Thèse de doctorat : Informatique : Lyon 2 : 2000. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. Index.

Dans le cadre de cette thèse, nous nous somme focalisés sur deux objectifs complémentaires. Le premier concerne l'évolution de la méthode du Gabarit Déformable Elastique (GDE) pour l'extraction semi-automatique de l'anatomie et du mouvement cardiaque, développée au laboratoire Creatis. Un travail a d'abord été réalisé sur une base de données de 45 patients afin de mettre en évidence les points forts et les points faibles de l'algorithme, notamment la difficulté à suivre des déformations trop importantes ou des formes inhabituelles. Puis, différents types de contraintes ont été intégrées au modèle GDE afin d'en améliorer les performances : prescription locale ou dense de déplacements, directionnalité de la déformation contrainte par celle des fibres. Les contraintes proposées sont évaluées sur des données de synthèse et des données réelles en IRM ciné et de marquage tissulaire acquises chez l'homme. Parallèlement, une étude a été réalisée pour mettre en place la méthodologie nécessaire à l'extraction et l'analyse statistique de la déformation des fibres myocardiques. Ce travail a été effectué en collaboration avec une équipe du Auckland Bioengineering Institute en Nouvelle-Zélande. Un modèle biomécanique par éléments finis intègre la direction principale des fibres en tout point du ventricule gauche issue d'acquisitions en IRM du tenseur de diffusion (IRM-TD) sur coeurs humains ex vivo et le mouvement issu de séquences IRM marquées. Cette combinaison permet l'estimation de la déformation des fibres et sa variation durant le cycle cardiaque. La variabilité dans la déformation des fibres est étudiée statistiquement à travers le croisement d'une base de données IRM-TD et d'une base de données IRM marquées.

L'imagerie médicale sur petits animaux est d'une grande utilité en recherche préclinique, car elle permet d'imager in vivo et en 3D l'intérieur de l'animal. Ceci sert au développement de nouveaux médicaments et au suivi de l'évolution de certaines pathologies. En effet, les techniques d'imagerie éliminent la nécessité de sacrifier les animaux, ce qui permet le suivi de processus biomoléculaires sur un même individu et l'obtention de données statistiquement plus significatives. Cependant, l'information moléculaire recueillie s'avère généralement de faible résolution spatiale, notamment en imagerie optique à cause de la diffusion de la lumière, et donc difficile à localiser dans le corps de l'animal. Le jumelage de modalités d'imagerie complémentaires permet donc d'obtenir des images anatomiques et moléculaires superposées, mais cela s'avère toutefois relativement coûteux. Le projet présenté vise à améliorer une technique d'imagerie 2D toute optique à faible coût permettant d'obtenir une carte approximative 3D des organes internes d'une souris. Cette technique devrait permettre le recalage spatial automatique d'informations moléculaires obtenues sur le même appareil, bien que cela n'ait pas encore été démontré. L'amélioration apportée par le projet consiste à obtenir des images anatomiques 3D, plutôt que 2D, en utilisant une caméra tournante et des techniques de vision numérique stéréo. Pour ce faire, la technique existante est d'abord reproduite. Celle-ci consiste à injecter de l'ICG , un marqueur fluorescent non spécifique qui demeure confiné au réseau vasculaire une fois injecté, à une souris anesthésiée. De par leurs métabolismes distincts et le temps que met l'ICG à atteindre chacun d'eux, la dynamique de fluorescence varie entre les organes, mais demeure relativement uniforme à l'intérieur d'un même organe. Certains organes peuvent donc être segmentés par des techniques appropriées de traitement de signal, telles l'analyse en composantes principales et la régression par moindres carrés non négative. Un système d'imagerie à caméra rotative comme le QOS® de Quidd permet d'obtenir des images 2D segmentées de l'anatomie. interne de l'animal selon plusieurs plans de vue. Ces plans de vue servent à reconstruire l'information anatomique en 3D par des techniques de vision numérique. La procédure pourrait être répétée avec un ou plusieurs marqueurs fluorescents fonctionnalisés dans le but d'obtenir des images moléculaires 3D du même animal et de les superposer aux images anatomiques 3D. La technique développée devrait ainsi permettre d'obtenir à faible coût et de manière toute optique des images 3D anatomiques et moléculaires recalées spatialement automatiquement.

La miniaturisation des composants CMOS (complementary metal oxide semiconductor) et MEMS (micro-electro-mechanical system) a permis la réalisation de capteurs d'images de faible taille et à forte densité de pixels pour répondre à la demande d'imageurs faible coût. Classiquement, la grande densité de pixels est obtenue en réduisant simplement la taille des pixels. Cependant, cette réduction de taille détériore l'efficacité optique d'absorption des pixels, ce qui impose alors un compromis définissant une taille minimum de pixel. Les pixels ont aujourd'hui une taille de l'ordre de la longueur d'onde, et les systèmes de filtres de couleur qui eux aussi induisent parallèlement des pertes optiques, devraient être revus, de nouvelles méthodes de séparation spectrale devant être envisagées. Cette thèse explore diverses techniques pouvant être utilisées pour trier différentes longueurs d'ondes, principalement dans le lointain infrarouge (8µm-12µm) et dans le visible (0.4µm-0.7µm) vers les pixels adéquats, supprimant ainsi les pertes traditionnelles par filtrage (par absorption ou réflexion).Nous introduisons le concept de tri spectral basé sur la NOE (normalized optical efficiency), qui est le ratio de l'absorption d'un pixel sur l'énergie totale incidente sur un ensemble de pixels. Pour un nombre donné N de pixels d'une sous-matrice de l'imageur (matrice de Bayer), le phénomène de tri spectral a lieu lorsque le NOE de chaque pixel est supérieur à 1/N. Nous étudions tout d'abord par simulation optique des antennes patch de différentes tailles pour trier efficacement la lumière infrarouge. Le réseau d'antennes a été fabriqué et caractérisé dans la plateforme technologique du CEA-LETI pour valider l'étude théorique. Nous rapportons ensuite une étude sur l'utilisation de 2 structures MSM (metal-semiconductor-metal) pour atteindre une absorption supérieure à 50% à 2 longueurs d'ondes dans un détecteur Silicium. Finalement, nous présentons notre étude finale sur une structure multicouche assistée par réseau pour le tri spectral dans le visible, qui permettrait de réduire la taille des pixels dans les imageurs visibles sous le seuil du micron tout en améliorant l'efficacité d'absorption. Nous avons déduit une compréhension de la stratégie de design de telles structures de tri, et présentons une structure de tri conçue pour réaliser du tri spectral avec une efficacité de l'ordre de 80% pour des pixels de taille inférieure à 0,5µm. / The advancement and scaling effect in complementary metal oxide semiconductor (CMOS) and micro-electro-mechanical system (MEMS) technology has made possible to make smaller image sensors with higher density of imaging pixels to respond at the demand of low cost imagers. Generally, the higher pixel density in imaging system is achieved by shrinking the size of each pixel in an array. The shrinking of pixel dimension however deteriorates the optical efficiency and therefore impose the tradeoff between the performance and minimum achievable pixel size. As the pixel size continues to shrink and approach the dimensions comparable to the wavelength, the spectral separation techniques used in current generation imaging system should be revised and new design methodologies have to be explored. This dissertation explored different techniques that could be used to efficiently sort the band of different wavelengths, mainly in far-infrared (8µm - 12µm) and visible (0.4 µm – 0.7 µm) spectrum in different spatial locations. We introduced the concept of spectral sorting based on normalized optical efficiency (NOE). For given number of pixels (N) or detectors, we define the phenomenon of sorting if NOE of individual pixels, considering incidence power from all pixel domain, is greater than 1/N. First we study differently sized optical patch antenna to efficiently sort the infrared light in different spatial locations using numerical techniques. Using array of such antennas we find the near perfect absorption of multiple wavelengths in infrared spectrum. The antenna arrays are fabricated and characterized in CEA-LETI platform to validate our study. We also report our study on using two differently sized Metal-Semiconductor-Metal (MSM) nanostructures to achieve absorption higher than 50% in individual silicon detector for visible spectrum. Finally we present our study on grating based dielectric multilayer structure for sorting of visible light which could enable to shrink the pixel size of visible imaging system to submicron dimension. We derived the comprehensive design strategy of such sorting structure and present the sorting structure designed to achieve optical efficiency as high as 80% in pixel size of as less as 0.5µm.

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2002. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Th. doct.--Phys.--Lyon--Inst. natl. des sci. appliquées, 1992. / Bibliogr. p. 234-251. Résumé en français et en anglais.

Th. univ.--Géol.--Rennes I, 1992. / Bibliogr. p. 146-156.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2009. / Titre de l'écran-titre (visionné le 13 janvier 2010). Bibliogr.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2009. / Titre de l'écran-titre (visionné le 24 juillet 2009). Bibliogr.

Th. doct.-ing.--Inform.--Toulouse--I.N.P., 1985. N°: 364.