Research Topics

laboratoire d'optique
et de magnétisme
optimag

MICROSCOPIE MULTIMODALE

Membres impliqués

Sylvain Rivet, Matthieu Dubreuil, Yann Le Grand, Gaël Leroux (technicien).

Objectifs

Mise en œuvre de l'imagerie multimodale et polarimétrique (Mueller, SHG, TPEF) au microscope à balayage laser. Applications dans les domaines de la biophotonique (diagnostic, imagerie des tissus animaux et végétaux, imagerie matricielle extracellulaire...) et de la science des matériaux (cristaux liquides, couches minces...).

Description

Des modalités d'imagerie sur mesure ont été (et sont toujours) développées à partir de microscopes à balayage laser commerciaux (Olympus BX51WI-FV300) et modulaires pour fournir divers contrastes tels que ceux basés sur la polarimétrie de Mueller, la deuxième génération harmonique (SHG) et la fluorescence par excitation à deux photons (TPEF).

microscopie de Mueller

Le premier microscope à balayage laser capable d'acquérir une image de Mueller en un seul balayage a été développé par notre groupe. Le polarimètre de Mueller utilise une source laser à balayage à 100 kHz (voir section domaine spectral Polarimétrie de Mueller), qui est compatible avec le pixel dwell-time du microscope. L'acquisition des spectres canalisés a été synchronisée avec les scanners galvo et les blocs PSG/PSA ont été intégrés dans le trajet optique du microscope. Le microscope fonctionne actuellement en transmission et sera étendu à la géométrie de réflexion. L'affichage en temps réel des images est en cours de développement.


Images 408×512 Mueller de (a), (b) une biopsie du foie humain, et (c), (d) une section de roche gabbro.
(a), (c) Retardateur linéaire RL, et (b), (d) son orientation αR. Champ d'images : 1,75×1,75 mm.

Microscopie SHG/TPEF

Un oscillateur femtoseconde (Verdi-Mira - Cohérent) est utilisé comme source laser. Des trajets de détection SHG (transmission et rétrodiffusion) et TPEF (avec et sans rétrodiffusion) sur mesure ont été implémentés sur microscope confocal à balayage. Plusieurs études biomédicales ont été menées en collaboration avec des groupes de biologistes et de médecins.

  • Imagerie et quantification du collagène pour le diagnostic de la fibrose hépatique


Image SHG d'un échantillon de foie humain F4

  • Imagerie et quantification du collagène et de l'élastine dans les parois des vaisseaux pour l'évaluation de l'athérosclérose


Image combinée SHG (bleu) et TPEF (jaune) d'une paroi de vaisseau de lapin

  • Etude de la réinnervation de la peau humaine



Fibres nerveuses (jaunes) et fibres de collagène (bleues) dans un modèle de peau humaine réinnervée
tel qu'imagé par des microscopies couplées TPEF et SHG

  •  Imagerie polarimétrique SHG du muscle de rat en cas de septicémie


(a,c) Image SHG à polarisation circulaire (b,d) paramètre d'anisotropie SHG image du muscle du rat EDL
dans les conditions de contrôle (a,b) et septiques (c,d)

Thèse de doctorat

A. Le Gratiet, "Développement d'un polarimètre de Mueller à codage spectral utilisant une swept-source : application à la microscopie à balayage laser". Université de Brest - UBO (2016). Directeur de thèse : Y. Le Grand et S. Rivet.

D. Sevrain, "Développements en microscopie non linéaire cohérente et incohérente et applications". Université de Brest - UBO (2013). Directeur de thèse : Y. Le Grand.


Sélection de publications

M. Dubreuil, F. Tissier, L. Le Roy, J.P. Pennec, S. Rivet, M.-A. Giroux-Metges, Y. Le Grand "Polarization-resolved second harmonic microscopy of skeletal muscle in sepsis" Biomed. Opt. Express 9(12), 6350-6358 (2018).

A. Le Gratiet, S. Rivet, M. Dubreuil and Y. Le Grand, "Scanning Mueller polarimetric microscopy", Opt. Letters 41(18), 4336-4339 (2016).

F. Tissier, Y. Mallem, C. Goanvec, R. Didier, T. Aubry, N. Bourgeois, J-C Desfontis, M. Dubreuil, Y. Le Grand, J. Mansourati, K. Pichavant-Rafini, E. Plee-Gautier, P. Roquefort, M. Theron, M. Gilard, "A non-hypocholesterolemic atorvastatin treatment improves vessel elasticity by acting on elastin composition in WHHL rabbits", Atherosclerosis 2514, 70-77 (2016).

D. Sevrain, M. Dubreuil, G.E Dolman, A.M. Zaitoun, W.L. Irving, I.N. Guha, C. Odin, Y. Le Grand "Evaluation of area-based collagen scoring by nonlinear microscopy in chronic hepatitis C-induced liver fibrosis", Biomed. Opt. Express 6(4):1209–1218 (2015).

D. Sevrain, Y. Le Grand, V. Buhé, C. Jeanmaire, G. Pauly, J-L. Carré, L. Misery, N. Lebonvallet, "Two-photon microscopy of dermal innervation in a human re-innervated model of skin", Experimental dermatology, Volume 22, Issue 4, pages 290–291 (2013).

D. Sevrain, M. Dubreuil, A. Leray, C. Odin, Y. Le Grand, "Measuring the scattering coefficient of turbid media from two-photon microscopy" Opt. Express 21, 25221-25235 (2013).

M. Dubreuil, P. Babilotte, L. Martin, D. Sevrain, S. Rivet, Y. Le Grand, G. Le Brun, B. Turlin, B. Le Jeune "Mueller matrix polarimetry for improved liver fibrosis diagnosis", Opt. Letters, Vol. 37, Issue 6, pp.1061-1063 (2012).

Financements

CPER Sophie Photonique 2015-2020 (200k€) : laser femtoseconde (Vision II - Coherent) + microscope à balayage (Thorlabs) et accessoires.

Collaborations

  • Applied Optics Group (AOG), University of Kent, UK.
  • Laboratoire ORPHY, Université de Bretagne Occidentale, France.
  • Laboratoire des neurosciences de Brest (LNB), Université de Bretagne Occidentale, France.
  • Institut de Physique de Rennes (IPR), CNRS/Université de Rennes 1, France
  • Nottingham Digestive Diseases Biomedical Research Unit, Nottingham, UK.