2019 YuankangLu

POLYTECHNIQUE MONTRÉAL
affiliée à l’Université de Montréal
Développement des systèmes d’imagerie basés sur la tomographie par
cohérence optique visant l’étude des maladies cardiovasculaires
YUANKANG LU
Institut de génie biomédical
Thèse présentée en vue de l’obtention du diplôme de Philosophiæ Doctor
Génie biomédical
Novembre 2019
© Yuankang Lu, 2019.

POLYTECHNIQUE MONTRÉAL
affiliée à l’Université de Montréal
Cette thèse intitulée :
Développement des systèmes d’imagerie basés sur la tomographie par
cohérence optique visant l’étude des maladies cardiovasculaires
présentée par Yuankang LU
en vue de l’obtention du diplôme de Philosophiæ Doctor
a été dûment acceptée par le jury d’examen constitué de :
Julien COHEN-ADAD, président
Frédéric LESAGE, membre et directeur de recherche
Guy CLOUTIER, membre et codirecteur de recherche
Gregory LODYGENSKY, membre
Habib BENALI, membre externe

iii
DÉDICACE
À MA FAMILLE

iv
REMERCIEMENTS
Premièrement, j’aimerais remercier mon directeur de recherche, Frédéric Lesage, pour m’avoir
supervisé et guidé tout le long de mes études au doctorat. Ton savoir, ton humanité, ta modestie et
ta sincérité sont une grande inspiration pour moi. Des discussions franches avec toi m’ont toujours
permis d’apprendre beaucoup de chose et de retrouver la confiance pour surmonter les défis.
Je remercie également mon codirecteur, Guy Cloutier, qui m’a donné l’opportunité de venir au
Québec pour poursuivre mes études au doctorat. Ton aide et tes conseils précieux m’ont été
grandement utiles. Ton savoir dans le domaine biomédical et ton professionnalisme m’ont
beaucoup motivé.
Un merci spécial à Maxime Abran et Pol Grasland-Mongrain, qui m’ont beaucoup aidé au début
de ma thèse. Je souhaite exprimer ma gratitude à Xuecong Lu et Cong Zhang pour leur contribution
à mes projets au niveau des procédures chirurgicales sur des animaux. Je voudrais aussi remercier
Paul J. Marchand pour des discussions et des conseils très constructifs. Un grand merci à tout le
monde du labo. Ça a été un grand plaisir de pouvoir travailler avec vous pendant ma thèse. Vous
être gentils, talentueux et professionnels. Vous êtes non seulement des collègues mais aussi des
amis. Le temps que j’ai passé avec vous sera inoubliable dans ma vie.
Enfin, je tiens à remercier mes parents, ma famille et mes amis qui m’ont entouré et soutenu
fortement. Vous êtes toujours là pour m’écouter, me motiver et m’encourager, même si vous êtes
parfois à l’autre bout du monde. Dernièrement, je veux remercier Mathieu, qui m’a supporté
énormément pour traverser des moments difficiles. Tu as apporté plein de surprises, joie et bonheur
dans ma vie. J’ai hâte de commencer un nouveau chapitre de vie avec toi.

v
RÉSUMÉ
Les maladies cardiovasculaires (CVD) sont la principale cause de décès depuis des décennies. Son
taux de morbidité élevé engendre un fardeau social et économique énorme et à la société.
L’imagerie biomédicale est un outil important pour étudier et évaluer les CVDs. Notamment, la
tomographie par cohérence optique (OCT) a montré des avantages attrayants pour la recherche
appliquée aux CVDs. Le but global de cette thèse est le développement de systèmes OCT combinés
avec d’autres techniques d’imagerie optique pour étudier les CVDs.
Le premier objectif est de développer un système d'imagerie intravasculaire combinant l’OCT et
l'imagerie par fluorescence proche infrarouge (NIRF), qui pourrait à terme être utilisé pour la
détection et l'évaluation de l'athérosclérose dans les artères coronaires. L’originalité du travail se
situe dans l’utilisation d’une nouvelle technique de détection de photons, la détection de photons à
déclenchement rapide, intégrée dans notre système d’imagerie, ce qui a considérablement amélioré
le rapport signal sur bruit et la sensibilité en profondeur de la NIRF. Une expérience ex vivo dans
des conditions réalistes a validé le mécanisme de notre système d'imagerie intravasculaire à double
modalité au niveau des aspects optique, mécanique et logiciel. Les images hybrides provenant de
l'OCT et de la NIRF ont fourni des informations structurelles et moléculaires sur le fantôme imitant
le vaisseau sanguin, ce qui suggère un grand potentiel d’utilisation de notre système d'imagerie
chez des modèles animaux.
Le deuxième objectif de cette thèse était d’étudier les impacts de l’athérosclérose sur différents
aspects du cerveau de souris avec l’aide de plusieurs techniques d’imagerie optique, y compris
l’imagerie intrinsèque optique, l’OCT et la microscopie à deux-photon. En comparaison avec les
souris athérosclérotiques jeunes, le groupe âgé a montré un changement de concentration plus
faible en hémoglobine oxygénée, hémoglobine désoxygénée et hémoglobine totale dans le cortex
somatosensoriel à la suite de la stimulation par vibrisse, ce qui indique que la maladie
d’athérosclérose réduit la réponse hémodynamique à la stimulation sensorielle. Les résultats
obtenus à partir des données Doppler OCT ont révélé que le diamètre et le débit sanguin moyen
des artérioles descendantes chez les souris ATX âgées étaient significativement plus petits
comparés avec ceux des souris ATX jeunes, ce qui suggère que l'athérosclérose entraîne une
dégénérescence structurelle et fonctionnelle des artérioles. L’altération fonctionnelle a également
été observée dans les capillaires chez les souris ATX âgées, caractérisée par une plus faible vitesse