Instrumentation optique pour la caractérisation des tissus

Instrumentation optique pour la
caractérisation des tissus biologiques :
Analyse de la complémentarité et des limites
des techniques de fluorescence hyperspectrale
et de Tomographie Optique Cohérente en vue
de leur intégration multimodale
JÉRÉMY MÉTEAU
Soutenue publiquement le 08 juillet 2014

Composition du jury
Président :
Hervé MAILLOTTE
Institut FEMTO-ST, Besançon
Rapporteurs :
Isabelle VERRIER
Dominique BARCHIESI
Laboratoire Hubert Curien, Saint-Etienne
UTT, Troyes
Examinateurs :
James DAT
Serge MONNERET
Luc FROEHLY
Christian PIERALLI
Bruno WACOGNE
Institut Fresnel, Marseille
Institut FEMTO-ST, Besançon
Institut FEMTO-ST, Besançon
Institut FEMTO-ST, Besançon

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Remerciements
-ST. Je remercie Hervé Maillotte, chef de département, pour son accueil. Je
remercie également la région Franche-Comté pour avoir assurer le financement de cette thèse
pendant trois ans.
accepté de faire parti
du jury.
Je remercie mon directeur de thèse Bruno Wacogne pour sa disponibilité et ses conseils ainsi
Je tiens à remercier Christian Pieralli pour son soutien et ses conseils en spectroscopie. Je
tiens à reme
travailler dans un des principaux laboratoires à Vienne (Autriche) dans ce domaine.
Je tiens également à remercier Olivier Gaiffe pour son soutien, pour ces nombreuses
conversations sur la thèse mais pas seulement et pour son sens critique.
Je remercie très sincèrement les collègues du Bâtiment E et en particulier Sophie Marguier et
Vincent Armbruster pour les diverses conversations et bons moments.
Mes remerciements les plus chaleureux vont à mes parents et ma compagne pour leur soutien.

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Table des matières
Remerciements ........................................................................................................................... 4
Introduction générale .................................................................................................................. 7
I.  ............................................................................................................. 9
1. Le cancer ........................................................................................................................ 9
1.1. Définition ................................................................................................................. 9
1.2. Tissus épithéliaux ................................................................................................... 10
2. Optique biomédicale .................................................................................................... 11
2.1. Définition ............................................................................................................... 11
2.2. Interaction lumière-tissu biologique ...................................................................... 12
2.2.1. La réflexion spéculaire ................................................................................... 12
2.2.2.  .................................................................................................... 13
2.2.3. Diffusion élastique .......................................................................................... 14
3. Conclusion .................................................................................................................... 16
II. Données tissulaires : fluorescence .................................................................................... 17
1. Introduction .................................................................................................................. 17
2. La fluorescence ............................................................................................................ 17
2.1. Principe .................................................................................................................. 17
2.2. Les fluorophores .................................................................................................... 20
2.2.1. Les fluorophores endogènes ........................................................................... 20
2.2.2. Les fluorophores précurseurs .......................................................................... 22
2.2.3. Les fluorophores exogènes ............................................................................. 23
2.3. Instrumentation ...................................................................................................... 23
2.3.1.  ....................................................................................... 23
2.3.2. Sondes fibrées ................................................................................................. 24
2.3.2.1.  .................................................................... 24
2.3.2.2. Configuration ............................................................................................ 25
2.3.3.  ......................................................................... 26
2.3.4. Résolution spatiale .......................................................................................... 31
2.4. Imagerie hyperspectrale ......................................................................................... 38
2.5. Imagerie multimodale ............................................................................................ 41
3. Conclusion .................................................................................................................... 44
III. Données structurelles : Tomographie optique cohérente ............................................. 45
1. Introduction .................................................................................................................. 45
2. Définitions .................................................................................................................... 47