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Détection d’agrégat sanguin en micro vascularisation par imagerie photo-acoustique à détection optique

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Le sang est un fluide complexe dont la composition et les caractéristiques physiques nous renseignent sur l’état de santé d’un patient. La rhéologie du sang peut être modifiée par le phénomène d’agrégation de globules rouges qui est à l’origine de la coagulation lorsque le sang est au repos, mais qui peut également se produire dans la circulation sanguine à l’occasion de certaines pathologies. Des agrégats trop gros et trop nombreux peuvent provoquer des complications circulatoires entraînant un défaut de perfusion de certains tissus, risquant à terme leur nécrose. Leur surveillance est donc un enjeu important de santé pour les patients.

Objectif : Nous proposons de développer un instrument pour détecter in vivo des agrégats de globules rouges dans des micro-vaisseaux sanguin situés à quelques centaines de micromètres sous la peau. Pour cela nous proposons d’utiliser la technique d’imagerie photo-acoustique [1,2] qui permet de réaliser des images de contraste optique avec un signal de détection ayant les propriétés de propagation et de diffusion des ondes acoustiques. Son principe repose sur la génération d’une onde acoustique par effet thermoélastique suite à une variation thermique engendrée par absorption optique de l’objet à imager. Cette onde acoustique est ensuite habituellement détectée à l’aide de transducteurs piézoélectriques qui présentent cependant un certain nombre de limitations [3]. Pour surmonter ces limitations, nous proposons de remplacer le transducteur piézoélectrique par un système de detection optique développé au laboratoire et utilisant un laser à ré-injection optique [4]. Le detection optique des ondes acoustiques pourra se faire soit de manière longitudinale (mesures de déplacements), soit de manière transversale (mesures de surpressions).
Pour distinguer un globule rouge d’un agrégat de globules rouges il sera nécessaire de d’avoir une résolution optique (micrométrique) et donc de focaliser optiquement l’onde excitatrice dans le milieu biologique. De plus, le suivi en continu de flux sanguin impose de d’utiliser un laser modulé en puissance plutôt qu’un laser impulsionnel pour générer les signaux photo-acoustique [5]. Cette technique est peu utilisée en imagerie photoacoustique mais présente l’avantage de nécessiter des lasers compacts et surtout de générer un signal à une seule fréquence dont on peut détecter facilement l’amplitude et la phase avec une détection synchrone.
Notre objectif est donc de réaliser un dispositif transportable d’imagerie photo-acoustique fréquentielle à détection optique pour faire de la cytométrie de flux in vivo [6].

Environnement : L’équipe OPTIMA (OPTique et IMAgerie) du LIPhy dans lequel se déroulera cette thèse a acquis depuis une dizaine d’années une expertise en imagerie laser et plus récemment dans l’interaction lumière / ondes acoustiques. Ce travail de thèse sera mené en étroite collaboration avec des chercheurs de l’Institut Langevin (ESPCI Paris Tech) et de l’INSERM. Le projet de recherche en lien avec ce sujet de thèse a déjà obtenu deux financements du CNRS à la hauteur de 40keuros pour financer l’équipement du projet.

Contact :

Eric Lacot, eric.lacot@univ-grenoble-alpes.fr

Reférences :

[1] Wang et al, Photoacoustic Tomography : In Vivo Imaging from Organelles to Organs,, Science 335, 1458 (2012).
[2] Beard et al, Biomedical photoacoustic imaging, Interface Focus 1, 602 (2011)
[3] B. Dong et al, Optical detection of ultrasound in Photocaoustic Imging,IEEE Trans. Biomed. Engineering. 64, 4 (2017)
[4]O.Jacquin et al, Experimental comparison of autodyne and heterodyne laser interferometry using an Nd:YVO4 microchip laser,J. Opt. Soc. Am. A 28,1741 (2011)
[5] S. Temenkov et al,Signal to noise analysis of biomedical photoacoustic measurement in time and frequency domains, Rev. Sci. Instrum. 81 124901 (2010)
[6] I. E. I. Galenzha et al, Photo-acoustic flow cytometry, Methods 57, 280 (2012)

Aggrégat Sanguin