Ecole Doctorale

Physique et Sciences de la Matière

Spécialité

PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : OPTIQUE, PHOTONIQUE ET TRAITEMENT D'IMAGE

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

imagerie,3d,tomographie,diffraction multiple,optique,problème inverse

Keywords

imaging,3d,tomography,scattering,optique,inverse problem

Titre de thèse

Tomographie de diffraction en régime de diffusion multiple
Diffraction tomography with multiple scattering

Date

Mardi 3 Décembre 2019 à 14:00

Adresse

52 Avenue Escadrille Normandie Niemen, 13013 Marseille, France Salle de thèse

Jury

Directeur de these M. Patrick CHAUMET Aix Marseille Université
Rapporteur M. Emmanuel BOSSY Université Grenoble Alpes
Rapporteur M. Jérôme IDIER Universite de Nantes
Examinateur Mme Claire PRADA-JULIA ESPCI - Institut Langevin
Examinateur M. Anthony DUBOIS CEA centre de Grenoble
CoDirecteur de these M. Kamal BELKEBIR Aix- Marseille Université

Résumé de la thèse

La tomographie de diffraction optique est une technique d’imagerie dans laquelle un objet est illuminé successivement par un faisceau laser sous différents angles d’incidence avec une méthode interférométrique qui permet d’enregistrer à la fois la phase et l’inten- sité du champ dans l’espace image d’un microscope. La permittivité de l’objet est alors reconstruite numériquement à partir du jeu de données des champs complexes à l’aide d’une méthode d’inversion. Dans ce tapuscript, nous étudions tout d’abord l’effet de la diffusion multiple dans l’objet sur les reconstructions obtenues, en étudiant notamment différentes possibilités d’approximation (Born) pour accélérer le calcul. La mesure de la phase dans le domaine de l’optique étant délicate, car obtenue par une méthode interférentielle. J’ai développé une technique de reconstruction basée unique- ment sur les intensités. J’ai notamment montré que les reconstructions ainsi obtenues sont proches de celles avec le jeu de données complet champ + phase. Enfin, nous proposons de coupler la tomographie de diffraction sans mesure de phase à la microscopie de fluorescence à illumination structurée. Dans ce cadre, nous illustrons l’impact de la modélisation de l’illumination excitatrice au niveau des fluorophores sur le pouvoir de résolution de la technique d’imagerie. Par ailleurs, nous présentons une méthode d’imagerie qui estime simultanément les fluorophores et le milieu qui les entoure à partir de la mesure conjointe des intensités de diffraction et de fluorescence.

Thesis resume

Optical diffraction tomography is an imaging technique in which a target is successively illuminated by a laser beam under different angles of incidence with an iterferometric setup which enables to record both the phase and the intensity of the field in the image space of a microscope. The permittivity of the target is then numerically estimated from the complex field dataset thanks to an inversion procedure. In this typescript, we first study the effect of multiple scattering inside the target on the obtained reconstructions by studying different approximations (Born) to speed up the computation. The recording of the phase in the optical domain is tricky, for it requires a interfero- metric setup. I have built a reconstruction technique based only on the intensities. I show that the obtained reconstructions are close to those obtained with the complete dataset field + phase. Finally, we propose to adjoin phaseless diffraction tomography to fluorescence structu- red illumination microscopy. In this framework, we illustrate the impact of the modeliza- tion of the illumination excitating the fluorophores on the resolving power of the imaging technique. Moreover, we demonstrate an imaging method which estimates simultaneously the fluorophores and the surrounding media from the joint recording of diffraction and fluorescence intensities.