Présentation
EnglishRÉSUMÉ
La détection de petits objets à l’intérieur de milieux diffusants est limitée par le régime de diffusion multiple de la lumière. C’est le cas des milieux biologiques si l’on souhaite une analyse au-delà du millimètre de profondeur.
L’imagerie acousto-optique exploite le couplage entre la lumière et les ultrasons, balistiques et peu atténués dans les milieux biologiques (fréquence ultrasonore < 20 MHz). Il est alors possible d’obtenir une information optique locale guidée par les ultrasons. Cette approche bimodale fournit deux informations complémentaires, à savoir une image échographique et une image optique du milieu.
Cet article introduit les principes de l’imagerie acousto-optique, illustrés par différentes configurations expérimentales qui permettent d’effectuer ce type d’imagerie.
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Lire l’articleAuteur(s)
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François RAMAZ : Maître de conférences - Institut Langevin Ondes & Images, ESPCI Paris
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Maïmouna BOCOUM : Chargée de recherches CNRS - Institut Langevin Ondes & Images, ESPCI Paris
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Anne LOUCHET-CHAUVET : Chargée de recherches CNRS - Institut Langevin Ondes & Images, ESPCI Paris
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Jean-Michel TUALLE : Chargé de recherches CNRS - Laboratoire de physique des lasers, CNRS, Villetaneuse, France
INTRODUCTION
L’imagerie acousto-optique est une méthode hybride qui permet de visualiser grâce à la lumière des objets enfouis dans des milieux diffusants épais (> cm), avec des applications, comme en imagerie médicale pour la détection de tumeurs.
Une information optique est pertinente, car elle complète des données obtenues par d’autres techniques d’imagerie médicale en apportant un contraste supplémentaire pour l’aide au diagnostic, comme un métabolisme ou une identification d’espèce.
Un paramètre, jugé important dans de nombreux cas, est le taux de saturation d’oxygène dans le sang, que l’on peut obtenir en effectuant une mesure à plusieurs longueurs d’ondes, compte tenu du fait que l’hémoglobine (Hb) et l’hémoglobine oxygénée (HbO) possèdent des spectres d’absorption différents dans le proche infrarouge. Seulement, le phénomène de diffusion multiple dans ces milieux empêche une imagerie directe bien résolue (c’est-à-dire submillimétrique) dès lors qu’une exploration centimétrique est souhaitée. On peut cependant retrouver une information locale en associant lumière et ultrasons et profiter du caractère balistique de ces derniers pour guider la mesure optique à l’intérieur du milieu en balayant leur position, comme le fait un échographe standard.
Cependant, cette méthode dite « imagerie acousto-optique » ou encore UOT pour « Ultrasound Optical Tomography » est délicate à mettre en œuvre, dans la mesure où les signaux optiques collectés sont faibles. De plus, la lumière sortant de ce type de milieu possède un front d’onde spatial aléatoire (dit « speckle »), ce qui nécessite un traitement adapté.
Nous présenterons, dans un premier temps, le contexte de ce type d’imagerie avec un bref rappel des techniques d’imagerie médicale existantes. Afin d’avoir un panorama le plus large possible, nous décrirons, dans les grandes lignes, les techniques de tomographie optique diffuse et d’imagerie photo-acoustique, qui sont des méthodes concurrentes de l’imagerie acousto-optique.
Nous donnerons ensuite les bases théoriques de l’effet acousto-optique afin de comprendre comment l’on peut accéder à une information optique locale dans le milieu, par sélection des photons, dits « marqués », grâce à des ultrasons. Ces notions nous permettront de comprendre les configurations expérimentales qui sont en cours de développement, à savoir l’interférométrie adaptative avec des cristaux photoréfractifs, l’holographie numérique, ou encore le filtrage spectral des photons marqués par les ultrasons reposant sur le phénomène de creusement spectral.
Un dernier chapitre s’intéressera aux différentes formes d’excitations ultrasonores appliquées dans le milieu, et qui permettent d’améliorer significativement le rapport signal-à-bruit de la mesure.
MOTS-CLÉS
imagerie Ultrasons effet acousto-optique Holographie numérique milieux diffusants creusement spectral
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Modes d’excitation ultrasonore
Comme nous l’avons vu au paragraphe 2.3.1, l’effet acousto-optique engendre une perturbation du champ électromagnétique, qui correspond au marquage de la lumière par l’onde acoustique. Grâce au développement des sondes échographiques, il est possible de générer facilement des ondes acoustiques avec des profils spatiaux et temporels variés. Nous allons voir dans ce chapitre comment on peut exploiter cette versatilité pour optimiser la modalité d’imagerie acousto-optique.
4.1 Fonction de marquage
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BIBLIOGRAPHIE
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(5) - DEBYE (P.), SEARS (F.W.) - On the scattering of light by supersonic waves, - Proc....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Holographie numérique en ligne appliquée aux mesures en mécanique des fluides
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