Fluorescence time-resolved imaging system embedded in an ultrasound prostate probe

Ultrasound imaging (US) of the prostate has a low specificity to distinguish tumors from the surrounding tissues. This limitation leads to systematic biopsies. Fluorescent diffuse optical imaging may represent an innovative approach to guide biopsies to tumors marked with high specificity contrast agents and therefore enable an early detection of prostate cancer. This article describes a time-resolved optical system embedded in a transrectal US probe, as well as the fluorescence reconstruction method and its performance. Optical measurements were performed using a pulsed laser, optical fibers and a time-resolved detection system. A novel fast reconstruction method was derived and used to locate a 45 µL ICG fluorescent inclusion at a concentration of 10 µM, in a liquid prostate phantom. Very high location accuracy (0.15 cm) was achieved after reconstruction, for different positions of the inclusion, in the three directions of space. The repeatability, tested with ten sequential measurements, was of the same order of magnitude. Influence of the input parameters (optical properties and lifetime) is presented. These results confirm the feasibility of using optical imaging for prostate guided biopsies

Cramer-Rao analysis of steady-state and time-domain fluorescence diffuse optical imaging

Using a Cramer-Rao analysis, we study the theoretical performances of a time and spatially resolved fDOT imaging system for jointly estimating the position and the concentration of a point-wide fluorescent volume in a diffusive sample. We show that the fluorescence lifetime is a critical parameter for the precision of the technique. A time resolved fDOT system that does not use spatial information is also considered. In certain cases, a simple steady-state configuration may be as efficient as this time resolved fDOT system

Méthodes optiques résolues en temps pour la tomographie de fluorescence dans les milieux diffusants

Fluorescence diffuse optical imaging is an emerging diagnostic tool for localization and quantification of fluorescent probes in biological tissues. Time-resolved approaches are one of these techniques. An incident impulse of excitation light is sent to the medium and its temporal distribution is measured at the detection point. In this context, this thesis work deals with the study of light propagation models within the diffusion approximation. An experimental set up using a time-correlated single photon counting (TCSPC) detection system is presented. We provided methods for the characterization of the optical properties (A. Laidevant et al., Applied Optics, 45(19), 4756-4764) and the localization of a fluorescent inclusion (A. Laidevant et al., Applied Optics, in press) in a turbid medium, according to its geometry.L'imagerie optique diffuse de fluorescence est un outil émergent de diagnostic pour la localisation et la quantification de sondes fluorescentes dans les tissus biologiques. Les techniques temporelles sont un mode de réalisation de ce type d'imagerie. Le principe est d'utiliser une impulsion lumineuse, puis de mesurer sa déformation après interaction avec le milieu. Dans ce contexte, ce travail de thèse s'articule autour de l'étude de modèles de propagation lumineuse dans le cadre de l'approximation de la diffusion. La mise en œuvre d'un banc de mesure des courbes temporelles utilisant une chaîne de comptage de photon unique TCSPC (Time Correlated Single Photon Counting) est présentée. Nous avons proposé des méthodes de caractérisation des propriétés optiques (A. Laidevant et al., Applied Optics, 45(19), 4756-4764, 2006) et de localisation d'une inclusion fluorescente (A. Laidevant et al., Applied Optics, sous presse) dans un milieu diffusant homogène, en tenant compte de sa géométrie

Méthodes optiques résolues en temps pour la tomographie de fluorescence dans les milieux diffusants

Fluorescence diffuse optical imaging is an emerging diagnostic tool for localization and quantification of fluorescent probes in biological tissues. Time-resolved approaches are one of these techniques. An incident impulse of excitation light is sent to the medium and its temporal distribution is measured at the detection point. In this context, this thesis work deals with the study of light propagation models within the diffusion approximation. An experimental set up using a time-correlated single photon counting (TCSPC) detection system is presented. We provided methods for the characterization of the optical properties (A. Laidevant et al., Applied Optics, 45(19), 4756-4764) and the localization of a fluorescent inclusion (A. Laidevant et al., Applied Optics, in press) in a turbid medium, according to its geometry.L'imagerie optique diffuse de fluorescence est un outil émergent de diagnostic pour la localisation et la quantification de sondes fluorescentes dans les tissus biologiques. Les techniques temporelles sont un mode de réalisation de ce type d'imagerie. Le principe est d'utiliser une impulsion lumineuse, puis de mesurer sa déformation après interaction avec le milieu. Dans ce contexte, ce travail de thèse s'articule autour de l'étude de modèles de propagation lumineuse dans le cadre de l'approximation de la diffusion. La mise en œuvre d'un banc de mesure des courbes temporelles utilisant une chaîne de comptage de photon unique TCSPC (Time Correlated Single Photon Counting) est présentée. Nous avons proposé des méthodes de caractérisation des propriétés optiques (A. Laidevant et al., Applied Optics, 45(19), 4756-4764, 2006) et de localisation d'une inclusion fluorescente (A. Laidevant et al., Applied Optics, sous presse) dans un milieu diffusant homogène, en tenant compte de sa géométrie

Méthodes optiques résolues en temps pour la tomographie de fluorescence dans les milieux diffusants

L'imagerie optique diffuse de fluorescence est un outil émergent de diagnostic pour la localisation et la quantification de sondes fluorescentes dans les tissus biologiques. Les techniques temporelles sont un mode de réalisation de ce type d'imagerie. Le principe est d'utiliser une impulsion lumineuse, puis de mesurer sa déformation après interaction avec le milieu. Dans ce contexte, ce travail de thèse s'articule autour de l'étude de modèles de propagation lumineuse dans le cadre de l'approximation de la diffusion. La mise en œuvre d'un banc de mesure des courbes temporelles utilisant une chaîne de comptage de photon unique TCSPC (Time Correlated Single Photon Counting) est présentée. Nous avons proposé des méthodes de caractérisation des propriétés optiques (A. Laidevant et al., Applied Optics, 45(19), 4756-4764, 2006) et de localisation d'une inclusion fluorescente (A. Laidevant et al., Applied Optics, sous presse) dans un milieu diffusant homogène, en tenant compte de sa géométrie.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Bimodality Ultrasound/Optical Imaging:Registration and 2D/3D Visualization

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Near-infrared pulsed light to guide prostate biopsy

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