Soutenance de thèse de Antoine CAPART

Le signal PhotoAcoustique (PA) est un paramètre multiphysique qui implique des propriétés optiques, thermiques et acoustiques. Cette modalité d'imagerie a le potentiel de fournir des informations sur chacunes de ces physiques. Cette thèse explore cette propriété multiphysique dans deux contextes distincts où le signal PA est utilisé pour : - Quantifier les chromophores dans le Disque InterVertébral (DIV) : Cette étude se concentre sur la dégénérescence du DIV, qui se caractérise par une perte de sa teneur en eau, et entraîne alors des maladies dégénératives. Dans cette thèse, nous proposons l'utilisation du signal PA comme nouvelle méthode de diagnostic pour le DIV. Nous explorons la possibilité de récupérer les propriétés optiques du disque et de déterminer sa composition pour évaluer son état. Pour démontrer ce potentiel, la résolution du problème inverse optique en imagerie PA est réalisée en utilisant un modèle numérique d'un DIV obtenu par imagerie par résonance magnétique. Une méthode de descente de gradients, énoncée avec l'aide de variables adjointes a été choisie et implémentée pour reconstruire les différents paramètres physiques nécessaires au diagnostic du disque. Les résultats montrent que l'exploitation du signal PA permet d'accéder aux paramètres physiologiques d'intérêt pour l'exploration du DIV. - Mesurer la température lors des Thérapies PhotoThermiques (TPT): La TPT désigne un traitement du cancer qui utilise le rayonnement optique proche infrarouge pour entraîner une élévation de température dans le but d'induire la mort cellulaire ciblée de la tumeur. Pour guider le traitement des tissus tumoraux, il est pertinent de suivre l'évolution de la température pendant la procédure. Il a été démontré dans la littérature que le signal PA peut être utilisé dans ce but en raison de sa sensibilité à la temperature. Dans cette thèse, le suivi de la température par mesures PA a été démontré dans le cas de la TPT sur la tête de souris. Un modèle numérique a été construit et implémenté pour simuler à la fois la TPT et la thermométrie par mesures PA. Une étude numérique menée à l'aide de ce modèle met en évidence la complexité d'une mesure précise de la température et souligne l'intérêt de l'utilisation de nanoparticules pour la TPT et le suivi de la température par imagerie PA. En conclusion, cette thèse démontre le potentiel du signal PA dans la quantification des constituants du DIV et dans la mesure de la température lors de la TPT grâce à des simulations numériques.

The PhotoAcoustic (PA) signal is a multiphysical parameter that involves optical, thermal, and acoustic properties. This imaging modality has the potential to provide information about each of these physics. This thesis explores this multiphysical property in two distinct contexts where the PA signal is used for: - Quantify chromophores in the Intervertebral Disc (IVD): This study focuses on IVD degeneration, characterized by a loss of water content and leading to degenerative diseases. In this thesis, we propose the use of PA signal as a novel diagnostic method for the IVD. We explore the possibility of retrieving the disc's optical properties and determining its composition to evaluate its condition. To demonstrate this potential, inverse optical problem resolution in PA imaging is conducted using a numerical model of an IVD obtained through magnetic resonance imaging. A gradient descent method, formulated with the aid of adjoint variables, has been selected and implemented to reconstruct the various physical parameters necessary for disc diagnosis. The results demonstrate that the exploitation of the PA signal allows access to relevant physiological parameters for IVD exploration. - Monitor temperature during PhotoThermal Therapies (PTT): PTT refers to a cancer treatment that utilizes near-infrared optical radiation to generate an increase in temperature for the purpose of inducing targeted cell death in the tumor. To guide the treatment of tumor tissues, it is relevant to monitor the temperature evolution during the procedure. It has been demonstrated in the literature that the PA signal can be used for this purpose due to its sensitivity to temperature. In this thesis, temperature monitoring through PA measurements has been demonstrated in the case of PTT on the mouse head. A numerical model has been constructed and implemented to simulate both PTT and thermometry through PA measurements. A numerical study conducted using this model highlights the complexity of precise temperature measurement and underscores the significance of using nanoparticles for PTT and temperature monitoring through PA imaging. Overall, the thesis demonstrates the potential of the PA signal in IVD's constituents quantification and PTT temperature measurement through numerical simulations.