Une des techniques pour obtenir des images de structures hétérogènes ou d'objets enfouis dans un milieu (sol, murs, ...) repose sur la mesure du champ électromagnétique diffracté par les inhomo-généités lorsqu'elles sont soumises à une illumination incidente. Cela nécessite la mise en oeuvre d'un système d'acquisition microonde doté d'un réseau de capteurs linéaire ou plan. Ses critères de conception sont dictés par les algorithmes d'imagerie qui nécessitent le plus souvent des données multifréquences acquises sur une large fenêtre d'observation. Ce travail de thèse repose sur la caractérisation, le calibrage et la validation expérimentale d'un prototype d'imageur multistatique ultra large bande. Un descriptif des systèmes actuels d'imagerie microonde a permis tout d'abord de valider les critères retenus pour le cahier des charges initial et de décrire les considérations associées à un problème de détection subsurface. Le Système d'Imagerie Microonde à Impulsions Synthétiques (SIMIS), dévelopé au LEAT, est caractérisé par ses performances théoriques, et une attention particulière a porté sur l'optimisation de la dynamique de détection. Afin de corriger les erreurs systématiques, le calibrage du radar est accompli sur chaque module successivement, puis, plusieurs études portant sur les erreurs de dérive et les erreurs aléatoires sont proposées. Le système est ensuite utilisé en chambre anéchoïque pour la détection de cibles canoniques (un cylindre métallique et un parallélépipède diélectrique) dans une configuration 2D-TM. La détection des deux objets est confirmée par l'observation d'hyperboles de diffraction sur des images apparentées B-scan. Une modification du système est effectuée et validée afin de réduire le couplage inter-antennes au sein du réseau de transducteurs. Cela permet, le cas échéant, de détecter les cibles à partir de la seule mesure du champ total. Les premiers résultats en imagerie qualitative sont obtenus par la technique du miroir à retournement temporel. Dans le domaine fréquentiel, l'utilisation de la méthode DORT (Décomposition de l'Opérateur de Retournement Temporel) a permis également de détecter les cibles lorsque la longueur d'onde est comparable à leur dimension transverse.

Cette thèse porte sur les processus de perception visuelle impliqués dans la reconnaissance des lettres. L’Étude 1 vise à déterminer la fenêtre temporelle à partir de laquelle les lettres sont discriminées. Nos résultats démontrent, en établissant un lien entre potentiels évoqués (PEs) et indices comportementaux, des effets apparaissant vers 100 ms et 220 ms au niveau d’électrodes occipitales droites, que nous lions à des traitements visuels, et un effet apparaissant aux alentours de 170 ms au niveau d’électrodes fronto-centrales, que nous lions à la possible récupération du nom des lettres. L’Étude 2 vise à déterminer jusqu’à quand, lors du processus de reconnaissance des lettres, trouve-t-on des influences de traitements de nature visuelle? Nous comparons les PEs de lettres nominalement similaires, mais visuellement dissimilaires (variant selon la casse), et nos résultats indiquent des influences visuelles toujours à l’œuvre aux alentours de 300 ms. L’Étude 3 vise à mettre en évidence les aires cérébrales impliquées dans la récupération du nom des lettres, révélées en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), mais également les effets induits par cette récupération sur les PEs. Nous utilisons un paradigme d’apprentissage de symboles inconnus, durant lequel nous induisons une gradation dans la capacité des participants à pouvoir récupérer le nom des symboles. Cette gradation est alors utilisée comme marqueur de récupération du nom des symboles au niveau des PEs et des images fonctionnelles. Nous démontrons une covariation avec la gradation induite aux alentours de 200 ms sur les PEs, et au niveau du gyrus fusiforme et d’aires temporales gauches en IRMf. / The aim of this thesis is to investigate visual perception processes involved in recognizing letters. Study 1 aims at determining the time window during which letters are discriminated. Our results linking event-related potentials (ERPs) and behavioral measures, indicate effects occurring around 100 ms and 220 ms on right occipital electrodes as reflecting visual processing, while we assume that an effect occurring around 170 ms on fronto-central electrodes might be functionally linked to the retrieval of letter names.Study 2 aims at determining until when, along the process of letter recognition, influences of visual processing are observed. We compare ERPs associated with nominally similar but visually dissimilar letters (by varying the case of presentation), and our results indicate that visual influences are still active until around 300 ms. Study 3 aims at highlighting both the brain areas involved in the retrieval of letter names, as revealed by functional magnetic resonance imaging (fMRI), and the effects induced by this retrieval on ERPs. We use a learning paradigm of unknown visual symbols, in which we induce a gradation in the ability of participants to retrieve the name of these symbols. The gradation is used as a marker of the retrieval of the symbols’ names, both on ERPs and fMRI. We demonstrate that the induced gradation co-varies with ERPs at around 200 ms, and with fMRI signals on left fusiform gyrus and left temporal areas.

Ce travail de thèse concerne le traitement d'image fDOT (fDOT pour fluorescence diffuse optical tomography) suit vers deux axes. Le recalage d'images fDOT à l'aide de l'imagerie TEP (tomographie par émission de positons) et l'amélioration des reconstructions fDOT à l'aide de miroirs pour collecter des projections complémentaires. Il est présenté en deux parties : Dans la première partie, une méthode automatique pour recaler les images de fDOT avec les images de Tomographie par Emission de Positons (TEP) développée dans le but de corréler l'ensemble des informations issues de chaque modalité. Cette méthode de recalage est basée sur une détection automatique de marqueurs fiduciaires présents dans les deux modalités. La particularité de cette méthode est l'utilisation de l'image de surface obtenue en fDOT, qui sert à identifier la position en Z des marqueurs fiduciaires dans les images optiques. Nous avons testé cette méthode sur un modèle de souris porteuses de xénogreffes de tumeurs de cellules cancéreuses MEN2A qui imitent un carcinome thyroïdien médullaire humain, après une double injection de traceur radioactif : [18F]2-fluoro-2-Deoxy-D-glucose (FDG) pour l'imagerie TEP et un traceur optique d'infrarouge fluorescent, le Sentidye. Grâce à la précision de notre méthode, nous arrivons à démontrer que le signal Sentidye est présent à la fois dans la tumeur et les vaisseaux environnants [1]. La qualité des images fDOT est dégradée selon l'axe Z du fait d'un nombre limité de projections pour la reconstruction. Dans la deuxième partie, le travail s'est orienté vers une nouvelle méthode de reconstruction d'images fDOT à partir d'un nouveau système d'acquisition multi-angulaire avec deux miroirs placés de chaque côté de l'animal. Ce travail a été mené en collaboration avec le département CS d'University College London (UCL), partenaire du projet Européen FMT-XCT. Le logiciel TOAST développé par cette équipe a été utilisé comme source pour l'algorithme de reconstruction, et modifié pour s'adapter à notre problématique. Après plusieurs essais concernant l'ajustement des paramètres du programme, nous avons appliqué cette méthode sur un fantôme réaliste des tissus biologiques et chez la souris. Les résultats montrent une amélioration de l'image reconstruite d'un fantôme semi-cylindrique et de l'image de rein chez la souris, pour lesquelles la méthode des miroirs est supérieure à la méthode classique sans miroir. Malgré tout, nous avons observé que les résultats étaient très sensibles à certains paramètres, d'où une performance de reconstruction variable d'un cas à l'autre. Les perspectives futures concernent l'optimisation des paramètres afin de généraliser l'approche multi-angle.

Le développement des techniques d'ingénierie génétique et celles d'imagerie en microscopie de fluorescence ont ouvert la voie à l'étude du mouvement et de la structure des chromosome dans les cellules vivantes. Depuis quelques années, l'avènement de ces outils a fait naître une biophysique du noyau, dont l'objectif est de comprendre avec des modèles physiques comment s'organise le génome dans une cellule et comment il se réorganise sous l'effet de stimuli biologiques ou chimiques. L'objectif de mon travail de thèse a consisté à développer des outils permettant de mesurer précisément les déplacements des chromosomes dans les cellules vivantes, d'automatiser le processus de traitement des données et de développer des modèles quantitatifs d'analyse des données expérimentales. Dans ce travail de thèse pluridisciplinaire, nous avons à la fois optimisé une chaîne d'acquisition de microscopie de fluorescence afin de maximiser la qualité de films de levures vivantes, réalisé un algorithme de suivi de particules et de reconnaissance de forme dédiés à la levure, ainsi que des outils de traitement automatisés des trajectoires pour systématiser le processus de traitement des données. Ces méthodes ont permis de construire des modèles originaux de structure et de dynamique des chromosomes in vivo chez la levure saccharomyces cerevisiae.

Ce travail de thèse concerne le traitement d’image fDOT (fDOT pour fluorescence diffuse optical tomography) suit vers deux axes. Le recalage d'images fDOT à l’aide de l’imagerie TEP (tomographie par émission de positons) et l’amélioration des reconstructions fDOT à l’aide de miroirs pour collecter des projections complémentaires. Il est présenté en deux parties : Dans la première partie, une méthode automatique pour recaler les images de fDOT avec les images de Tomographie par Emission de Positons (TEP) développée dans le but de corréler l’ensemble des informations issues de chaque modalité. Cette méthode de recalage est basée sur une détection automatique de marqueurs fiduciaires présents dans les deux modalités. La particularité de cette méthode est l’utilisation de l’image de surface obtenue en fDOT, qui sert à identifier la position en Z des marqueurs fiduciaires dans les images optiques. Nous avons testé cette méthode sur un modèle de souris porteuses de xénogreffes de tumeurs de cellules cancéreuses MEN2A qui imitent un carcinome thyroïdien médullaire humain, après une double injection de traceur radioactif : [18F]2-fluoro-2-Deoxy-D-glucose (FDG) pour l’imagerie TEP et un traceur optique d’infrarouge fluorescent, le Sentidye. Grâce à la précision de notre méthode, nous arrivons à démontrer que le signal Sentidye est présent à la fois dans la tumeur et les vaisseaux environnants [1]. La qualité des images fDOT est dégradée selon l’axe Z du fait d’un nombre limité de projections pour la reconstruction. Dans la deuxième partie, le travail s’est orienté vers une nouvelle méthode de reconstruction d’images fDOT à partir d’un nouveau système d’acquisition multi-angulaire avec deux miroirs placés de chaque côté de l’animal. Ce travail a été mené en collaboration avec le département CS d’University College London (UCL), partenaire du projet Européen FMT-XCT. Le logiciel TOAST développé par cette équipe a été utilisé comme source pour l’algorithme de reconstruction, et modifié pour s’adapter à notre problématique. Après plusieurs essais concernant l’ajustement des paramètres du programme, nous avons appliqué cette méthode sur un fantôme réaliste des tissus biologiques et chez la souris. Les résultats montrent une amélioration de l’image reconstruite d’un fantôme semi-cylindrique et de l’image de rein chez la souris, pour lesquelles la méthode des miroirs est supérieure à la méthode classique sans miroir. Malgré tout, nous avons observé que les résultats étaient très sensibles à certains paramètres, d’où une performance de reconstruction variable d’un cas à l’autre. Les perspectives futures concernent l’optimisation des paramètres afin de généraliser l’approche multi-angle. / This thesis concerns the image processing of fluorescence diffuse optical tomography (fDOT), following two axes: FDOT image co-registration with PET (positron emission tomography) image and improvement of fDOT image reconstructions using mirrors to collect additional projections. It is presented in two parts:In the first part, an automatic method to co-register the fDOT images with PET images has been developed to correlate all the information from each modality. This co-registration method is based on automatic detection of fiducial markers (FM) present in both modalities. The particularity of this method is the use of optical surface image obtained in fDOT imaging system, which serves to identify the Z position of FM in optical images. We tested this method on a model of mice bearing tumor xenografts of MEN2A cancer cells that mimic a human medullary thyroid carcinoma, after a double injection of radiotracer [18F] 2-fluoro-2-Deoxy-D-glucose ( FDG) for PET imaging and optical fluorescent infrared tracer Sentidye. With the accuracy of our method, we can demonstrate that the signal of Sentidye is present both in the tumor and surrounding vessels.The fDOT reconstruction image quality is degraded along the Z axis due to a limited number of projections for reconstruction. In the second part, the work is oriented towards a new method of fDOT image reconstruction with a new multi-angle data acquisition system in placing two mirrors on each side of the animal. This work was conducted in collaboration with the CS Department of University College London (UCL), a partner of the European project FMT-XCT. TOAST software developed by this team was used as source code for the reconstruction algorithm, and was modified to adapt to the concerned problem. After several tests on the adjustment of program parameters, we applied this method on a phantom that simulating the biological tissue and on mice. The results showed an improvement in the reconstructed image of a semi-cylindrical phantom and the image of mouse kidney, for which the reconstruction of the mirrors geometry is better than that of conventional geometry without mirror. Nevertheless, we observed that the results were very sensitive to certain parameters, where the performance of reconstruction varies from one case to another. Future prospectives concern the optimization of parameters in order to generalize the multi-angle approach.