Développement d'un modèle de détection en imagerie basé sur un système multispectral pour des nanomarqueurs SERRS

Dans un contexte industriel en imagerie biomédicale, le coeur des projets réside dans le développement de nouveaux instruments de diagnostic. Dans la compagnie Photon Etc, une grande partie de la recherche et du développement appliqué au biomédical est attribué à la conception d'instruments permettant la détection d'échantillons radiatifs. Ces instruments sont souvent conçus pour des groupes de recherche avec des applications spécifiques comme l'imagerie de marqueurs Raman ou de biofluorescence par exemple. La compagnie se spécialise en production de caméras infrarouges (les caméras Zéphirs) et ces projets ne constituent pas nécessairement des produits typiques réalisés par la compagnie. Ils constituent néanmoins une grande partie du budget alloué au développement des produits, car la méthodologie de conception peut di˙érer selon les applications considérées : un échantillon fluorescent et un échantillon Raman n'auront pas les mêmes besoins en terme d'eÿcacité de détection par exemple. Des modèles de simulations permettent d'accompagner la conception de ces instruments. Pour la conception de relais de lentilles par exemple, il est d'usage d'utiliser des outils de modélisation comme Zemax ou LightTools. Pour évaluer la qualité d'une image mesurée par un capteur, il existe également un modèle permettant d'évaluer le rapport signal sur bruit (ou SNR de l'anglais signal-to-noise-ratio) en connaissant le signal incident d'une part et des caractéristiques techniques du détecteur d'autre part. Un outil permettant de caractériser un système de détection de l'étape d'excitation à l'étape de détection constitue donc un besoin dans le développement d'un nouveau système de détection. Mon premier but à travers ce projet de maîtrise a été de répondre à ce besoin en réalisant une interface graphique incluant un bloc d'émission, un bloc de relais optique et finalement un bloc de détection. Mon deuxième but consistait à valider les simulations réalisées avec le modèle de prédiction. À partir de deux montages expérimentaux di˙érents, j'ai évalué expérimentalement le rapport signal sur bruit des deux montages. J'ai montré que les résultats obtenus avec l'interface étaient proches de ceux obtenus expérimentalement. Cette interface ne remplace aucunement des outils de simulations établis comme Zemax pour la simulation de systèmes optiques par exemple. Cette interface a néanmoins la prétention de pouvoir aider dans la prise de décision préliminaire liée au choix des composantes du système comme le détecteur par exemple et d'avoir une évaluation directe de l'impact sur la qualité d'images. Dans le cadre du projet, mon troisième but était d'évaluer le potentiel des systèmes d'imageries instantanés pour la détection de signaux d'échantillons radiatifs. J'ai réalisé un prototype montrant le principe de fonctionnement du montage multispectral proposé. Ce système permet de démultiplier l'image afin de réaliser une sélection spectrale sur chacune des sous-images. La démultiplication de l'image a été montrée expérimentalement à l'aide du prototype réalisé. À l'aide de l'interface conçue dans la première partie du projet, j'ai également montré le potentiel de la technique en faisant une comparaison entre un système d'imagerie à balayage et le système proposé pour une même application multispectrale. Les résultats préliminaires de la modélisation prédisent que pour un même temps d'acquisition total d'une image, un SNR de 18,4 pourrait être atteint avec le système à balayage contre un SNR de 28,3 avec le système proposé. Pour des SNR d'environ 18, l'étude prédit que le système proposé prendrait environ 4 secondes contre 10 secondes pour le système à balayage. L'analyse réalisée est hypothétique et basée sur des hypothèses qui peuvent être sujettes à discussion. On peut néanmoins voir un atout supplémentaire de l'interface dans l'analyse comparative préliminaire rapide de systèmes de détection en s'affranchissant de l'aspect chronophage et couteux qu'est la conception d'un système de détection.