Microscopie Tomographique Thêta à Hétérodynage Temporel – THTTM

Construction d'un démonstrateur MTD-D basse cadence avec rotation de l'échantillon qui sera utilisé, comme preuve de concept, pour la caractérisation d'échantillons à dynamique lente ou contrôlée (échantillons biovégétaux ou microfluidiques). Ce prototype permettra également de valider les méthodes de traitement des données développées dans le cadre de THTTM.

Construction d'un montage multivue (sans balayage) pour des acquisitions tomographiques rapides. En combant les acquisitions selon un nombre limité d'angles de vue, nous devrions pouvoir obtenir des images Doppler 3D d'échantillons «rapide« au prix d'une résolution spatiale dégradée.

A la fin du projet, un travail sera mené sur l'accélération du dispositif d'un point de vue matériel. Ici, l'utilisation d'une caméra très haute cadence avec un dispositif de balayage de l'illumination adapté (DMD) devrait mener à la construction d'un imageur MTD-D haute cadence et haute résolution

A la fin du projet THTTM, nous espérons deux principales percées :
- le développement d'une méthode de microscopie tomographique diffractive multimodale
- des algorithmes de reconstruction haute-cadence

Nous avons bon espoir que les dispositifs et méthodes de reconstruction développés dans le cadre de THTTM aident la communauté en proposant une nouvelle modalité d'imagerie innovante.

Il est à noter que l'équipe associée à ce projet est membre du réseau MIAP (Microscopy and Image Analysis Platform: miap.eu) qui met à disposition de ses membres des méthodes d'imagerie et de traitement des données innovantes. Nous pouvons y voir une opportunité de diffuser les résultats et déliverables de THTTM à une plus large communauté.

De plus, nous venons de démarrer une étude afin de déterminer les limites de détection de la méthode. En effet, la détection hétérodyne est une méthode de détection cohérente qui est, par essence, limitée au bruit de photon. Nous pouvons dès lors espérer attendre une très grande sensibilité sur l'estimation de l'indice de réfraction des échantillons analysés.

* Journaux *
7. A.M. Taddese et al., Opt. Express 31 9034-9051 (2023)
doi.org/10.1364/OE.483050
6. N. Verrier et al., J. Microsc. 289 pp 128-133 (2023)
doi.org/10.1111/jmi.13160
5. R. Abbessi et al., J. Microsc. 288 pp 193-206 (2022)
doi.org/10.1111/jmi.13131
4. J.-B. Courbot et al., IEEE Signal Process. Lett. pp 2702-2706 (2023)
doi.org/10.1109/LSP.2022.3233003
3. A.M. Taddese et al., Appl. Opt. 60 pp 7745-7753 (2021) doi.org/10.1364/AO.435721
2. A.M. Taddese et al., Appl. Opt. 60 pp 1694-1704 (2021) doi.org/10.1364/AO.417061
1. J.-B. Courbot et al., Inverse Problems 37 025002 (2021) doi.org/10.1088/1361-6420/abd29c

* Conférences *
16. N. Verrier et al. Focus on Microscopy 2023 :
www.focusonmicroscopy.org/2023-program-online/
15. N. Verrier et al. , Journées d’imagerie optique non conventionnelle (GdR ISIS) 2023
14. N. Verrier et al., HoloPhi6 2022
13. R. Abbessi et al. HoloPi6 2022
12. A.M. Taddese et al., Focus on Microscopy 2022 :
www.focusonmicroscopy.org/2022-home/
11. R. Abbessi et al., Focus on Microscopy 2022 :
www.focusonmicroscopy.org/2022-home/
10. A.M. Taddese et al., Journées Optique SFO 2022
9. R. Abbessi et al., SPIE Photonics Europe 2022 :
doi.org/10.1117/12.2618295
8. N. Verrier et al. ISOT 2021
7. S. Laroche et al., Journées Optique SFO 2021
6. A.M. Taddese et al., Journées Optique SFO 2021
5. A.M. Taddese et al. Focus on Microscopy 2021 : www.focusonmicroscopy.org/2021/PDF/1042_Taddese.pdf
4. S. Laroche et al., Journées d’imagerie optique non conventionnelle (GdR ISIS) 2021
3. A.M. Taddese et al., Journées d’imagerie optique non conventionnelle (GdR ISIS) 2021
2. N. Verrier et al., SPIE Photonics Europe 2020 : doi.org/10.1117/12.2559200
1. A.M. Taddese et al., Journées d’imagerie optique non conventionnelle (GdR ISIS) 2020

Les méthodes de microscopie haute-résolution sont un des éléments fondamentaux dans les études en imagerie biomédicale.
Les travaux nobélisés de Bertzig et Hell en microscopie PALM/STED/STORM ont montré la possibilité d'imager à des résolutions de l'ordre de 50nm.
Néanmoins, ces méthodes nécessitent l'utilisation de marqueurs fluorescents, ce qui peut être un aspect limitant dans le cadre d'un protocole d'imagerie du vivant.

En parallèle le développement de méthodes d'interférométrie telle que la tomographie diffractive ont montré qu'il était possible d'obtenir une information structurelle en 3D sans agent de contraste.
De plus, l'utilisation de méthodes d'interférométrie hétérodyne offre la possibilité d'obtenir une information de mouvement (Doppler 2D) et ainsi discriminer les structures statiques des structures dynamiques.
Nous proposons ici de coupler ces deux méthodes au sein d'un même instrument dont le but serait d'imager sans agent de contraste la dynamique cellulaire (Doppler 3D).

Pour répondre aux contraintes, notamment en terme de cadence d'acquisition, les efforts sont portés à la fois sur les aspects expérimentaux (utilisations de dispositifs de balayage et d'acquisition très haute cadence) et numérique (amélioration et optimisation des méthodes de reconstruction pour limiter le nombre d'images nécessaires).

A l'issue de ce projet, il sera possible de réaliser des acquisitions tomographiques avec contraste Doppler, sans marquage et sur objet dynamique avec une cadence d’acquisition de l'ordre de la dizaine d'image par seconde.
Nous espérons que les résultats obtenus dans le cadre du projet THTTM permettront d'ouvrir de nouvelles perspectives pour la caractérisation d'échantillons vivants.