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1. Li, Shengfu. Contribution to quantitative photoacoustic reconstruction : Forward models and inversion schemes : Contribution à la reconstitution photoacoustique quantitative : Modèles directs et méthodes inverses.

Degree: Docteur es, Photoacoustic imaging, 2015, INSA Lyon

L'imagerie photoacoustique (IPA) des tissus biologiques permet de combiner les avantages des imageries optique et ultrasonore. Le principal contraste endogène pour l’IPA provient des vaisseaux sanguins en raison de la forte absorption de l'hémoglobine par rapport aux tissus environnants. De plus, les vaisseaux sanguins sont à peu près cylindriques et la concentration d'hémoglobine peut être supposée uniforme à l'intérieur des veines. Comme première contribution, nous avons développé dans cette thèse un modèle analytique de fluence optique pour plusieurs inhomogénéités cylindriques parallèles incorporées dans un milieu turbide. Les modèles analytiques n’existent que pour les cas simples. Pour traiter des situations plus complexes, comme les tissus biologiques, les méthodes numériques sont nécessaires. La deuxième contribution de cette thèse consiste à développer un solveur multigrilles de l'équation de diffusion optique et donc de proposer une méthode numérique efficace pour résoudre la fluence optique. Enfin, notre troisième contribution concerne la reconstruction de la tomographie quantitative photoacoustique (TQPA). Basée sur les modèles efficaces présentées dans les première et seconde contributions, nous avons proposé une méthode de reconstruction basée sur le modèle direct analytique pour les cas simples et une méthode d'inversion basée sur multigrille pour les cas plus réalistes. Les avantages de la méthode d'inversion basée sur multigrille sont présentés à la fois en terme de temps de calcul et de vitesse de convergence. Une validation expérimentale est présentée dans le dernier chapitre de cette thèse, prouvant la validité et l'analyse des performances des méthodes développées.

Photoacoustic imaging (PAI) of biological tissues tries to combine the advantages of optical and acoustical imaging. The main endogenous contrast for PAI is derived from blood vessels due to the strong absorption of hemoglobin compared to the background tissues. Furthermore, blood vessels are roughly cylindrical and hemoglobin concentration can be assumed to be uniform inside the vessel. Therefore, the blood vessels can be considered as “cylindrical inhomogeneities”. As a first contribution, we have developed in this thesis an analytical model of optical fluence for multiple parallel cylindrical inhomogeneities embedded in an otherwise homogeneous turbid medium. Analytical models only exist for simple cases. To deal with more complex situations like biological tissues, numerical methods are required. The second contribution of this thesis is to develop a multigrid solver of optical diffusion equation and therefore to propose an efficient numerical method to resolve the optical fluence. Finally, our third contribution is concerned with quantitative PA tomography (QPAT) reconstruction. Based on the efficient models presented in the first and second contributions, we have proposed an analytic-based reconstruction method for simple cases and a multigrid-based inversion scheme for more realistic cases. The advantages of multigrid-based…

Advisors/Committee Members: Vray, Didier (thesis director).

Subjects/Keywords: Imagerie médicale; Imagerie photoacoustique; Fluence optique; Modèle analytique; Modèle numérique; Problème inverse; Méthodes multigrilles; Reconstruction quantitative; Tomographie; Medical Imaging; Photoacoustic imaging; Optical fluence; Analytical model; Numerical model; Inverse problem; Multigrid method; Quantitative reconstruction; Tomography; 616.075 430 72

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APA (6th Edition):

Li, S. (2015). Contribution to quantitative photoacoustic reconstruction : Forward models and inversion schemes : Contribution à la reconstitution photoacoustique quantitative : Modèles directs et méthodes inverses. (Doctoral Dissertation). INSA Lyon. Retrieved from http://www.theses.fr/2015ISAL0021

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Li, Shengfu. “Contribution to quantitative photoacoustic reconstruction : Forward models and inversion schemes : Contribution à la reconstitution photoacoustique quantitative : Modèles directs et méthodes inverses.” 2015. Doctoral Dissertation, INSA Lyon. Accessed March 09, 2021. http://www.theses.fr/2015ISAL0021.

MLA Handbook (7th Edition):

Li, Shengfu. “Contribution to quantitative photoacoustic reconstruction : Forward models and inversion schemes : Contribution à la reconstitution photoacoustique quantitative : Modèles directs et méthodes inverses.” 2015. Web. 09 Mar 2021.

Vancouver:

Li S. Contribution to quantitative photoacoustic reconstruction : Forward models and inversion schemes : Contribution à la reconstitution photoacoustique quantitative : Modèles directs et méthodes inverses. [Internet] [Doctoral dissertation]. INSA Lyon; 2015. [cited 2021 Mar 09]. Available from: http://www.theses.fr/2015ISAL0021.

Council of Science Editors:

Li S. Contribution to quantitative photoacoustic reconstruction : Forward models and inversion schemes : Contribution à la reconstitution photoacoustique quantitative : Modèles directs et méthodes inverses. [Doctoral Dissertation]. INSA Lyon; 2015. Available from: http://www.theses.fr/2015ISAL0021

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