé de copier, puis de restituer de mémoire un dessin : la figure de Rey. Le mélanome malin est un cancer cutané en nette progression depuis plusieurs années. Les méthodologies, ainsi que les outils d'analyses employés sont communs aux deux applications. Nous commençons par la mise au point des protocoles nous permettant d'obtenir des copies numériques des figures de Rey et des photographies de lésions. A partir de celles-ci, nous recherchons des caractéristiques numériques. A partir de ces données, deux méthodes de traitement sont proposées. La première consiste à rechercher des sous-ensembles dans les populations de l'étude. En effet, les populations d'éléments que nous étudions sont, de par nature, hétérogènes. Cette catégorisation est basée sur une classification ascendante. L'originalité vient de l'intégration d'un nouvel indice prenant en compte les densités locales au voisinage des éléments. La seconde est une méthode utilisée pour discriminer les éléments pathologiques des autres éléments. Elle est conçue pour être efficace lorsqu'une des populations est sous représentée. Les éléments du groupe sain servent de référence. Nous recherchons des caractéristiques pour lesquelles les éléments pathologiques s'écartent de cette référence. Nous appliquons ensuite un algorithme détectant un jeu réduit de caractéristiques discriminantes. Ces méthodes sont appliquées avec succès sur deux ensembles de données issus des applications étudiées.
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Prima, Sylvain. "étude de la symétrie bilatérale en imagerie cérébrale volumique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00636169.
Full textAbstract:
Le cerveau humain est une structure anatomique à symétrie bilatérale : il existe un plan, appelé plan médian sagittal, par rapport auquel il est (approximativement) symétrique. Certaines structures ou aires cérébrales sont pourtant systématiquement asymétriques. L'étude de ces asymétries et de leurs anomalies est d'un intérêt majeur pour la compréhension de certaines pathologies comme la schizophrénie. Dans cette thèse, nous présentons une méthode permettant de quantifier ces déviations locales par rapport à une symétrie bilatérale parfaite et d'en effectuer une analyse statistique dans des populations de sujets. En raison du positionnement arbitraire de la tête dans l'appareil d'acquisition, le plan médian sagittal est rarement situé au centre des images médicales tridimensionnelles anatomiques (IRM, scanner) ou fonctionnelles (TESP, TEP). Nous proposons une définition objective de ce plan, fondée sur un critère mathématique robuste de type moindres carrés tamisés. Ensuite, après calcul et réalignement du plan médian sagittal, nous montrons comment obtenir en chaque point de l'image un vecteur caractéristique de l'asymétrie de la structure anatomique sous-jacente. Ce champ d'asymétrie est obtenu au moyen d'un outil de recalage non-rigide, qui est également utilisé pour fusionner dans un référentiel géométrique commun les champs calculés sur une population d'individus. Des techniques statistiques classiques (de type test de Hotteling) permettent alors d'étudier l'asymétrie d'une population ou de comparer l'asymétrie entre deux populations. Un problème spécifique aux IRM est celui des variations lentes des intensités de l'image, induites par les interactions du sujet avec le champ magnétique, et qui ne reflétent pas les propriétés physiques des tissus sous-jacents. La structure géométrique de ce champ de biais est elle-même asymétrique, et perturbe substantiellement le calcul de l'asymétrie anatomique. Nous proposons différents algorithmes pour corriger ce biais, fondés sur des modélisations mathématiques du processus d'acquisition de l'image.
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Antunes, Neves Ana Luisa. "Application au domaine biomédical des moyens de caractérisation électromagnétique de matériaux dans le spectre des micro-ondes." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0320/document.
Full textAbstract:
La capacité de pénétration des ondes électromagnétiques (OEM), généralement non destructive, dans les matériaux ou tissus permet de sonder les milieux étudiés. En termes de santé publique, améliorer la qualité de vie est devenu un objectif majeur de la société actuelle. Des applications de sondage par OEM de divers milieux ou tissus dans le domaine biologique présentent un intérêt majeur dans les opérations de diagnostic et dans les opérations thérapeutiques. Les travaux de cette thèse abordent le vaste domaine des applications biomédicales, des interactions micro-ondes/radiofréquences et de la matière. Ces travaux de thèse se focalisent sur l’univers émergeant de l’Imagerie par Résonnance Magnétique (IRM) à Ultra-Haut Champ. Le premier objectif est de développer un fantôme anthropomorphique de tête humaine ou il faut prendre en compte les propriétés électromagnétiques et les temps de relaxation caractéristiques de chaque tissu. Cela permet d’obtenir une estimation précise des niveaux de DAS pour l’être humain et une notion des formations de hotspots lors d’un examen IRM haut-champ.Le deuxième objectif dans le domaine des IRM à très haut champ est l’étude et la fabrication des dispositifs d’homogénéisation de champ permettant ainsi d’éclaircir les zones d’ombres. Ce processus, dénommé Dielectric Shimming, est basé entre autre sur l’utilisation d’éléments discrets à hautes permittivités appelés pads. Ces pads sont composés de matériaux diélectriques à fortes permittivités, comme des solutions aqueuses de Titanate de Baryum, afin de focaliser le champ dans les zones initialement sombres de l’image de l’IRM (dans cas du cerveau : le cervelet et les lobes temporaux)The penetration capacity of the electromagnetic (EM) waves in matter or biological tissues allows exploring media non-destructively. Concerning the public health sector, improving the quality of life has become one of the greatest concerns of nowadays society. EM wave research on different media and biological tissues shows a great potential for diagnostic applications and eventually for therapeutically applications. In this doctoral thesis, we focus on the vast domain of the biomedical applications of wave-matter interactions, based on the knowledge of the electromagnetic properties of matter, the complex permittivity and the conductivity. On a first instance, we address the emerging domain of ultra-high field MRI (Magnetic Resonance Imaging), which nowadays puts effort into the clinical implementation of 7T devices. Firstly our purpose is to produce an anthropomorphic head model, composed of the brain’s different layers, and taking into account the electromagnetic properties and the proton relaxation times inherent to each tissue. These realistic head models allow to evaluate the newly developed protocols for these ultra-high field devices. Secondly, we have studied and developed field homogenization devices, which allow brightening the shadow areas displayed in some MRI images, such as the cerebellum and the temporal lobes in brain imaging at 7T. This procedure, named Passive Shimming, is based on the use of high permittivity dielectric pads composed of Barium Titanate, which focalize the field to the areas where normally the wavelength in insufficient to generate a homogeneous signal distribution
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Grimaldo, Morón José Teófilo. "Contribution à la synthèse de macrocycles tétraphosphorés : ligands polydentates présentant un intérêt biomédical." Grenoble 1, 1987. http://www.theses.fr/1987GRE10161.
Full textAbstract:
Synthese de ligands macrocycles tetraphores, complexants potentiels de cations paramagnetiques (gd**(3+), fe**(3+)) et de nucleide radioactifs. Etude de la reactivite de ces ligands et des essais de complexation
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Da, Silva Anabela. "Méthodes optiques pour le diagnostic et l'imagerie biomédicale." Habilitation à diriger des recherches, Aix-Marseille Université, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01053305.
Full text
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Dupont, Jan. "Imagerie polarimétrique de speckle statique pour l’étude de matériaux et dynamique pour la détection de micro-vascularisation tumorale." Thesis, Toulouse, ISAE, 2017. http://www.theses.fr/2017ESAE0002/document.
Full textAbstract:
Lors de la diffusion d’une onde électromagnétique sur une surface de rugosité aléatoire ou dans un volume, un champ de speckle, dont les caractéristiques dépendent du diffuseur considéré, se forme. Les diffusions au sein de matériaux impactent l’état de polarisation d’une lumière incidente. Ainsi, la polarisation est un paramètre sensible pour la caractérisation et l’étude de matériaux. Une technique de polarimétrie résolue spatialement, permettant une mesure de précision en champs de speckle, est proposée. Cette technique est utilisée pour étudier l’impact de différents paramètres d’imagerie sur la mesure polarimétrique, notamment les phénomènes de dépolarisation des champs dus au mode d’observation. Un modèle de simulation de champs de speckle polarisés, validé par comparaison avec l'expérimentation pour différents régimes de diffusions, est développé. Par ailleurs, les propriétés dynamiques de l’échantillon peuvent être mesurées par une analyse de contraste du speckle qu’il diffuse. Un dispositif d’imagerie de micro-vascularisation par mesure de contraste de speckle dynamique polarisé est optimisé, puis appliqué à l’étude in-vivo de l’angiogenèse tumorale du mélanome murin, ainsi que l’évolution de la vascularisation après traitement des tumeurs par électrochimiothérapie. Le potentiel de la technique pour la détection et l'étude du mélanome murin, sans contact ni marqueur, est démontré, avec comme perspective la détection et l'étude du mélanome humain, dont l'efficacité reste à être caractérisée pour une utilisation en imagerie biomédicaleWhen an electromagnetic wave is scattered by a rough surface or in a volume, a speckle field is observed, with characterlstlcs depending on the consldered scatterer. Multiple scattering in samples immpact the State of polarizatlon of an incident light. Thus, polarization Is a sensitive parameter for material characterization and study. A spatially resolved polarlmetry method, allowing accurate measurements in speckle fields is proposed. That method is used to study the Impact of various parameters on polarimétrie measurements, especially the depolarization phenomenon due to the observation setup. A polarlzed speskle simulation model is proposed, validated by comparison with expérimentation for various scattering régime. Besides, dynamlc properties of samples can be measured by an analysis of the scattered speckle contrast. A method allowing microvascularization imaging based on dynamic polarized light scattering imaging is optlmlzed, then applied to in-vivo study of the tumor angiogenesis occuring on murine melanoma, as well as the vascularization évolution after a treatment called electrochemotherapy. Potentlal of the method for non invasive détection and study of the murine melanoma is demonstrated, its efflciency on human melanoma for biomédical applications remaning to be characterized
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Denolin, Vincent. "Sources of contrast and acquisition methods in functional MRI of the human brain." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2002. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/211408.
Full textAbstract:
L'Imagerie fonctionnelle par Résonance Magnétique (IRMf) a connu un développement important depuis sa découverte au début des années 1990. Basée le plus souvent sur l'effet BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent), cette technique permet d'obtenir de façon totalement non-invasive des cartes d'activation cérébrale, avec de meilleures résolutions spatiale et temporelle que les méthodes préexistantes telles que la tomographie par émission de positrons (TEP). Facilement praticable au moyen des imageurs par RMN disponible dans les hôpitaux, elle a mené à de nombreuses applications dans le domaine des neurosciences et de l'étude des pathologies cérébrales.
Il est maintenant bien établi que l'effet BOLD est dû à une augmentation de l'oxygénation du sang veineux dans les régions du cerveau où se produit l'activation neuronale, impliquant une diminution de la différence de susceptibilité magnétique entre le sang et les tissus environnants (la déoxyhémoglobine étant paramagnétique et l'oxyhémoglobine diamagnétique), et par conséquent un augmentation du signal si la méthode d'acquisition est sensible aux inhomogénéités de champ magnétique. Cependant, il reste encore de nombreuses inconnues quant aux mécanismes liant les variations d'oxygénation, de flux et de volume sanguin à l'augmentation de signal observée, et la dépendance du phénomène en des paramètres tels que l'intensité du champ, la résolution spatiale, et le type de séquence de RMN utilisée. La première partie de la thèse est donc consacrée à l'étude de l'effet BOLD, dans le cas particulier des contributions dues aux veines de drainage dans les séquences de type écho de gradient rendues sensibles au mouvement par l'ajout de gradients de champ. Le modèle développé montre que, contrairement au comportement suggéré par de précédentes publications, l'effet de ces gradients n'est pas une diminution monotone de la différence de signal lorsque l'intensité des gradients augmente. D'importantes oscillations sont produites par l'effet de phase dû au déplacement des spins du sang dans les gradients additionnels, et par la variation de cette phase suite à l'augmentation du flux sanguin. La validation expérimentale du modèle est réalisée au moyen de la séquence PRESTO (Principles of Echo-Shifting combined with a Train of Observations), c'est-à-dire une séquence en écho de gradient où des gradients supplémentaires permettent d'augmenter la sensibilité aux inhomogénéités de champ, et donc à l'effet BOLD. Un accord qualitatif avec la théorie est établi en montrant que la variation de signal observée peut augmenter lorsqu'on intensifie les gradients additionnels.
Un autre source de débat continuel dans le domaine de l'IRMf réside dans l'optimalisation des méthodes d'acquisition, au point de vue notamment de leur sensibilité à l'effet BOLD, leurs résolutions spatiale et temporelle, leur sensibilité à divers artefacts tels que la perte de signal dans les zones présentant des inhomogénéités de champ à grande échelle, et la contamination des cartes d'activation par les contributions des grosses veines, qui peuvent être distantes du lieu d'activation réel. Les séquences en écho de spin sont connues pour être moins sensibles à ces deux derniers problèmes, c'est pourquoi la deuxième partie de la thèse est consacrée à une nouvelle technique permettant de donner une pondération T2 plutôt que T2* aux images. Le principe de base de la méthode n'est pas neuf, puisqu'il s'agit de la « Préparation T2 » (T2prep), qui consiste à atténuer l'aimantation longitudinale différemment selon la valeur du temps de relaxation T2, mais il n’avait jamais été appliqué à l’IRMf. Ses avantages par rapport à d’autres méthodes hybrides T2 et T2* sont principalement le gain en résolution temporelle et en dissipation d’énergie électromagnétique dans les tissus. Le contraste généré par ces séquences est étudié au moyen de solutions stationnaires des équations de Bloch. Des prédictions sont faites quant au contraste BOLD, sur base de ces solutions stationnaires et d’une description simplifiée de l’effet BOLD en termes de variations de T2 et T2*. Une méthode est proposée pour rendre le signal constant au travers du train d’impulsions en faisant varier l’angle de bascule d’une impulsion à l’autre, ce qui permet de diminuer le flou dans les images. Des expériences in vitro montrent un accord quantitatif excellent avec les prédictions théoriques quant à l’intensité des signaux mesurés, aussi bien dans le cas de l’angle constant que pour la série d’angles variables. Des expériences d’activation du cortex visuel démontrent la faisabilité de l’IRMf au moyen de séquences T2prep, et confirment les prédictions théoriques quant à la variation de signal causée par l’activation.
La troisième partie de la thèse constitue la suite logique des deux premières, puisqu’elle est consacrée à une extension du principe de déplacement d’écho (echo-shifting) aux séquences en écho de spin à l’état stationnaire, ce qui permet d’obtenir une pondération T2 et T2* importante tout en maintenant un temps de répétition court, et donc une bonne résolution temporelle. Une analyse théorique approfondie de la formation du signal dans de telles séquences est présentée. Elle est basée en partie sur la technique de résolution des équations de Bloch utilisée dans la deuxième partie, qui consiste à calculer l’aimantation d’état stationnaire en fonction des angles de précession dans le plan transverse, puis à intégrer sur les isochromats pour obtenir le signal résultant d’un voxel (volume element). Le problème est aussi envisagé sous l’angle des « trajectoires de cohérence », c’est-à-dire la subdivision du signal en composantes plus ou moins déphasées, par l’effet combiné des impulsions RF, des gradients appliqués et des inhomogénéités du champ magnétique principal. Cette approche permet d’interpréter l’intensité du signal dans les séquences à écho déplacé comme le résultat d’interférences destructives entre diverses composantes physiquement interprétables. Elle permet de comprendre comment la variation de la phase de l’impulsion d’excitation (RF-spoiling) élimine ces interférences. Des expériences in vitro montrent un accord quantitatif excellent avec les calculs théoriques, et la faisabilité de la méthode in vivo est établie. Il n’est pas encore possible de conclure quant à l’applicabilité de la nouvelle méthode dans le cadre de l’IRMf, mais l’approche théorique proposée a en tout cas permis de revoir en profondeur les mécanismes de formation du signal pour l’ensemble des méthodes à écho déplacé, puisque le cas de l’écho de gradient s’avère complètement similaire au cas de l’écho de spin.
La thèse évolue donc progressivement de la modélisation de l’effet BOLD vers la conception de séquences, permettant ainsi d’aborder deux aspects fondamentaux de la physique de l’IRMf.
Doctorat en sciences appliquées
info:eu-repo/semantics/nonPublished
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Mertens, Benjamin. "Bringing 3D and quantitative data in flexible endoscopy." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2014. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209275.
Full textAbstract:
In a near future, the computation power will be widely used in endoscopy rooms. It will enable the augmented reality already implemented in some surgery. Before reaching this, a preliminary step is the development of a 3D reconstruction endoscope. In addition to that, endoscopists suffer from a lack of quantitative data to evaluate dimensions and distances, notably for the polyp size measurement.In this thesis, a contribution to more a robust 3D reconstruction endoscopic device is proposed. Structured light technique is used and implemented using a diffractive optical element. Two patterns are developed and compared: the first is based on the spatial-neighbourhood coding strategy, the second on the direct-coding strategy. The latter is implemented on a diffractive optical element and used in an endoscopic 3D reconstruction device. It is tested in several conditions and shows excellent quantitative results but the robustness against bad visual conditions (occlusions, liquids, specular reflection,) must be improved.
Based on this technology, an endoscopic ruler is developed. It is dedicated to answer endoscopists lack of measurement system. The pattern is simplified to a single line to be more robust. Quantitative data show a sub-pixel accuracy and the device is robust in all tested cases. The system has then been validated with a gastroenterologist to measure polyps. Compared to literature in this field, this device performs better and is more accurate.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur
info:eu-repo/semantics/nonPublished
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Pérez, Olivas Huetzin Aaron. "Instrumentation biomédicale et étude des applications sur des effets de champs magnétiques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLV031/document.
Full textAbstract:
La dynamique de culture de cellules peut être modifié lors de l'application de champs magnétiques fluctuants afin d’stimuler la prolifération et longévité de cellules mais sans affecter leur viabilité. Cela se fait avec les conditions expérimentales et paramètres optimales. Dans cette thèse je montre l’étude à différents types de cellules tels que l’Entamoeva histolitica et invadens, les lynphosites humains et l’HEK-293E pour obtenir quelques paramètres importants qui puissent nous permettre à mieux comprendre les effets subis par elles quand un champ magnétique est appliqué. L’objective de mon travail est d’étudier la culture de cellules et sa dynamique quand elle ressent un champ magnétique d’une certaine intensité, a une certaine fréquence, le nombre de fois d’application et les effets que le champ peut l’induire. Je considère aussi la concentration de fluides paramagnétiques dans le milieu de culture chargé d’amplifier l’effet de stimulation. Finalement, je parlerais de la conception d’une instrumentationcapable de pourvoir aux cellules les meilleures conditions de reproduction telle que la température, espace, distribution efficace du champ magnétique et sa forme de radiation. La conception d’une nouvelle instrumentation qui puisse tenir en compte des nouvelles variables est aussi traitée. Cette même instrumentation s’est révélée très robuste pour être aussi appliquée dans d’autres sujets d’étude biomédicale avec des faibles modifications. Son utilisation en diagnostique de dislocation de la hanche, la mesure de fréquences dans la région gastroesophagea pour étudier la dynamique du métabolismeThis thesis has the objective to determine the effect produced by weak magnetic field stimulation on the following types of cell cultures: Entamoeba histolytica, Entamoeba invadens, human lymphocyte, and HEK- 293T.Changes in cell’sproliferation and longevity without affecting their viability are thus studied. We intend to understand the effect produced by the magnetic field and gadolinium in the different levels of cell organization (organelle, macro molecules, and chemical reactions).We are mainly interested in asserting the behavior of cells in a controlled manner, for example when applying oscillating magnetic fields at different frequencies and time intervals as well as the addition of certain concentrations of super-paramagnetic fluid in the growing medium. Here I present effects on the cell motility of Entamoeba invadens cell cultures and the change in the natural cell behavior, such as controlled agglutination, cell movement velocity, membrane structural form. I also present the effects and dynamic responses on the growth of Entamoeba cells by applying an oscillating magnetic field in specific audio frequencies such as 100 Hz, 800 Hz, 1500 Hz, and 2500Hz, at six minutes time periodic intervals
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Loison, Olivier. "Imagerie plasmonique multimodale en vue d'applications biomédicales." Paris 7, 2013. http://www.theses.fr/2013PA077102.
Full textAbstract:
Les plasmons de surface sont des modes d'oscillation collectifs des électrons de conduction à l'interface entre métal et diélectrique. La plasmonique est un domaine de l'optique basé sur les propriétés de confinement et d'exaltation du champ électromagnétique offertes par ces modes. La plasmonique est en particulier utilisée dans les biocapteurs en permettant de quantifier et de suivre la dynamique d'interaction de biomolécules. La spécificité de ces capteurs dits à résonance de plasmon de surface, connus sous l'acronyme anglais SPR, est qu'ils ne nécessitent aucun marquage. La sensibilité de la SPR repose sur la forte dépendance des conditions de résonance à l'indice de réfraction local du diélectrique étudié. En particulier, l'indice de réfraction varie en fonction de la concentration en biomolécules à la surface du capteur. Nous proposons ici un dispositif original en transmission (tSPR) préservant la forte sensibilité caractéristique de la SPR standard. Nous montrons que cette configuration permet une haute densité de parallélisation des mesures. Le multiplexage offert par la tSPR est supérieur d'environ un ordre de gràndeur à celle de la SPR classique. Le plasmon de surface propagatif (PSP) est associé à un champ évanescent. L'intensité élevée du champ et son fort confinement axial ont été récemment mis à profit dans des expériences d'imagerie de fluorescence médiée par les plasmons de surface (SPF). De plus, la présence d'une interfade métallique au voisinage d'un fluorophore induit de nouveaux mécanismes de relaxation, notamment via le plasmon de surface, provoquant une chute abrupte de la durée de vie de fluorescence. L'information de durée de vie peut être extraite à l'aide d'un microscope d'imagerie de temps de vie de fluorescence (FLIM). Nous montrons que l'imagerie FLIM couplée avec des plasmons de surface permet obtenir une mesure nanométrique de la distance métal-fluorphore. Nous montrons qu'un tel dispositif est adapté à la tomographique de membrane plasmique sur des cellules avec une résolution axiale de l'ordre de 15 nmSurface plasmons are collective oscillation modes of the conductive electrons at the interface between a metal and a dielectric. Plasmonic is a field of optics based on the properties of containment and exaltation of the electromagnetic field given by this mode. Plasmonics is particulary used in biosensors to quantify and to follow interaction dynamic between biomolecules. The specificity of these sensors named Surface Plasmon Resonance (SPR) is their unstrained characteristic. SPR sensitivity relies on the strong dependence of the resonance conditions to the refractive index of the studied dielectric. In particular, the refractive index depends on the biomolecules concentration at the sensor surface. Here, we suggest to use an original device in transmission (tSPR) preserving the strong sensitivity characteristic of standard SPR. We show that this configuration allows a high parallelization density of measurement. Multiplexing given by tSPR is around one order of magnitude more than the one of classical SPR. Propagative surface plasmon (PSP) is associated with an evanescent field. The high intensity of the field and its strong axial confinement have been recently been used in Surface Plasmon mediated Fluorescence (SPF) imaging. Moreover, the presence of a metallic interface in the vicinity of a fluorescent dye induces new relaxation processes, especially via the surface Plasmon, producing a sharp decrease of the fluorescence lifetime. Lifetime information can be extract with a fluorescence lifetime imaging microscope (FLIM). We show that FLIM imaging coupled with surface Plasmon provides nanometric accuracy of the dye-metal distance. We show that such a device is adapted to plasmic membrane tomography with an axial resolution about 15 nm
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Penelle, Benoît. "Système de réalité virtuelle d'aide à la réalisation et à l'évaluation d'exercices physiques." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2014. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209284.
Full textAbstract:
Les travaux de recherche présentés dans cette thèse ont pour but de développer un système de réalité virtuelle d'aide à la réalisation et à l'évaluation d'exercices physiques. La notion d'exercice physique étant très large, nous avons pris le parti de cibler des exercices réalisés dans le cadre médical de traitements de rééducation fonctionnelle. Dans un premier temps, nous avons mis au point un socle technologique et algorithmique basé sur du matériel standard, peu coûteux, simple à installer et à utiliser. Il met en place les fondations nécessaires pour le développement d'applications de réalité virtuelle destinées à supporter et à superviser des exercices de rééducation, qu'ils soient réalisés dans un centre de rééducation, dans le cabinet d'un kinésithérapeute, ou à domicile. Sur base de ce socle, nous avons ensuite développé deux applications de rééducation ciblant des pathologies différentes. La première application est destinée aux patients atteints de douleurs neuropathiques telles que les douleurs fantômes (DF) chez les amputés ou le Syndrome Douloureux Régional Complexe (SDRC). Grâce à la réalité virtuelle, nous donnons l'illusion au patient qu'il peut à nouveau bouger son membre amputé ou pathologique, réduisant ainsi l'intensité des douleurs. La seconde application a pour but d'offrir au thérapeute et au patient un outil de quantification des mouvements réalisés dans le cadre d'exercices de rééducation motrice. Les mesures ainsi obtenues vont permettre d'aider le médecin à identifier et à objectiver le diagnostic d'une pathologie du mouvement, et, par la suite, vont permettre au kinésithérapeute d'en suivre l'évolution tout au long du traitement de rééducation. Pour chacune de ces applications, un algorithme spécifique de suivi de mouvements, basé sur le socle commun, est au cœur de la solution mise en œuvre.Doctorat en Sciences de l'ingénieur
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Hassan, Aref. "Modifications chimiques des aptamères, pour des applications en imagerie biomédicale." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0242/document.
Full textAbstract:
L’objectif de ma thèse a été de développer de nouvelles sondes utilisables en imagerie biomédicale, basées sur l’utilisation d’aptamères, pour la détection de deux types de tumeurs : les glioblastomes et les mélanomes. Les traceurs développés ont pour objectif de cibler la protéine matricielle hMMP-9. Lors d’une thèse précédente, un aptamère anti hMMP-9 noté F3B a été obtenu. Afin de transformer cet aptamère en une sonde pour l’imagerie biomédicale, différents conjugués F3B ont été préparés: Cy5, DOTA ou MAG3. L’affinité des nouveaux conjugués pour l’hMMP-9 a été évaluée par SPR et sur coupes de tumeurs. Des études de biodistribution des conjugués F3B-DOTA et F3B-MAG3 ont été réalisées sur des souris portant le mélanome, les résultats ont montré que les deux aptamères marqués détectent spécifiquement l’hMMP-9. De plus, la détection de la protéine hMMP-9 par le conjugué F3B-CY5 a été confirmée par imagerie de fluorescence. Afin d’améliorer la sensibilité de détection des tumeurs, deux types de modifications ont été envisagées, développer des structures multimériques de F3B et élaborer d’un système bi-fonctionnel. Pour ces deux approches, nous avons synthétisé un dendrimère à point focal, pouvant donner accès à une imagerie multi-modale. Ce dendrimère porte deux ou trois bras espaceur porteurs d’un groupement azoture utilisé pour le couplage avec les aptamères par la chimie «click». Le dendrimère porte au point focal une fonction amine NH2 utilisée pour fixer une biotine, afin de déterminer l'affinité Kd de cette nouvelle sonde par SPR. Par la suite un ligand DOTA sera fixé afin de pouvoir visualiser ce traceur en TEMPThe aim of my thesis was to develop new probes that can be used in biomedical imaging, based on the use of aptamers for the detection of two types of tumors: glioblastomas and melanomas. Tracers have been developed with the aim to target the matrix protein hMMP-9. In a thesis, an aptamer anti-hMMP-9 noted F3B was obtained. Based on this compound, different derivatives were prepared for using in biomedical imaging: F3B-Cy5, F3B-DOTA or F3B-MAG3. The affinity of the new conjugates for hMMP-9 was evaluated by SPR and on sections of human melanomas. Biodistribution studies of F3B-DOTA conjugates and F3B-MAG3 were performed at on melanoma bearing mice, the results showed that both radiolabeled aptamers specifically detected the hMMP-9. In addition, optical fluorescence imaging confirmed the binding to hMMP-9 by F3B-CY5. In order to improve tumor detection sensitivity, two types of modifications were investigated: developing of F3B multimeric structures and a bi-functional system. For both these approaches, we synthesized a dendrimer with a focal point, which could give access to a multi-modal imaging. This dendrimer has two or three spacers bearing an azide group used for coupling with aptamers by "click" chemistry. The dendrimer carrying at the focal point an amine function NH2 used for fixing biotin in order to determine the affinity Kd of this new probe by using SPR. A DOTA ligand will be fixed later in order to view this tracer in SPECT
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Dréo, Johann. "Adaptation de la métaheuristique des colonies de fourmis pour l'optimisation difficile en variables continues. Application en génie biologique et médical." Phd thesis, Université Paris XII Val de Marne, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00093143.
Full textAbstract:
Les métaheuristiques de colonies de fourmis s'inspirent des comportements collectifs observés chez les fourmis pour résoudre des problèmes d'optimisation difficile.La première approche pour concevoir des métaheuristiques d'optimisation continue en suivant cette métaphore consiste à créer un système multi-agent. Nous proposons ainsi un algorithme de "colonies de fourmis interagissantes" (CIAC). La deuxième approche décrit ces métaheuristiques comme des méthodes manipulant un échantillonnage d'une distribution de probabilité. Nous proposons ainsi un algorithme "à estimation de distribution" (CHEDA).
En accord avec le concept de programmation à mémoire adaptative, nos algorithmes font l'objet d'une hybridation avec une recherche locale de Nelder-Mead (HCIAC). Nous avons ensuite adapté cette méthode à des problèmes continus dynamiques (DHCIAC), pour lesquels nous proposons également un nouveau jeu de test cohérent.
Nos algorithmes sont enfin appliqués dans le cadre de l'automatisation du suivi des lésions de l'oeil.
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Kozhemyak, Anastasia. "Modèles mathématiques et méthodes de reconstruction pour des techniques émergentes d'imagerie biomédicale." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2008. http://www.theses.fr/2008EPXX0007.
Full textAbstract:
L'apparition de techniques avancées en imagerie a amélioré de manière significative la qualité de la surveillance médicale des patients. Les modalités d'imagerie non-invasives permettent aux médecins de faire des diagnostics plus précis et plus précoces et de prescrire des modes de traitement plus performants et plus justes. De multiples modalités d'imagerie sont employées actuellement ou sont en cours d'étude. Dans cette thèse, nous étudions trois techniques émergentes d'imagerie biomédicale :imagerie magnéto-acoustique; imagerie thermographique; endotomographie par impédance électrique. Pour chacune de ces trois techniques, nous proposons des modèles mathématiques et nous présentons des nouvelles méthodes de reconstruction en imagerie médicale.
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Nguyen, David. "Etude de la nucléation contrôlée de latex polymère à la surface de nanoparticules d’oxyde pour l’élaboration de colloïdes hybrides structurés." Thesis, Bordeaux 1, 2008. http://www.theses.fr/2008BOR13715/document.
Full textAbstract:
Des colloïdes à base de silice et de polystyrène ont été synthétisés. Les particules d’oxyde ont d’abord été élaborées et modifiées en surface, puis ont servi de germes au cours d’une étape de polymérisation du styrène. Deux procédés de polymérisation en phase hétérogène ont été utilisés (émulsion ou dispersion) menant à des colloïdes aux morphologies originales et contrôlées. Une étude morphologique par tomographie électronique a permis de mieux comprendre les mécanismes de croissance et d’organisation des particules de latex autour des germes de silice. La synthèse de particules Janus pour l’imagerie biomédicale est aussi décrite. Ces particules de silice ont été modifiées en surface par un chromophore biphotonique et un agent de reconnaissance de certaines cellules tumorales. Des études spectroscopiques et des tests de cytotoxicité ont été entreprisHybrid colloids based on silica and polystyrene have been synthesized. Oxide particles were first elaborated, surface modified, and then used as seed in a styrene polymerization step. Two heterogeneous polymerisation proceeds were employed (emulsion or dispersion) leading to colloids with original and controlled morphologies. A morphological study by electronic tomography enabled to better understand growth and organisation mechanisms of latexes around silica seeds. Janus particles synthesis for biomedical imaging is also described. Silica particles were surface modified with a biphotonic chromophore and a tumor cells targeting agent. Spectroscopic studies and cytotoxicity tests were investigated
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Leclercq, Jean François. "Imagerie microonde active pour applications biomédicales : systèmes 2D et 3D monochromatiques." Paris 11, 1985. http://www.theses.fr/1985PA112285.
Full textAbstract:
Cette thèse présente une étude de systèmes d'imagerie microonde active, fondés sur la méthode de tomographies par diffraction. Cette forme d'imagerie a pour but d'obtenir des renseignements complémentaires aux autres systèmes d'imagerie existant par ailleurs, en particulier sur les caractéristiques diélectriques des corps, et sur tout facteur physique infuençant ceux-ci comme par exemple la température. Le principe en est le suivant l'objet sous investigation est illuminé par une onde plane centimétrique, ce qui crée à l'intérieur de l'objet des courants équivalents induits, qui vont à leur tour générer un champ diffracté dans tout l'espace. A partir de la mesure de ce champ diffracté, on peut obtenir les courants équivalents qui lui ont donné naissance. Ce travail concerne les algorithmes de reconstruction, à deux et trois dimensions pour des systèmes multivues monochromatiques, l'amélioration de la résolution et la réduction du temps d'obtention d'une image, ainsi que les vérifications numériques et expérimentales des résultats théoriques. La méthode employée est celle du spectre d'ondes planes qui permet d'obtenir une relation simple entre les transformées de Fourier du champ diffracte et des courants équivalents. Du point de vue expérimental tridimensionnel, un prototype unique de caméra microonde, qui mesure le champ électrique sur une surface plane grâce à la méthode de diffusion modulée, a été mise à notre disposition et cette étude a également concerné la caractérisation de cette caméra. Nous présentons ici les premiers résultats que nous avons pu obtenir sur des fantômesThis work concerns microwave imaging systems, based upon the method of diffraction tomography. We can obtain informations about dielectric properties and physical parameters influencing them as, for instance, the temperature. The principle can be described in this way the abject under investigation is illuminated by a plane wave, with a wave length of about one centimeter. This creates inside the abject equivalent currents, which generate a diffracted field in the whole space. From the measure of the diffracted field, we can obtain the equivalent currents. We have studied the reconstruction algorithms, in two and three dimensions for multiview monochromatic systems, the improving of the resolution, and the decreasing of the total time for the obtention of an image, and also the numerical and experimental checkings of the theoretical results. We employ the spectrum of plane waves method which gives an easy relation between the Fourier transforms of the diffracted field and of the equivalent currents. Experimentally in three dimensions, we measured the electric field on a plane area with a microwave camera, using the modulated scattering technique. We have caracterised this camera and we present here the first results obtained with phantoms
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Dehez, Harold. "Méthodes d'hyperrésolution optique et leurs applications pour l'imagerie biomédicale." Thesis, Université Laval, 2013. http://www.theses.ulaval.ca/2013/30261/30261.pdf.
Full textAbstract:
L’étude du système nerveux ne peut se faire sans une étude structurale et fonctionnelle de la centaine de milliards de neurones qui le composent. Avec le développement des marqueurs fluorescents à la fin du 20e siècle, la microscopie optique est devenue le meilleur compromis entre les analyses structurale (haute résolution spatiale) et fonctionnelle (cellules vivantes, haute sélectivité). Il est cependant bien connu, et ce, depuis la fin du 19e siècle, que les microscopes optiques sont limités par la diffraction de la lumière à une résolution de 200 nm environ ; il est donc impossible de discriminer la plupart des sous-structures cellulaires avec ces modalités. Il a fallu attendre les années 1990 pour voir apparaître des techniques d’imagerie optique permettant de « franchir la limite de diffraction » ; les microscopes STED (STimulated Emission Depletion), PALM (PhotoActivated Localization Microscopy) ou STORM (STochastic Optical Reconstruction Microscopy) ont notamment permis d’attendre une résolution de l’ordre de la dizaine de nanomètres. Cependant, la résolution spatiale des techniques d’« hyperrésolution » est souvent obtenue au détriment des autres performances des microscopes : dépendance vis-à-vis des marqueurs fluorescents, résolution temporelle limitée, photodommages, systèmes optiques complexes, . . . L’objectif de nos travaux est donc de proposer des solutions simples et implantables dans des microscopes optiques par balayage laser existants, qui permettraient d’en augmenter la résolution transversale en faisant peu de compromis sur leurs autres caractéristiques techniques. Dans cette thèse, nous proposons d’augmenter la résolution des microscopes optiques par balayage laser en modifiant le patron d’illumination utilisé. Nous avons abordé le problème de deux façons : une approche directe permettant de réduire le volume d’excitation en remplaçant le faisceau gaussien utilisé dans les microscopes conventionnels par le mode transverse magnétique TM01 de polarisation radiale ; et une approche indirecte basée sur deux excitations successives de l’échantillon avec un faisceau gaussien et un faisceau « sombre » ayant un minimum d’intensité au centre. Avec cette dernière approche, entièrement compatible avec les systèmes commerciaux, nous avons augmenté la résolution des microscopes confocaux d’un facteur 2 en faisant pour seul compromis la double excitation de l’échantillon.The nervous system cannot be analyzed without structural and functional observations of its hundred of billions of neurons. Since the discovery of fluorescent probes, at the end of the 20th century, optical microscopes became the best trade-off between structural (high resolution) and functional (live cells, high selectivity) analysis. However, it is well known, since the end of the 19th century, that the resolution of a focusing light microscope is limited by diffraction to about 200 nm; most of sub-cellular compartments cannot be discriminate with those modalities. We had to wait the end of the 90th, to witness the development of novel microscopy techniques “breaking the diffraction barrier”; STED (STimulated Emission Depletion), PALM (PhotoActivated Localization Microscopy) and STORM (STochastic Optical Reconstruction Microscopy) achieved spatial resolution of about 10 nm. However, most of those “superresolution” techniques are probe dependent (PALM/ STORM), or require high power laser and a complete modification of the microscope (STED). The goal of this thesis is to develop novel, low-power, and retrofittable “superresolution” procedures in laser scanning microscopy without limiting the specifications of conventional modalities (probe dependency, photodommage, simplicity, temporal resolution, . . . ). In this thesis, we propose to increase the resolution of laser scanning microscopes by structuring the illumination. The issue is tackled in two different ways: a direct approach where the excitation volume is reduced by changing the Gaussian beam used in conventional systems into a radially polarized transverse magnetic TM01 beam, and an indirect approach based on two successive illuminations of the sample with a Gaussian beam and a “dark” beam having a minimum of intensity at its center. With the later approach, we doubled the spatial resolution of confocal microscopes while keeping the specifications of the conventional systems except from doubling the temporal resolution.
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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.
Full textAbstract:
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 pathologiesOsteoarticular 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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Beyazit, Selim. "Functional nanoparticles for biomedical applications." Thesis, Compiègne, 2014. http://www.theses.fr/2014COMP2163.
Full textAbstract:
Cette thèse décrit le développement de nouvelles méthodes pour obtenir des nanoparticules fonctionnelles polyvalentes qui peuvent potentiellement être utilisées pour des applications biomédicales telles que la vectorisation de médicaments, des essais biologiques et la bio-imagerie. Les nanomatériaux sont des outils polyvalents qui ont trouvé des applications comme vecteurs de médicaments, la bio-imagerie ou les biocapteurs. En particulier, les nanoparticules de type core-shell ont attiré beaucoup d'attention en raison de leur petite taille, une relation surface/volume élevée, et une biocompatibilité. Dans ce contexte, nous proposons dans la première partie de la thèse (Chapitre 2), une nouvelle méthode pour obtenir des nanoparticules core-shell via la polymérisation radicalaire en émulsion et vivante combinées. Des particules cœurs de polystyrène de 30 à 40 nm, avec une distribution de taille étroite et portant à la surface des groupements iniferter ont été utilisés pour amorcer la polymérisation supplémentaire d'une couche de polymère. Des nanoparticules core-shell ont été préparées de cette façon. Différents types d’enveloppes : anionique, zwitterioniques, à empreintes moléculaires, thermosensibles, ont ainsi été greffées. Notre méthode est une plate-forme polyvalente permettant d'ajouter des fonctionnalités multiples soit dans le noyau et/ou l'enveloppe pour les études d'interaction cellulaire et de toxicité, ainsi que des matériaux récepteurs pour l'imagerie cellulaire. Dans la deuxième partie de la thèse (Chapitre 3), nous décrivons un procédé nouveau et polyvalent pour la modification de surface des nanoparticules de conversion ascendante (UCP). Ce sont des nanocristaux fluorescents dopés de lanthanides qui ont récemment attiré beaucoup d'attention. Leur fluorescence est excitée dans le proche infrarouge, ce qui les rend idéales comme marqueurs dans des applications biomédicales telles que les tests biologiques et la bio-imagerie, l'auto-fluorescence étant réduite par rapport à des colorants organiques et les quantum dots. Cependant, les UCP sont hydrophobes et non-compatible avec les milieux aqueux, donc une modification de leur surface est essentielle. La stratégie que nous proposons utilise l'émission UV ou visible après excitation en proche infrarouge des UCP, comme source de lumière secondaire pour la photopolymérisation localisée de couches minces hydrophiles autour les UCP. Notre méthode offre de grands avantages comme la facilité d'application et la fonctionnalisation de surface rapide pour fixer divers ligands, et fournit une plateforme pour préparer des UCP encapsulée de polymères pour des différentes applications. Des hydrogels stimuli-sensibles sont des matériaux qui changent leurs propriétés physicochimiques en réponse à des stimuli externes tels que la température, le pH ou la lumière. Ces matériaux intelligents jouent un rôle critique dans des applications biomédicales telles que la vectorisation de médicaments ou l'ingénierie tissulaire. La troisième partie de cette thèse (Chapitre 4) propose un nouveau procédé de préparation d'hydrogels photo et pH sensible. Deux composantes, l'un photosensible à base dl'acide 4-[(4-méthacryloyloxy) phénylazo] benzoïque et l'autre cationic contenant des unités 2-(diéthylamino)éthyl méthacrylate, ont été synthétisés. Leur association donne des particules monodispersées de 100 nm photo et pH sensibles. Ces nanoparticules peuvent être potentiellement utilisées pour la vectorisation de médicaments, en particulier de biomolécules telles que protéines ou siARN. En conclusion, nous avons conçu plusieurs nouvelles méthodes efficaces, polyvalentes, génériques et facilement applicables pour obtenir des nanoparticules et nanocomposites de polymères fonctionnels qui peuvent être appliqués dans de différents domaines biomédicaux comme la vectorisation de médicaments, les biocapteurs, les tests biologiques et la bio-imagerieThis thesis describes the development of novel methods to obtain versatile, functional nanoparticles that can potentially be used for biomedical applications such as drug delivery, bioassays and bioimaging. Nanomaterials are versatile tools that have found applications as drug carriers, bioimaging or biosensing. In particular, core-shell type nanoparticles have attracted much attention due to their small size, high surface to volume ratio and biocompatibility. In this regard, we propose in the first part of the thesis (Chapter 2), a novel method to obtain core-shell nanoparticles via combined radical emulsion and living polymerizations. Polystyrene core seeds of 30-40 nm, with a narrow size distribution and surface-bound iniferter moieties were used to further initiate polymerization of a polymer shell. Core-shell nanoparticles were prepared in this way. Different types of shells : anionic, zwitterionic, thermoresponsive or molecularly imprinted shells, were thus grafted. Our method is a versatile platform with the ability to add multi-functionalities in either the core for optical sensing or/and the shell for cell interaction and toxicity studies, as well as receptor materials for cell imaging. In the second part of the thesis (Chapter 3), we describe a novel and versatile method for surface modification of upconverting nanoparticles (UCPs). UCPs are lanthanide-doped fluorescent nanocrystals that have recently attracted much attention. Their fluorescence is excitated in the near infrared, which makes them ideal as labels in biomedical applications such as bioimaging and bioassays, since the autofluorescence background is minimized compared to organic dyes and quantum dots. However, UCPs are hydrophobic and non-compatible with aqueous media, therefore prior surface modification is essential. The strategy that we propose makes use oft he UV or Vis emission light of near-infrared photoexcited upconverting nanoparticles, as secondary light source for the localized photopolymerization of thin hydrophilic shells around the UCPs. Our method offers great advantages like ease of application and rapid surface functionalization for attaching various ligands and therefore can provide a platform to prepare polymeric-encapsulated UCPs for applications in bioassays, optical imaging and drug delivery. Stimuli responsive hydrogels are materials that can change their physico-chemical properties in response to external stimuli such as temperature, pH or light. These smart materials play critical roles in biomedical applications such as drug delivery or tissue engineering. The third part of the thesis (Chapter 4) proposes a novel method for obtaining photo and pH-responsive supramolecularly crosslinked hydrogels. Two building blocks, one containing photoresponsive 4-[(4-methacryloyloxy)phenylazo] benzoic acid and the other, consisting of cationic 2-(diethylamino)ethyl methacrylate units, were first synthesized. Combining the two building blocks yielded photo and pH responsive monodisperse 100-nm particles. These nanoparticles can be eventually utilized for drug delivery, especially delivery of biomolecules such as siRNAs or proteins. In conclusion, we have designed several new efficient, versatile, generic and easily applicable methods to obtain functionalized polymer nanoparticles and nanocomposites that can be applied in various biomedical domains like drug delivery, biosensing, bioassays and bioimaging
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Richard, Frédéric. "Modèles et analyses statistiques de l'image biomédicale." Habilitation à diriger des recherches, Université René Descartes - Paris V, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00522704.
Full text
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Maurice, Vincent. "Fonctionnalisation de nanoparticules de silicium pour l’imagerie biomédicale." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112355.
Full textAbstract:
Nous avons étudié et modifié les propriétés de nanoparticules de silicium produites par pyrolyse laser, en vue de leur utilisation comme marqueurs pour l’imagerie biologique en fluorescence. Dans un premier temps, les propriétés de surface des particules ont été étudiées, en particulier leurs mécanismes d’oxydation. Les particules de silicium sont en effet facilement oxydées en milieu aqueux, entrainant leur destruction si ce phénomène n’est pas contrôlé. La connaissance des facteurs provoquant la dégradation des propriétés des particules en milieu biologique nous a permis de définir la stratégie de fonctionnalisation adoptée pour cette étude. Nous avons choisi de protéger les particules par une couche de silice, formée par sol-gel en phase homogène ou en microémulsion, d’épaisseur allant de 1 à 30 nm environ. Les particules encapsulées ont été caractérisées, en particulier, leur vitesse d’oxydation à pH neutre a été mesurée. Puis elles ont été couvertes d’amines afin de les coupler à des molécules organiques. Des chaînes de PEG ont été greffées sur les amines pour améliorer la stabilité colloïdale des particules ainsi que leur résistance à l’oxydation. Ensuite, nous avons réalisé le greffage d’une protéine, afin d’apporter une fonctionnalité biologique aux particules. Les différentes fonctions greffées ont été dosées par différentes méthodes. Les particules ont également été utilisées pour réaliser des essais d’imagerie biologique ainsi que des mesures de toxicitéWe studied and modified the properties of silicon nanoparticles produced by laser pyrolysis, to use them as fluorescent probes for biological imaging. At first, the surface properties of the particles have been studied, especially their oxidation mechanisms. The silicon particles are indeed easily oxidized in aqueous medium, leading to their destruction if this phenomenon is not controlled. Knowledge of factors causing the deterioration of the properties of particles in biological media has allowed us to define the functionalization strategy adopted for this study. We chose to protect the particles with a layer of silica formed by sol-gel process in homogeneous phase or microemulsion, its thickness ranging from 1 to 30 nm. The encapsulated particles have been characterized, in particular, their rate of oxidation at neutral ph was measured. They were then covered with amines in order to graft organic molecules to their surface. PEG chains were grafted onto the amines to improve the colloidal stability of the particles and their resistance to oxidation. Then we performed the grafting of a protein, to provide biological functionality to the particles. The various functions grafted were assayed by different methods. The particles were also used for biological imaging tests as well as measures of toxicity
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Gontard, Gwenaëlle. "Synthèse de nanoconjugués PEG-PLA pour des applications biomédicales : libération contrôlée et Imagerie." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30279.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre Sanofi à Vitry-sur-Seine et le Laboratoire Hétérochimie Fondamentale et Appliquée (LHFA) à Toulouse, et a pour but de développer de nouveaux nanovecteurs à base de conjugués polymériques biodégradables et biocompatibles capables d’encapsuler, de transporter et de libérer des agents thérapeutiques. Les travaux précédemment réalisés au laboratoire, ont montré que la libération de principes actifs hydrophobes, tels que le Cabazitaxel de la famille des taxanes, pouvait être contrôlée grâce à l’architecture de conjugués de nature PEG-PLA. Dans le premier chapitre, une étude a été menée afin d’améliorer la cinétique de libération du principe actif, en tirant profit de la différence de pH qui réside entre les tissus sains et les tissus cancéreux. Différents liens (reliant le principe actif au copolymère) ayant un comportement pH dépendant ont été étudiés, comme l’hydrazone, l’acétal et le β-thiopropionate. La liaison ester boronique, dynamique en fonction du pH, a aussi été étudiée dans le but de déstructurer la NP et permettre indirectement d’améliorer la libération du principe actif. La synthèse et l’évaluation des divers conjugués ont montré que la structure polymérique amphiphile des conjugués inhibait considérablement le comportement pH dépendant attendu. Dans le second chapitre, plusieurs technologies comme le ciblage, permettant de diriger la NP dans l’organisme, ou l’imagerie permettant de les visualiser, ont été étudiées. L’influence de la structure des conjugués de forme Y et L sur les propriétés de reconnaissance et d’imagerie a été analysée. La structure Y offre quelques avantages quant à la quantité de ligand requise pour obtenir un ciblage actif optimal ainsi qu’une meilleure visualisation, en comparaison des résultats obtenus avec les conjugués L. La méthode de co-nanoformulation a permis de faire varier la quantité de ligand ou de sonde d’imagerie au sein des NPs. Dans le troisième chapitre, la synthèse et l’efficacité de sels de (bi)pyridinium comme catalyseurs pour la ROP de l’ε-caprolactone sont présentées. Un phénomène de coopérativité avec des bipyridiniums, dications donneurs de deux liaisons hydrogènes (IHBD) a été mis en évidence pour l’activation de l’ε-caprolactone, avec des activités en ROP plus importante en comparaison des systèmes impliquant la participation d’une seule liaison H. Les meilleurs systèmes ont pu être évalués plus en détail et ont permis d’accéder à des polymères de masses définies allant jusqu’à 13 000 g/molThis PhD thesis is based on a joint between Sanofi in Vitry-sur-Seine and LHFA. This work consists in the development of new nanovectors based on biodegradable and biocompatible polymerics conjugate that enable to encapsulate, transport and deliver therapeutic agents. Previous works in the laboratory have shown that the release of hydrophobic drugs, such as Cabazitaxel, a taxane derivative, could be controlled by the architecture of the conjugated PEG-PLA. In the first chapter, a study was realized to improve the release kinetics of the drug, taking advantage of the difference of pH between healthy and cancerous tissue. Different linkers (linking the drug to the copolymer) having a pH dependent behavior have been studied, such as hydrazone, acetal and β-thiopropionate. The boronic ester bonding, dynamic function of pH, was also studied in order to destroy the NP and indirectly improve the release of drug. The synthesis and the evaluation of various conjugates have shown that the amphiphilic polymeric structure of the conjugates significantly inhibited the expected pH-dependent behavior. In the second chapter, several technologies such as targeting or imaging were studied. The influence of the Y and L-shape on the recognition and imaging properties was analyzed. The Y-shape offers advantages like the amount of ligand required for optimal active targeting and better visualization, in comparison with the results obtained with the L conjugates. The method of co-nanoformulation allowed to adjust the ligand amount or imaging probe within the NPs. In the third chapter, the synthesis and efficiency of (bi)pyridinium salts as catalysts for the ROP of ε-caprolactone are presented. A collaborative behavior with dication bipyridiniums is bearing two hydrogen bonds (IHBD) was demonstrated for the activation of the ε-caprolactone, with greater ROP activities compared to systems involving the participation of only one H bond. The best systems were evaluated in more details and allowed access to polymers with a molecular weight of up to 13 000 g / mol
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Santelli, Julien. "Nanoparticules multimodales à base de lanthanides pour l'imagerie biomédicale et le suivi de cellules mésenchymateuses." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30042/document.
Full textAbstract:
L'objectif de ces travaux a été de mettre en pratique l'utilisation de nanoparticules multimodales (NPs) à base de lanthanides pour l'imagerie biomédicale en général et le suivi de cellules mésenchymateuses (MSCs) en particulier. Dans cette optique, deux types de NPs ont été utilisées, présentant toutes deux une matrice d'oxysulfure de gadolinium (Gd2O2S) permettant l'imagerie par résonnance magnétique (IRM) et la tomodensitométrie. L'ajout d'éléments dopants apporte des propriétés de fluorescence : l'europium (Gd2O2S :Eu3+), plus adapté à un examen in vitro et le couple ytterbium/thulium (Gd2O2S :Yb3+/Tm3+) à un examen in vivo grâce au phénomène de conversion ascendante de photons (up-conversion). Nous avons, dans un premier temps, démontré la possibilité de visualiser ces NPs au cours du temps au sein d'un organisme vivant par des méthodes complémentaires (IRM et fluorescence). L'étude complète de leur distribution et des voies d'élimination nous a permis de mettre en évidence une métabolisation hépatobiliaire associée à une lente excrétion dans les fèces. Le marquage d'un grand nombre de types cellulaires (lignées et cellules primaires d'espèces différentes) a également mis en avant leur potentiel en tant que traceur cellulaire universel. Nous avons par la suite concentré nos travaux sur le suivi de cellules mésenchymateuses dans un contexte de thérapie cellulaire. La biocompatibilité cellulaire à court, moyen et long terme a été validée par une série d'analyses (MTT, rouge neutre, wound healing, différenciation) et la fiabilité du traceur a été confirmée par l'étude approfondie du marquage cellulaire. Enfin, après mise au point d'un système personnalisé dédié à l'imagerie par up-conversion chez le petit animal, nous avons pu réaliser le suivi de ces cellules marquées, au cours du temps après injection dans un organe solide. Nous avons alors été en mesure de visualiser les MSCs par imagerie multimodale : IRM ; tomodensitométrie et fluorescence par up-conversion. L'ensemble de ces résultats met en avant le potentiel de ces nanoparticules pour l'imagerie à long terme dans des études précliniques et/ou cliniquesThe objective of these works was to put into practice the use of lanthanide-based multimodal nanoparticles (NPs) for biomedical imaging in general and mesenchymal cells (MSCs) tracking in particular. To that purpose, two types of NPs have been used, both presenting a gadolinium oxysulfide (Gd2O2S) matrix allowing magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography. The addition of dopant elements brings fluorescence properties: europium (Gd2O2S :Eu3+) is more appropriate for an in vitro examination whereas the combination ytterbium/thulium (Gd2O2S :Yb3+/Tm3+) is more appropriate for an in vivo examination through the up-conversion process. First, we have demonstrated the possibility of visualizing those NPs over-time in a living organism with complementary methods (MRI and fluorescence). The complete study of their biodistribution and ways of elimination allowed us to highlight a hepatobiliary metabolization associated with a slow feces excretion. The labeling of a wide variety of cell types (lines and primary cells from different species) has also pointed out their potential as a universal cell tracer. Thereafter, we focused our research on mesenchymal cells tracking in a cell therapy context. Short, medium and long term biocompatibility was validated via a series of analyses (MTT, neutral red, wound healing and differentiation) and the reliability of the tracer was confirmed by detailed study of the cell labeling. Finally, after developing a custom-made system dedicated to up-conversion imaging in small animals, we were able to perform over-time tracking of those labeled cells after injection in a solid organ. We achieved multimodal imaging of the MSCs with MRI, computed tomography and up-conversion. Altogether, these results underline the potential of these nanoparticles for long term imaging in preclinical and/or clinical studies
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Martin, Loïc. "Analyse et interprétations expérimentales en polarimétrie de Mueller : applications biomédicales." Brest, 2011. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00664642.
Full textAbstract:
Le cadre de ce travail s’inscrit dans le contexte de l’imagerie polarimétrique de Mueller. En effet, l’acquisition d’images portant l‘information polarimétrique peut s’avérer très intéressante pour caractériser spatialement des milieux micro ordonnés comme les tissus biologiques, en particulier en tant que moyen d’investigation biophysique non invasif d’éventuelles altérations des tissus biologiques. Le premier chapitre revient sur l’utilisation de l’onde optique comme moyen d’investigation biophysique en abordant les enjeux et les difficultés d’une imagerie optique des tissus biologiques, milieux complexes où cohabitent phénomènes d’absorption et de diffusion. En étudiant les propriétés des tissus biologiques, et notamment du collagène, nous justifions le choix de l’imagerie polarimétrique comme agent de contraste dans le cadre de notre étude. Le deuxième chapitre définit le concept de polarisation de la lumière ainsi que les principaux outils mathématiques permettant sa compréhension et son analyse. Le troisième chapitre revient sur les techniques de décomposition de toute matrice de Mueller en éléments simples, outils indispensables afin de récupérer l’information pertinente contenue dans la matrice de Mueller expérimentale. Le quatrième chapitre présente le dispositif expérimental utilisé dans le cadre de cette étude. Il s’agit d’un gonio-poiarimètre imageur à 808 nm utilisant des lames de phase tournantes. Le cinquième chapitre décrit l’influence de la propagation des erreurs statistiques dans les différentes décompositions sur le choix de l’algorithme le plus adapté à la configuration expérimentale. Nous y présentons, à la fois, une procédure de détermination de la décomposition adéquate et un nouvel algorithme « hybride », basé sur les décompositions introduites au chapitre 3, qui limite la propagation des erreurs de mesure et lève toute ambiguïté sur les matrices obtenues. Le sixième chapitre présente les résultats expérimentaux obtenus lors de l’étude du syndrome cutané d’irradiation aiguë. Le septième et dernier chapitre se penche sur l’étude de la fibrose hépatique. Grâce aux images de différents échantillons de foie, du foie sain au foie cirrhosé (fibrose sévère), nous montrons que la mesure des paramètres polarimétriques introduits, couplée aux techniques déjà existantes, peut se révéler utile à l’identification des stades de fibroseAs part of this work is in the context of the Mueller polarimetric imaging. Indeed, the acquisition of images with polarimetric information can be very interesting to characterize spatially ordered micro environments such as biological tissues, particularly as a means of non-invasive biophysical investigation of possible alterations in biological tissues. The thirst chapter returns to the use of the optical wave as a biophysical investigation by addressing issues and challenges of optical imaging of biological tissues, complex environments where live absorption and diffusion. By studying the properties of biological tissues, including collagen, we justify the choice of polarimetric imaging as a contrast agent as part of our study. The second chapter defines the concept of polarization of light and the main mathematical tools for understanding and analysis. The third chapter discusses the techniques of decomposition of any Mueller matrix into simple elements, essential tools to retrieve relevant information contained in the experimental Mueller matrix. The fourth chapter presents the experimental device used in this study. This is a goniometer imager-polarimeter at 808 nm using rotating waveptates. The fifth chapter describes the influence of error propagation in the different Mueller matrix decompositions on the choice of the algorithm best suited to the experimental configuration. We present both a procedure for determining the adequate decomposition algorithm and a new “hybrid” based on the decomposition introduced in Chapter 3, which limits the propagation of measurement errors and to remove ail ambiguity about the matrices obtained. The sixth chapter presents the experimental results obtained in the study of radiation-induced damage to the skin. The seventh and final chapter focuses on the study of liver fibrosis. With images of different samples of liver, from healthy liver to liver cirrhosis (severe fibrosis), we show that the measurement of polarimetric parameters introduced, coupled with existing techniques, may be useful in identifying the stages of fibrosis
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Bodi, Geoffroy. "Débruitage, déconvolution et extraction de caractéristiques de signaux dans le domaine temporel pour imagerie biomédicale optique." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2010. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/1588.
Full textAbstract:
Un scanner permettant l'imagerie moléculaire est d'un grand intérêt pour l'industrie pharmaceutique dans le développement de nouveaux médicaments, notamment pour visualiser leur efficacité m-vivo (par exemple pour le cancer). Le groupe de recherche TomOptUS développe un scanner par tomographie optique diffuse par fluorescence pour imagerie moléculaire sur petit animal. Le but est de localiser en 3D les centres de fluorescence d'un traceur injecté dans l'animal. À cette fin, nous utilisons des mesures de signaux optiques de fluorescence obtenues par comptage de photons corrélé en temps (mesures dans le domaine temporel). On sait que les mesures contiennent de l'information sur les caractéristiques optiques du milieu, mais à ce jour, cette information n'est pas exploitée à son plein potentiel. Extraire cette information est essentiel en reconstruction tomographique. Le système d'instrumentation, comme tout système de mesure, celle-ci influe sur le signal optique à mesurer. Mathématiquement, les mesures optiques dans un milieu peuvent être décrites comme la convolution entre le signal d'intérêt et la fonction de réponse (ou fonction de transfert) du système de mesures optiques (IRF - instrument response function), le tout perturbé par du bruit. Les causes du bruit proviennent du système de détection, des conditions d'utilisation du système et des facteurs extérieurs. Il est indispensable d'éliminer les différents effets perturbateurs pour permettre l'extraction de caractéristiques de ces signaux. Ces caractéristiques dépendent des paramètres optiques du milieu diffusant. On distingue deux propriétés physiques, le coefficient d'absorption µ[indice inférieur a] et le coefficient de diffusion réduit µ'[indice inférieur s]. Un premier objectif du projet est de débruiter les mesures. À cette fin, un algorithme de débruitage par les ondelettes a été développé. Un second objectif est de concevoir un algorithme de déconvolution pour éliminer l'influence de l'IRF. La déconvolution est le raisonnement inverse de la convolution. Une solution est l'utilisation du filtre optimal de Wiener. Une fois cela réalisé, un troisième objectif consistait à implémenter un algorithme de régression non linéaire pour extraire les caractérisitiques optiques du milieu des courbes temporelles afin de caractériser le milieu. Pour cela, un modèle analytique de propagation de la lumière, le modèle développé par Patterson, Chance et Wilson, est comparé à nos mesures traitées. Par minimisation de l'erreur quadratique moyenne, il est ainsi possible de déterminer la valeur des paramètres optiques recherchés. Pour qualifier au mieux la méthode de déconvolution, la convolution itérative (IC- Itérative Convolution) ou reconvolution a également été implémentée. Actuellement, la reconvolution est la méthode la plus couramment utilisée en imagerie optique pour caractériser un milieu. Elle consiste à convoluer le modèle avec l'IRF du système pour obtenir un modèle représentatif des mesures optiques du système d'instrumentation. Enfin, un quatrième objectif consiste à étudier, à l'aide du même modèle, des changements du comportement du signal, lorsqu'on fait varier les paramètres µ[indice inférieur a], µ'[indice inférieur s]. Ceci permettra d'acquérir de nouvelles connaissances sur les vitesses de propagation dans le milieu et sur les temps d'arrivée des premiers photons.
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Seppecher, Laurent. "Modélisation de l'imagerie biomédicale hybride par perturbations mécaniques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01021279.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous introduisons et développons une approche mathématiques originale des techniques d'imagerie biomédicales dites "hybrides". L'idée et d'appliquer une méthode d'imagerie mal posée, tout en perturbant le milieu à imager par des déplacements mécaniques. Ces déplacements provenant d'une équation de type onde élastique perturbent les mesures effectuées. En utilisant ces mesures perturbées, et profitant du caractère local des perturbations mécaniques, il est possible d'augmenter considérablement la résolution de la méthode de base. Le problème direct est donc un couplage d'une EDP décrivant la propagation utilisée pour la méthode de base et d'une seconde décrivant les champs de déplacement mécaniques. Dans toutes cette thèse, on fait l'hypothèse d'un milieu mécaniquement homogène afin d'assurer le contrôle et la géométrie des ondes perturbatrices utilisées. A partir des mesures perturbées, une étape d'interprétation permet de construire une donnée interne au domaine considéré. Cette étape nécessite en général l'inversion d'opérateurs géométriques intégraux de type Radon, afin d'utiliser le caractère localisant des perturbations utilisées. A partir de cette donnée interne, il est possible d'initier une procédure de reconstruction du paramètre physique recherché. Dans le chapitre 1, il est question d'un couplage entre micro-ondes et perturbations sphériques. Dans les chapitres 2, 3 et 4, nous étudions l'imagerie optique diffuse toujours couplée avec des perturbations sphériques. Enfin dans le chapitre cinq, nous donnons une méthode originale de reconstruction de la conductivité électrique par un couplage entre champs magnétique et perturbations acoustiques focalisées.
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Joulaud, Cécile. "Caractérisation par diffusion de second harmonique de nanocristaux pour l'imagerie biomédicale." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00856045.
Full textAbstract:
Les nanocristaux à structure non-centrosymétrique présentent des propriétés optiques non linéaires prometteuses pour une utilisation en tant que marqueurs optiques en imagerie biomédicale, avec un intérêt significatif en termes de suivi sur de longues durées et de profondeur de pénétration dans les tissus biologiques. Le développement de ces marqueurs nécessite la détermination de leurs efficacités optiques non linéaires afin de pouvoir sélectionner les nanocristaux les plus prometteurs. Pour cela, la technique de diffusion Hyper-Rayleigh a été adaptée à la caractérisation de suspensions de nanoparticules (BaTiO3, KNbO3, KTP, LiNbO3 et ZnO, BiFeO3) pour lesquelles l'influence de paramètres comme la taille, la concentration ou l'état d'agrégation a été analysée et discutée. Les nanocristaux de BiFeO3 possèdent une efficacité optique non linéaire largement supérieure aux autres particules, démontrant leur potentiel pour la réalisation de nano-sondes optiques particulièrement performantes. Des mesures résolues en polarisation ont également été mises en œuvre pour déterminer les coefficients optiques non linéaires indépendants des particules étudiées. Dans ce cadre, une étude a permis de mettre en évidence l'influence de la forme des nanocristaux sur cette réponse.
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Zubiolo, Alexis. "Extraction de caractéristiques et apprentissage statistique pour l'imagerie biomédicale cellulaire et tissulaire." Thesis, Nice, 2015. http://www.theses.fr/2015NICE4117/document.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est de s'intéresser à la classification de cellules et de tissus au sein d'images d'origine biomédicales en s'appuyant sur des critères morphologiques. Le but est de permettre aux médecins et aux biologistes de mieux comprendre les lois qui régissent certains phénomènes biologiques. Ce travail se décompose en trois principales parties correspondant aux trois problèmes typiques des divers domaines de l'imagerie biomédicale abordés. L'objet de la première est l'analyse de vidéos d'endomicroscopie du colon dans lesquelles il s'agit de déterminer automatiquement la classe pathologique des polypes qu'on y observe. Cette tâche est réalisée par un apprentissage supervisé multiclasse couplant les séparateurs à vaste marge à des outils de théorie des graphes. La deuxième partie s'intéresse à l'étude de la morphologie de neurones de souris observés par microscopie confocale en fluorescence. Afin de disposer d'une information riche, les neurones sont observés à deux grossissements, l'un permettant de bien caractériser les corps cellulaires, l'autre, plus faible, pour voir les dendrites apicales dans leur intégralité. Sur ces images, des descripteurs morphologiques des neurones sont extraits automatiquement en vue d'une classification. La dernière partie concerne le traitement multi-échelle d'images d'histologie digitale dans le contexte du cancer du rein. Le réseau vasculaire est extrait et mis sous forme de graphe afin de pouvoir établir un lien entre l'architecture vasculaire de la tumeur et sa classe pathologiqueThe purpose of this Ph.D. thesis is to study the classification based on morphological features of cells and tissues taken from biomedical images. The goal is to help medical doctors and biologists better understand some biological phenomena. This work is spread in three main parts corresponding to the three typical problems in biomedical imaging tackled. The first part consists in analyzing endomicroscopic videos of the colon in which the pathological class of the polyps has to be determined. This task is performed using a supervised multiclass machine learning algorithm combining support vector machines and graph theory tools. The second part concerns the study of the morphology of mice neurons taken from fluorescent confocal microscopy. In order to obtain a rich information, the neurons are imaged at two different magnifications, the higher magnification where the soma appears in details, and the lower showing the whole cortex, including the apical dendrites. On these images, morphological features are automatically extracted with the intention of performing a classification. The last part is about the multi-scale processing of digital histology images in the context of kidney cancer. The vascular network is extracted and modeled by a graph to establish a link between the architecture of the tumor and its pathological class
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Rousseau, David. "De la résonance stochastique à la physique de l'information." Habilitation à diriger des recherches, Université d'Angers, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00841261.
Full textAbstract:
Ce document d'HDR a pour but de démontrer ma capacité à diriger des recherches et à encadrer de jeunes chercheurs. On y trouve une synthèse de mes travaux situés à l'interface de la physique et des sciences de l'information : - les effts de résonance stochastique où le bruit joue un rôle utile dans le traitement non linéaire de l'information. Un point de vue original est en particulier développé en direction d'effets de bruit utile utilisant les nonlinéarités naturelles des capteurs de signaux ou d'images donnant lieu à des réalisations expérimentales sur des systèmes optiques; - l'analyse de signaux et d'images à travers les échelles par des outils d'analyse fractale et multifractale; - le projet de recherche que je développe actuellement en direction du traitement du signal et de l'imagerie appliqués aux sciences du vivant (biomédicale et végétale). Ce faisant, le document présente la démarche suivie à travers ces thématiques de recherche tour à tour guidées par le développement de paradigmes informationnels, le déploiement d'outils transversaux issus de la théorie de l'information, le lien avec mes activités d'enseignement également situées à l'interface de la physique et des sciences de l'information ou encore les richesses, contraintes et opportunités liées à mon environnement actuel de recherche.
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Buscemi, Isabella Chiara. "Conception et réalisation d’un nouveau système d’imagerie biomédicale fondé sur l’exploitation de la lumière polarisée." Thesis, Paris Est, 2014. http://www.theses.fr/2014PEST1119.
Full textAbstract:
Au cours des dernières vingt années, le domaine de l'imagerie biomédicale a été largement développé. Dans ce cadre, cette thèse vise à la conception et à la réalisation d'un nouveau dispositif exploitant la longueur d'onde et l'état polarimétrique d'un faisceau lumineux. L'objectif final de cette méthode optique est l'application au diagnostic biomédical précoce, et plus particulièrement dans le domaine de la dermatologie. Il est important de rappeler que le milieu analysé ne subit ni biopsie ni injection d'agent de contraste. Ainsi, cette technique est non invasive et s'effectue sans contact. Par ailleurs, comme souvent en ce qui concerne l'optique visible, ce système est à faible coût et la calibration demeure relativement accessible; ce qui en fait un dispositif très bien adapté à l'utilisation en routine médicale a l'instar des sondes optiques qui équipent les saturomètres actuels. Dans une première partie de ce manuscrit, les méthodes mathématiques dites de "Stokes" et de "Mueller" sont présentées. Ceci nous permet d'introduire aisément la description de notre système polarimétrique ainsi que le calcul du degré de polarisation (DOP). Nous réservons tout un chapitre du manuscrit à la calibration du dispositif, à l'évaluation de ses possibilités ainsi qu'à ses limites théoriques et expérimentales. Ce protocole permet donc la mesure du degré de polarisation linéaire, circulaire et elliptique de tout système en rétrodiffusion. Ajoutons que cette mesure s'effectue en multispectrale suivant trois canaux bien définies (rouge, vert et bleu) et le tout en quasi temps-réel, c'est-à-dire a un rythme d'environ 12 images par seconde en pleine résolution. Le DOP, défini comme la différence normalisée des composante orthogonales du champ électrique, est étudiée et corrélé aux propriétés optique de diffusion des systèmes étudiés. Dans un premier temps, en nous appuyant sur une simulation de type Monte Carlo, le dispositif est validé sur de classiques solutions de billes de latex. Nous présenterons ensuite nos premiers résultats sur des images de peau effectuées in-vivo et ceci, sur un échantillon d'une trentaine d'individus. Nous dégageons ainsi les applications potentielles ainsi que les limites de ce dispositif concernant par exemple les signatures de différents phénomènes tels que brulures, cicatrices et naevus. Enfin, une conclusion et les perspectives de ce travail sont énoncées(…) The domain of the biomedical imaging was widely developed. In this context, this thesis aims at the conception and at the realization of a new plan exploiting the wavelength and the state polarimétrique of a beam of light. The final goal of this optical method is the application in the early biomedical diagnosis, and more particularly in the field of the dermatology. It is important to call back that the analyzed environment does not undergo either biopsy or agent's injection of contrast. So, this technique is not invasive and is made without contact. Besides, as often as regards the visible optics, this system is low-cost and the calibration remains relatively accessible; What makes a device very well adapted to the use in medical routine has the instar of the optical probes which equip the current saturomètres. In a first part of this manuscript, the mathematical methods said about "Stokes" and about "Mueller" are presented. This allows us to introduce easily the description of our system polarimétrique as well as the calculation of the degree of polarization (DOP). We reserve a whole chapter of the manuscript for the calibration of the plan, for the evaluation of its possibilities as well as for his theoretical and experimental limits. This protocol thus allows the measure of the degree of linear, circular and elliptic polarization of any system rétrodiffusion. Let us add that this measure is made in multispectral according to three channels defined well (red, green and blue) and quite there almost time - reality, that is has a rhythm about 12 images per second in full resolution. The DOP, defined as the difference normalized of component orthogonal of the electric field, is studied and correlated in the properties optics of distribution of the studied systems
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Hage, Charles-Henri. "Sources optiques fibrées pour applications biomédicales." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00907642.
Full textAbstract:
Ce mémoire présente les travaux effectués sur le développement d'une source optique servant à des applications d'imagerie biomédicale en général et de diffusion Raman cohérente en particulier. En effet la diffusion de ces dernières est freinée par le verrou technologique que constitue la nécessité de deux impulsions synchronisées et décalées en longueur d'onde. La praticité et les possibilités de conversions de fréquences offertes par l'optique non-linéaire fibrée sont ainsi utilisées pour adresser ce verrou technologique. Tout d'abord, une source simplement réglable en longueur d'onde est générée par l'effet d'auto-décalage en fréquence optique d'un soliton par effet Raman. Une étude des principaux paramètres de fibre aboutit à des décalages de 320 à plus de 500 nm, permettant une imagerie des résonances d'intérêt (≈ 1000-4000 cm-1). Deux applications de ce décalage sont présentées. Ensuite, l'autre impulsion voit sa largeur spectrale réduite de 70 à 10 cm-1 par compression spectrale, qui consiste en un "regroupement non-linéaire de fréquences sans pertes", afin de bénéficier de la résolution spectrale nécessaire. Enfin, la source développée est validée par l'acquisition de spectres CARS de différents échantillons de référence, pour différentes résonances (850 à 1750 cm-1). Une extension de la source à d'autres types d'imagerie est proposée, ainsi qu'une architecture de source quasiment entièrement fibrée exploitant les principes développés au cours de cette thèse
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Laprise-Pelletier, Myriam. "Les nanoparticules de silice mésoporeuses comme sondes pour l'imagerie biomédicale - purification, études in vitro et in vivo." Master's thesis, Université Laval, 2015. http://hdl.handle.net/20.500.11794/26361.
Full textAbstract:
Les nanoparticules de silice mésoporeuses (MSNs) sont utilisées de plus en plus pour des applications d’imagerie médicale et d’élution de médicament. Bien qu’elles ne soient pas encore approuvées pour la clinique, ces produits font actuellement l’objet de plusieurs études précliniques. En particulier, notre groupe de recherche a démontré que les nanoparticules de silice poreuses marquées d’éléments paramagnétiques sont des agents de contraste efficaces en imagerie par résonance magnétique (IRM). La porosité ouverte de ces produits offre des pistes intéressantes pour des applications de livraison de médicament sous imagerie médicale. Ce projet de maîtrise porte plus particulièrement sur la préparation des particules de silice mésoporeuses marquées d’éléments paramagnétiques, en vue d’applications en imagerie cellulaire, et en imagerie vasculaire. Dans un premier temps, la possibilité de marquer des particules de silice au moyen d’un élément paramagnétique (Mn) a été démontrée. Ces produits ont fait l’objet d’une étude de caractérisation physico-chimique, et d’une étude de marquage cellulaire. Il a été démontré que les nanoparticules Mn-MSNs internalisées dans des cellules leucémiques de souris sont visibles en IRM. Or, avant traitement des cellules, tout comme pour la préparation d’une suspension de MSNs pour une injection intravasculaire, il est nécessaire de purifier les nanoparticules de la présence d’ions métalliques potentiellement toxiques (Gd3+, Mn2+, utilisés pour le marquage des nanoparticules et la visibilité en IRM). Afin de faciliter la purification des nanoparticules par une technique rapide, une méthode de chromatographie par exclusion stérique a été développée, optimisée et appliquée à une procédure de marquage de MSNs au moyen d’ions paramagnétiques (Gd3+) et radioactifs (64Cu2+). Le développement de cette technique a été essentiel pour purifier les MSNs, qui ont ensuite été injectées dans des souris, et visualisées en IRM et en tomographie par émission de positons (TEP). Ces études ont permis de mesurer la biodistribution des particules de MSNs sur 48 h. Ce projet a également permis de démontrer que les biodistribution dynamiques sous TEP permettront de mieux comprendre la biodistribution, la rétention aux organes, et l’excrétion des nanoparticules de MSNs développées comme potentiel agent de vectorisation de médicaments.Mesoporous silica nanoparticles (MSNs) are increasingly used in medical imaging and drug delivery applications. They are still not approved for the clinic; however, these products have been used in several preclinical studies, and are being evaluated for clinical trials. Our group demonstrated that MSNs labeled with paramagnetic elements are efficient as contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI). The open porosity of these products leads to interesting applications for drug delivery under medical imaging. This master’s degree project has focused on the preparation of MSNs labeled with paramagnetic elements, for applications in cellular imaging, and vascular imaging. First, MSNs labeled with paramagnetic element (Mn) were used to label and to visualize cells in MRI. These products were subjected to a physico-chemical characterization study, and a cellular labelling study. It was demonstrated that Mn-MSNs nanoparticles internalized in leukaemia mouse cells are visible using MRI. However, before cells treatment, just like for the preparation of MSNs suspension for intravascular injection, it is necessary to purify nanoparticles from the potentially toxic paramagnetic metal ions (Gd3+, Mn2+). To facilitate and accelerate the purification time, a size exclusion chromatography method was developed, optimized and applied to MSNs labelled with paramagnetic (Gd3+) and radioactive (64Cu2+) ions. The development of this technique was essential to purify MSNs from both Gd3+ and 64Cu2+, which were then injected in mice, and visualized with MRI and positron emission tomography (PET). These studies have made it possible to measure the biodistribution of MSN over 48 h in the mouse model. PET dynamic biodistributions studies allow a better understanding of biodistribution, organ retention, and excretion of MSNs nanoparticles developed as potential drug vectors.
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Savinaud, Mickaël. "Recalage de flux de données cinématiques pour l'application à l'imagerie optique." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00545424.
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Parmi les approches d'imagerie préclinique, les techniques optiques sur petit animal fournissent une information fonctionnelle sur un phénomène biologique ainsi que sur sa localisation. De récents développements permettent d'exploiter ces méthodes dans le cadre de l'imagerie sur animal vigile. Les conditions physiologiques se rapprochent alors de celles du fonctionnement normal de l'organisme. Les travaux de cette thèse ont porté sur l'utilisation optimale de cette modalité via des méthodes originales d'analyse et de traitement.Les problèmes soulevés par la fusion des flux cinématiques et de données de bioluminescence nous ont amené à proposer des approches complémentaires d'estimationde mouvement de l'animal. La représentation sous forme implicite des informations issuesde la vidéo de l'animal permettent de construire un critère robuste à minimiser. L'ajout d'uncritère global mesurant la compacité du signal optique permet de considérer dans sa totalité les données multicanaux acquises pour augmenter la précision du recalage. Finalement ces deux modélisations offrent des résultats pertinents et validés expérimentalement.Dans le but de s'affranchir des contraintes de l'observation planaire de nos données nous avons conçu une méthode d'estimation du mouvement 3D de l'animal à partir d'un modèle pré-calculé. Grâce à un système d'acquisition multi-vues et simultanée de la scène, il est possible d'ajouter une contrainte sur l'estimation de la position de la source pour rendre robuste le suivi des poses issues de la vidéo. Les résultats expérimentaux montrent le potentiel de cette méthode pour fournir des mesures 3D précises sur l'animal vigile.
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Moula, Karimdjy Maria. "Nouveaux marqueurs à base de lanthanides pour l'imagerie moléculaire et l'analyse biomédicale." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAV046/document.
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L'IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) est une technique de choix pour l'imagerie moléculaire, soit la visualisation d'événements biologiques à l'échelle moléculaire. En effet, elle est non invasive et possède une haute résolution. Cependant, elle manque de sensibilité. L'utilisation d'agents de contraste commerciaux, qui sont pour la plupart des chélates de Gd(III), peut pallier à ce problème lors d'examens cliniques mais ils ne sont pas assez efficaces en vue de l'imagerie moléculaire. Leur efficacité, définie par leur relaxivité, peut être améliorée en optimisant les paramètres qui la gouvernent, comme le nombre de molécules d'eau coordinées, la vitesse d'échange de l'eau ou la dynamique de rotation du complexe. Deux stratégies sont envisagées pour améliorer la sensibilité : la première est de rassembler un grand nombre de complexes de Gd(III) possédant une haute relaxivité dans une seule entité ; la seconde est la conception de sondes bimodales IRM/imagerie optique, permettant de tirer profit à la fois de la haute résolution de l'IRM et de la très bonne sensibilité de l'imagerie optique.Ce travail de thèse a consisté à incorporer des agents de contraste à base de Gd(III) possédant des propriétés de relaxivité améliorées dans des systèmes macromoléculaires ou des nanobjets. Pour cela, des complexes ayant des paramètres de relaxivité optimisés connus au laboratoire ont été fonctionnalisés pour être greffés sur des quantum dots, pour le caractère bimodal et sur des oligonucléotides afin de réaliser des sondes ADN. L'utilisation de billes de silice a permis d'incorporer des complexes de Gd(III) de manière non covalente et d'obtenir à la fois une relaxivité par Gd(III) et par particule très élevée. L'incorporation simultanée de complexes d'Yb(III) permet également d'obtenir une sonde bimodale avec une émission dans le proche infrarouge. Tous ces systèmes ouvrent la possibilité au développement de sondes IRM avec des propriétés optimisées, prometteuses pour l'imagerie moléculaireMagnetic Resonance Imaging (MRI) is a widely used diagnostic method in medicinal practice. It is the ideal technique for molecular imaging, which allows biological events to be observed at the molecular scale thanks to its high resolution. However it has a very low sensitivity. Commercial contrast agents can palliate this lack of sensitivity, but their efficiency, defined as relaxivity, is too low for molecular imaging. The relaxivity of Gd(III) chelates depends on parameters such as the hydration number, the exchange rate and the rotational dynamics of the complex, which can be optimized to improve the relaxivity. Two strategies can be considered to improve the sensitivity: the first one is to gather a high number of complexes demonstrating an optimized relaxivity on a nanoobject ; the second one is the design of a bimodal probe MRI/Optical imaging to combine the high resolution of MRI and the high sensitivity of optical imaging.In this work we present the incorporation of gadolinium chelates into macromolecular systems and two different types of nanoobjects. Gd(III) chelates with improved relaxometric properties have been functionalized and grafted onto quantum dots for the design of a bimodal probe and into oligonucleotides for the conception of a DNA probe. The non-covalent incorporation of Gd(III) in silica spheres allows both a high relaxivity per Gd(III) and per particle. The simultaneous incorporation of Yb(III) complexes emitting in the near infrared permits the design of a bimodal probe. All of these systems lead to the development of a new class of promising probes for molecular imaging
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Lahrech, Hana. "Echos stimulés en imagerie et en spectroscopie par résonance magnétique nucléaire : séquences d'échos stimulés modifiées : applications biomédicales." Lyon 1, 1990. http://www.theses.fr/1990LYO10019.
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La sequence d'echos stimules est une des sequences les plus importantes de la resonance magnetique nucleaire par ses applications en spectroscopie comme en imagerie. Habituellement on ne tire pas parti de l'intervalle de temps qui existe entre la seconde et la troisieme impulsion de la sequence (90t#190t#290t#3acq) et ce travail montre tout l'interet de cette seconde periode d'evolution des aimantations. Tout d'abord on peut effectuer la cartographie d'un champ magnetique ou realiser des experiences d'imagerie de deplacement chimique grace qux echos stimules. Une modification importante de la sequence consiste a appliquer une impulsion de 180 au milieu de l'intervalle t#2 et deux importantes applications, sont alors developpees, l'une en imagerie l'autre en spectroscopie. Il est en effet possible grace a la sequence d'echos stimules modifies (90t#190t#2/2-180t#2-90-t#1-acq) de reduire considerablement les signaux en provenance de milieux statiques tout en renforcant ceux des liquides en mouvement en imagerie de debit. En spectroscopie, une methode d'edition de spectres de systemes de spins couples a ete realisee sur la base de la meme sequence et utilisee pour l'observation de l'ion lactate "in vivo
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Viallon, Magalie. "Imagerie par résonance magnétique nucléaire de l'hélium3 hyperpolarisé : application à l'étude fonctionnelle du poumon et perspectives biomédicales." Lyon 1, 1999. http://www.theses.fr/1999LYO10135.
Full textAbstract:
Ce travail de these concerne le developpement methodologique de techniques d'imagerie par resonance magnetique nucleaire de l'helium3 hyperpolarise. Dans le premier chapitre, nous rappelons les bases physiques de l'imagerie par rmn et exposons les specificites de l'imagerie par resonance magnetique des gaz rares relativement a la diffusion, la relaxation et la gestion de la polarisation. Nous menons ensuite une analyse comparative des potentialites de differentes sequences d'imagerie rapide permettant de realiser l'irm de ces gaz rares, etudiant le rapport signal sur bruit de l'image obtenue pour chaque sequence. Nous examinons successivement le cas des techniques codant l'espace de fourier de facon cartesienne puis les techniques d'imagerie radiale et spirale, codant le signal de precession libre. Ces gaz etant utilises sous une forme hyperpolarisee, nous rappelons au chapitre 2, les diverses techniques de polarisation existantes, en mettant en evidence leurs differences tant au niveau des rendements que de l'ingenierie mise en uvre. Le troisieme chapitre porte sur les techniques d'imagerie. Nous en rappelons le principe d'acquisition et les techniques de reconstruction particulieres requises pour la reconstruction des images. Le developpement et la mise en uvre de ces sequences sont presentees pour deux applications de ces methodes en irm du poumon et sur le petit animal. Nous montrons qu'il est desormais possible d'etudier par irm, les deux aspects de la fonction pulmonaire que sont la ventilation et la perfusion pulmonaire, deux examens necessaires au depistage de nombreuses pathologies. Dans un deuxieme temps, nous realisons l'etude dynamique du cycle ventilatoire (et donc de la fonction ventilation). Les variations dynamiques du signal au cours de la respiration peuvent etre correlees a celle de la pression pulmonaire et leur interpretation represente un premier pas vers une quantification de la ventilation. Le quatrieme chapitre, presente le developpement de sequences ultra-rapides codant le signal de precession libre dans l'espace de fourier sous forme de trajectoires spirales. Nous expliquons son principe d'acquisition, et sa mise en uvre experimentale. Le developpement de ces sequences est illustre par des applications a l'imagerie en temps reel des gaz hyperpolarise au cours du cycle ventilatoire. Le dernier chapitre decrit les perspectives biomedicales de l'irm de l'helium3 pour le depistage des pathologies chez l'homme. Dans ce meme chapitre, nous etudions une autre application potentielle du gaz rare helium3 en irm : son encapsulation pour une utilisation comme traceur sanguin en imagerie de perfusion.
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Gateau, Jérôme. "Imagerie ultrasonore ultrarapide d'évènements de cavitation : application en thérapie par ultrasons et imagerie de détection." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00863591.
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L'initiation de la cavitation dans un milieu aqueux se traduit par l'apparition d'une ou plusieurs inclusions gazeuses micrométriques. Elle peut être obtenue acoustiquement par activation de nucléi, et est alors nommée nucléation acoustique de bulles. Nous nous intéressons à la nucléation induite par excitation brève (quelques cycles) et de forte amplitude (ordre du MPa). Les bulles, créés par la dépression acoustique, sont transitoires (dissolution). Les propriétés des tissus biologiques en terme de nucléation de bulles sont peu connues. Elles sont accessibles acoustiquement, car la formation d'une bulle engendre l'apparition d'un nouveau diffuseur, détectable activement (échographie). De plus, chaque évènement de cavitation conduit à une émission acoustique, enregistrable en écoute passive. Ce travail de thèse utilise l'imagerie ultrasonore ultrarapide (acquisition simultanée à forte cadence sur un réseau de transducteurs) afin de détecter et étudier les évènements de cavitation. D'une part, la nucléation de bulles isolées et leur détection passive à travers le crâne permettent, via le retournement temporel, d'optimiser la focalisation adaptative pour une thérapie ultrasonore non invasive du cerveau. D'autre part, la formation de bulles dans les tissus biologiques diffusants (muscle) et leur dissolution sont détectées avec une grande sensibilité en combinant détection passive et active. Des expérimentations in vivo sur encéphale de mouton, et in vitro sur sang animal montrent de plus le caractère aléatoire de la nucléation dans les tissus biologiques, et le recourt à des pressions négatives fortes (< -12MPa) pour observer son occurrence in vivo.
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Laude-Boulesteix, Blandine. "Développements instrumentaux en imagerie tomographique et polarimétrique." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2004. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00000841.
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Nous présentons d'abord un système de tomographie optique fonctionnant en lumière blanche, avec un interféromètre de Linnik. La résolution tomographique obtenue est de l'ordre de 1,2 m dans l'air. Les capacités de l'instrument sont illustrées par des images tomographiques d'intérêt biomédical. D'autre part, nous présentons un polarimètre de Mueller à cristaux liquides nématiques optimisé pour la propagation des erreurs de mesures brutes aux images finales. Les mesures sont rapides (de l'ordre de la seconde) et précises (erreurs de l'ordre de 1%). Les images polarimétriques de coupes histologiques montrent l'intérêt de ce dispositif pour l'étude microscopique d'échantillons contenant des macromolécules fibreuses (collagène). Enfin, des images en degré de polarisation (DOP) de cols de l'utérus humains ex vivo viennent confirmer les possibilités de l'imagerie polarimétrique pour la détection de dysplasies (DOP plus élevé que dans les zones saines).
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Cavaro-Ménard, Christine. "Compression d'images basée sur un modèle contour-texture : adaptation d'un système de codage aux images biomédicales." Tours, 1991. http://www.theses.fr/1991TOUR3308.
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Jouannot, Erwan. "Développements et applications de l'imagerie ultrasonore haute fréquence et fonctionnelle chez la souris." Paris 6, 2005. http://www.theses.fr/2005PA066598.
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Nakib, Amir. "Conception de métaheuristiques d'optimisation pour la segmentation d'images : application à des images biomédicales." Paris 12, 2007. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00308789.
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L'apparition des "métaheuristiques" remonte aux années quatre-vingts. Ces algorithmes stochastiques d'optimisation globales peuvent être appliqués à tout problème, du moment qu'il est formulé sous la forme de l'optimisation de critère(s). Ils se prêtent aussi à toutes sortes d'extensions, notamment en optimisation multiobjectif. Afin de concevoir un système de segmentation qui permet d'avoir une meilleure qualité de la segmentation sur une grande variété d'images, nous formulons la segmentation comme un problème d'optimisation, mono-objectif dans un premier temps, puis multiobjectif. Dans l'approche mono-objectif, nous adaptons plusieurs métaheuristiques au problème de la segmentation. Une application sur des images par résonance magnétique (IRM) cérébrales est ensuite réalisée. Cette adaptation des différentes métaheuristiques pour la segmentation nous permet de les comparer sur les plans suivants : la complexité, la vitesse de convergence, l'adaptabilité, et la reproductibilité des solutions. Nous proposons ensuite une approche multiobjectif pour résoudre le problème de la segmentation des images. Dans ce contexte, nous développons trois schémas de systèmes de segmentation adaptatifs : le premier est basé sur l'agrégation de critères, le second sur l'approche non-Pareto, et le troisième sur l'approche Pareto. Enfin, dans le cas particulier de la segmentation des espaces de ventricules cérébraux, nous appliquons différentes approches sur des IRM saines et d'autres pathologiquesThe metaheuristics appeared in the eighties. These global optimization algorithms are stochastic and can be applied to any problem, at the condition it is formulated as a mono-objective or multiobjective optimization problem. They also can be extended, particularly to multiobjective optimization. In order to design a segmentation system that allows to have good segmentation results on different kinds of images, we formulate the segmentation as : a mono-objective then a multiobjective optimization problem. In the mono-objective approach, we adapt several metaheuristics to the segmentation problem. Then, an application to the brain magnetic resonance images (MRI) is performed. This adaptation allows to compare the different metaheuristics in terms of complexity, convergence speed, adaptability and solution reproducibility. Afterwards, we propose a multiobjective optimization approach to solve the image segmentation problem. In this context, we develop three adaptive methods : the first is based on agregation of criteria, the second is based on a non-Pareto approach and the third is based on a Pareto approach. Finally, we consider the case of brain ventricle space segmentation and we apply the different approaches to sane and pathologic MRI
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Ayoub, Mohamed. "Etude des niveaux profonds dans les CdTe et CdZnTe par des méthodes électriques pour des applications biomédicales : imagerie X et γ." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2002. http://www.theses.fr/2002STR13080.
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Les systèmes d'imagerie nucléaire médicale basés sur la détection des rayonnements ionisants et utilisant des semiconducteurs exigent de bonnes performances en termes de sensibilité, d'efficacité, de taille mais surtout en termes d'uniformité électrique et physique de ces matériaux. Cette thèse a pour but d'étudier et de comprendre les origines et les effets de défauts présents dans les matériaux CdTe et CdZnTe ainsi que les effets de traitements thermiques sur l'uniformité électrique et physique de ces matériaux. Le chapitre I traite des méthodes de tirage, des propriétés électriques, ainsi que de l'importance des cristaux CdTe et CdZnTe dans le domaine biomédical. Pour identifier les défauts profonds présents, un développement complet des méthodes spectroscopiques (PICTS, SCLC, etc. ) a été réalisé. Ceci est détaillé dans le chapitre II. Le chapitre III comporte l'étude de l'uniformité électrique en terme de résistivité de ces matériaux suite au développement de la méthode de mesure de résistivité sans contact : la TDCM. L'étude des précipités par microscopie IR a permis de corréler la résistivité avec la densité de précipités et leur fraction volumique. La caractérisation des défauts, qui a fait l'objet du chapitre IV montre l'influence des défauts profonds sur la performance électrique des matériaux. Quelques tentatives d'assignations de certains de ces défauts ont été faites en comparaison avec celles de la littérature. Le chapitre V est consacré aux traitements thermiques, étape cruciale pour uniformiser électriquement et physiquement nos matériaux. Une étude a été menée pour connaître l'influence des différents traitements thermiques sur les défauts macro et microscopiques et donc sur l'homogénéité des propriétés physiques et électriques des matériaux. Le chapitre VI conclut ce travail en traitant de l'efficacité de nos recuits optimisés sur des matrices pixelisées. Des tests in vivo de ces matrices dans des applications biomédicales ont été effectuéesNuclear medical imagery systems based on the detection of ionising rays use semiconductors which require high performances in terms of sensitivity, efficiency, dimension and in particular electrical and physical uniformity. The aim of this thesis is to study and understand the origins and effects of the deep levels in CdTe and CdZnTe crystals, as well as the effects of thermal treatment on the electrical and physical uniformity of these materials. Chapter I presents the crystal growth techniques and the electrical properties, as well as the importance of the CdTe and CdZnTe crystals in the biomedical domain. To identify the deep levels present in the material, a numerous spectroscopic methods (PICTS, SCLC, etc. ) were used as described in the chapter II. Chapter III contains the study of the electrical uniformity of these materials in term of resistivity following the development of a contactless measurement technique for resistivity : TDCM. The study of the precipitates by IR microscopy allows the correlation between the resistivity and precipitate density and their volumetric fraction. The defect characterisation which was the object of chapter IV shows the influence of the deep levels on the electrical performance of the materials. Assignment attempts of some of the defects were carried out in comparison with those of the literature. Chapter V is devoted to the thermal treatments, a crucial stage for homogenising the electrical and physical properties of our materials. A study was performed to know the influence of the various thermal treatments on the macro and microscopic defects and consequently on the homogeneity of the electrical and physical properties of the materials. As a conclusion, an optimised annealing efficiency on the pixel detector matrices is presented in Chapter VI. In vivo tests of these matrices in biomedical applications have been carried out
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Panagiotopoulou, Maria. "Organic-inorganic composite materials for specific recognition and optical detection of environmental, food and biomedical analytes." Thesis, Compiègne, 2016. http://www.theses.fr/2016COMP2315/document.
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Cette thèse décrit l'état de l'art des sondes et nanoparticules fluorescents traditionnels utilisés en imagerie de fluorescence ainsi que le développement de nouveaux nanomatériaux à base de polymère à empreinte moléculaire, aussi dénommé ‘anticorps plastique’, pour le ciblage et la bioimagerie. En biologie et en médecine, il y a un besoin constant de diagnostiquer diverses maladies pour leur éventuel traitement et prévention. Une distribution anormale et un taux élévé de glycosylation (e.g. acides hyaluronique et sialique) à la surface ou dans les cellules sont indicateurs d’une infection ou d’un cancer. Généralement, l’imagerie par fluorescence permet de visualiser, localiser et quantifier les biomarqueurs de pathologie mais à l’heure actuelle, il n’existe pas d’outil analytique fiable pour cibler spécifiquement les molécules de glycosylation car les anticorps et les lectines vendus dans le commerce ont une faible affinité et sélectivité vis-à-vis de ces cibles. Dans ce contexte, les polymères à empreintes moléculaires (MIPs) pourraient apporter une solution. Les MIPs sont des récepteurs synthétiques possédant des affinités et sélectivités comparables à ceux des anticorps, mais exhibant une stabilité physique, thermique et chimique bien plus accrue. De plus, leur fabrication est peu coûteuse et ne nécessite pas de tuer des animaux comme pour l’obtention des anticorps biologiques. Dans cette thèse, nous avons optimisé et synthétisé des MIPs biocompatibles pour leur utilisation en bioimagerie afin de détecter et quantifier l’acide hyaluronique et l’acide sialique sur les cellules et les tissus de peau humaine. L’acide glucuronique, une composante de l’acide hyaluronique et l’acide N-acétylneuraminique, l’acide sialique le plus commun, ont été utilisés comme molécules ‘patron’, générant des MIPs très sélectifs envers leur cible en milieu aqueux. Deux types de nanoparticules de MIPs fluorescents ont été synthétisés: (1) en incorporant un colorant rhodamine polymérisable dans la solution de pré-polymérisation et (2) en encapsulant des boîtes quantiques InP/ZnS générant ainsi des MIPs de type cœur-coquille. Pour cela, nous avons adopté une stratégie innovante qui consiste à synthétiser les coquilles de MIPs directement autour des boîtes quantiques en utilisant l’énergie de l’onde fluorescente émise par l’excitation des points quantiques, pour initier la polymérisation. Un protocole d'immunocoloration standard a ensuite été optimisé afin d’imager des kératinocytes humains fixés et vivants ainsi que des tissus de peau, par microscopie à épifluorescence et confocale. Les résultats étaient similaires à ceux obtenus par la méthode de référence utilisant une protéine biotinylée reconnaissant l'acide hyaluronique. L'imagerie multiplex en combinant deux MIPs couplés à deux couleurs de boîtes quantiques et l’imagerie des cellules cancéreuses ont également été démontrées. Bien que les MIPs n’étaient pas cytotoxiques aux concentrations utilisées pour la bioimagerie, la toxicité des différentes composantes du MIP pourrait être un frein à leur utilisation dans le domaine biomédical. Afin de rendre ces MIPs plus ‘inoffensifs’, nous avons supprimé l’amorceur de polymérisation, une molécule considérée comme toxique. Les MIPs ont été synthétisés en employant des monomères qui s’auto-initient sous l’effet de l’UV ou de la chaleur. La spécificité et la sélectivité des MIPs obtenus étaient similaires à ceux préparés avec des amorceurs. En conclusion, cette thèse décrit la première utilisation des MIPs comme anticorps synthétique pour la bioimagerie de fluorescence. Ce travail ouvre la voie à de nouvelles applications en détection, diagnostique et thérapie par des MIPsThis thesis describes the state of the art in nanomaterials-based targeted bioimaging and introduces molecularly imprinted polymers, also termed ‘plastic antibodies’ as novel biorecognition agents for labeling and imaging of cells and tissues. In fundamental biology and medical diagnostics, there is a constant need to localize and quantify specific molecular targets. Abnormal glycosylation levels or distributions of hyaluronan or sialic acids on cells are indicators of infection or malignancy. In general, bioimaging with fluorescent probes enables the localization and qualitative or quantitative determination of these pathological biomarkers. However, no reliable tools for the recognition of glycosylation sites on proteins exist, because the commercially available antibodies or lectins have poor affinity and selectivity for these targets. In this context, tailor-made molecularly imprinted polymers (MIPs) are promising synthetic receptor materials since they present a series of advantages over their natural counterparts such as the ease and low cost of preparation and their physical and chemical stability. Thus, MIPs could provide a robust and specific imaging tool for revealing the location/distribution, time of appearance and structure of glycosylation sites on/in cells, which would lead to a better insight of the tremendously diverse biological processes in which these molecules are involved. Herein, we describe the synthesis of water-compatible MIPs for the molecular imaging of hyaluronan and sialylation sites on cells and tissues. Since molecular imprinting of entire biomacromolecules like oligosaccharides is challenging, we opted for what is commonly called the ‘epitope approach’, which was inspired by nature. The monosaccharides, glucuronic acid and N-acetylneuraminic acid were imprinted, and the resulting MIPs were able to bind these molecules when present and accessible on the terminal unit of hyaluronan and sialylation sites. Fluorescent MIPs were synthesized as rhodamine-labeled nanoparticles and as MIP-coated InP/ZnS core-shell quantum dot (QD) particles. For the coating of the QDs, a novel versatile solubilization and functionalization strategy was proposed, which consists of creating polymer shells directly on QDs by photopolymerization using the particles as individual internal light sources. A standard immunostaining protocol was then successfully adapted for the application of the fluorescently labeled MIPs to image fixed and living human keratinocytes and skin tissues, by epifluorescence and confocal fluorescence microscopy. The results were comparable to those obtained with a reference method where staining was done with a biotinylated hyaluronic acid binding protein. Multiplexed and cancer cell imaging were also performed, demonstrating the potential of molecularly imprinted polymers as a versatile biolabeling and bioimaging tool. Although the MIPs were not cytotoxic at the concentrations used for bioimaging, in order to render them generally applicable in biomedicine, where toxicity of the polymerization precursors is a matter of concern, we suppressed the initiator, a toxic chemical. Initiator-free MIPs were thus synthesized by using monomers that can self-initiate under UV irradiation or heat. The specificity and selectivity of the obtained MIPs were as good as the ones prepared with initiators. In conclusion, we have demonstrated for the first time the great potential of MIPs as synthetic antibody mimics for bioimaging. The possibility to associate other functionalities such as QDs and additionally attach drugs to the same material appears rather straightforward due to the synthetic polymeric nature of MIPs, which paves the way to new potential applications in theranostics
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Richard, Sophie. "Elaboration de nanoplateformes bimodales pour l’imagerie moléculaire des cancers." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCD099.
Full textAbstract:
Le diagnostic précoce des cancers et le développement de la médecine personnalisée constituent des défis majeurs à l’heure actuelle. Ces enjeux exigent le développement de nouveaux outils capables de cibler des biomarqueurs pertinents afin de permettre un diagnostic à l’aide des techniques d’imagerie. L’objectif de ces travaux est d’élaborer de nouveaux agents de contraste innovants pour l’imagerie moléculaire des cancers. Pour ce faire, des nanoplateformes d’oxyde de fer fonctionnalisées avec de l’acide caféique et couplées à un anticorps marqué par un fluorophore ont été élaborées. Ces nanoplateformes ont été caractérisées grâce à différentes techniques et évaluées in vitro et in vivo. Une optimisation a été effectuée en utilisant des chaines PEG et un nouvel anticorps. L’ensemble de ces travaux a permis d’obtenir de agents de contrastes IRM de type T₂ ciblant les récepteurs à endothélines. A l’aide d’une nouvelle voie de synthèse, des nanoparticules d’oxyde de fer de tailles variables ont été développées et couplées à un peptide permettant le ciblage de la néoangiogenèse : le cycloRGD. Ces nanoparticules se sont révélées être d’excellents agents de contraste IRM de type T₂ conduisant un ciblage passif. Des nanoparticules à luminescence persistante ont également été synthétisées. Ces nanoplateformes, de 6 nm, offrent l’avantage de limiter l’absorption de la luminescence par les tissus et d’éviter l’excitation in situ, limitant ainsi l’autofluorescence des tissus. Enfin, l’association de ces deux types de nanoparticules à été étudié, conduisant à l’obtention de nanoparticules bimodales alliant imagerie IRM et luminescence persistanteEarly diagnosis of cancer and development of personalized medicine is a major challenge. These issues require the development of new tools which are able to target relevant biomarkers in order to access of diagnostic using imaging techniques. The objective of this work is to develop new contrast agents for molecular imaging of cancers. To this aim, the functionalized iron oxide nanoplateformes with caffeic acid were synthesized and coupled to an antibody labeled with a fluorophore. These nanoplateformes were characterized by different techniques and evaluated on in vitro and in vivo conditions. An improvement was made with the use of PEG chains and a novel antibody. Results of this work is the obtention of a T₂ MRI contrast agents targeting endothelin receptor. Using a new wayof synthesis, different sizes of iron oxide nanoparticles have been developed and coupled to apeptide for targeting the neoangiogenesis : the cycloRGD. These nanoparticles have proven to be excellent T₂ MRI contrast agents managing a passive targeting. Persistent luminescence nanoparticles were also synthesized. These 6 nm nanoparticles offer the advantage of limiting the absorption of luminescence by the tissues and prevent the excitation in situ, limiting the autofluorescence of the tissues. Finally, the combination of these two types of nanoparticles has been studied to obtain bimodal nanoparticles combining MRI and persistent luminescence imaging