30/03/2012 
"Diffuse Reflectance Endoscopic Imaging for Bladder Early-Stage Cancer and Pre-Cancer Diagnosis: Instrumentation, Modelling and Experimental Validation"
(Thèse Nina KALYAGINA)
Résumé :
Abstract:
The present thesis aimed to evaluate the performance of non-invasive optical method for bladder pre- and early- cancer detection by means of diffuse-reflected laser light analysis. The analysis of light distribution at the surface of multi-layered bladder phantoms with different scattering and absorption properties showed that the changes in the optical properties lead to increase or decrease of the diffuse-reflected light spot area, detectable by a video camera. It was also determined, that the presented method is capable of detection of the photosensitizer accumulation, and can be applied for both (diffuse-reflected laser and fluorescence) studies simultaneously. The calculations for spherical and "coated"-spherical tissue scatterers, based on the electromagnetic wave theory, allowed to obtain optical parameters of three-layered biological phantoms and of bladder tissues at different states. These parameters served as inputs for Monte Carlo simulations, which provided us with matrices of diffuse-reflected light distributions. The study showed that the measurements of non-polarized back-scattered laser light can provide useful information on the tissue state.
Keywords: optical analysis, light scattering, bladder cancer, Mie scattering, Monte Carlo modeling, fluorescence analysis.
Résumé:
L'objectif de cette thèse est d'évaluer les performances d'une méthode d'imagerie optique non-invasive pour la détection de précancers et cancers précoces de la vessie, à l'aide d'une analyse de lumière laser rétro-diffusée. L'analyse de la distribution spatiale de la lumière à la surface de fantômes multi-couches imitant l'épithelium de vessie avec différentes propriétés d'absorption et de diffusion nous a permis de montrer les modifications de ces propriétés optiques entraînent des changements de la taille de la surface du spot de lumière rétro-diffusée, mesurables par une caméra vidéo. La méthode développée est également sensible à l'accumulation d'un photosensibilisateur et est applicable aussi bien pour des études en réflectance diffuse qu'en fluorescence induite. Les paramètres optiques des fantômes synthétiques tri-couches imitant différents états des épithéliums de vessie ont été calculés à partir de la théorie des ondes électromagnétiques appliquée aux diffuseurs sphériques sans et avec une couche. Ces paramètres ont servi comme entrées aux simulations de Monte Carlo qui ont permis d'obtenir les matrices des distributions d'intensité de réflectance diffuse. Notre étude démontre que les mesures en imagerie de réflectance diffuse non-polarisée permettent de fournir des informations utiles au diagnostic tissulaire.
Mots-clés: imagerie optique, diffusion multiple, cancer de vessie, diffusion de Mie, simulations Monte Carlo, fluorescence.
| Jury : | |
| - Rapporteurs : | Prof. Rudolf Steiner, University of Ulm, Germany |
| Prof. Fabrice Mériaudeau, Université de Bourgogne, CNRS | |
| - Autres membres : | Prof. Victor Loshchenov, Prokhorov General Physics Institute Russian Academy of Sciences, Russia (Directeur de Thèse) Prof. Didier Wolf, CRAN, Nancy Université, France (Directeur de Thèse) Prof. Walter Blondel CRAN, Nancy Université, France (Co-Directeur de Thèse) Dr. Ismaël Didelon, SD-Innovation, France (Examinateur) Prof. Christian Daul, CRAN, Nancy Université, France (Co-Encadrant) Prof. François Guillemin, Centre Alexis Vautrin , France (Invité) |
