Tomographie à cohérence optique - Applications à l’ophtalmologie et à l’imagerie de biofilms

La microscopie optique permet de caractériser des échantillons, industriels ou biologiques, à une résolution de l’ordre du micromètre sur des échelles de l’ordre du mm³. À l’inverse de l’imagerie de fluorescence, technique de microscopie la plus populaire en biologie notamment, l’imagerie sans marquage utilise les propriétés intrinsèques des matériaux et autres tissus biologiques pour en caractériser la structure et éventuellement la fonction. Les propriétés d’absorption de la lumière, de diffusion, c’est-à-dire la capacité d’un objet à changer la direction d’une lumière incidente, ou encore de déphasage, soit la capacité à retarder une lumière incidente, peuvent être utilisées et combinées pour caractériser finement un échantillon.

De manière générale en imagerie, il est souvent souhaitable de maximiser le volume d’observation de l’échantillon, tout en conservant une résolution la plus fine possible. Néanmoins, la résolution axiale, dans la direction de propagation de l’onde, décroît très vite avec l’ouverture numérique, de telle sorte qu’il est difficile d’imager de grands champs de vue tout en conservant une résolution axiale suffisante. En imagerie ultrasonore, ce problème est réglé en mesurant le temps de propagation que l’onde acoustique met pour faire un aller-retour de la source au détecteur, afin de retrouver la profondeur d’une structure donnée.

La tomographie à cohérence optique, ou OCT (Optical coherence tomography) en anglais, peut être décrite comme l’équivalent optique de l’imagerie ultrasonore. Elle permet d’imager les structures qui rétrodiffusent la lumière- essentiellement ici dû à un contraste d’indice optique- et de mesurer la profondeur de ces structures via la mesure du temps de propagation des photons dans l’échantillon. Malheureusement, ce n’est pas aussi simple en optique à cause de la trop grande vitesse de la lumière, et il est nécessaire d’utiliser une mesure indirecte grâce aux propriétés d’interférences optiques à faible cohérence. Il devient alors possible de mesurer des différences de temps de propagation entre les photons diffusés par l’échantillon et ceux réfléchis par un miroir de référence dont la position axiale est contrôlée. Ainsi, la résolution axiale en OCT ne dépend que des propriétés de cohérence de la lumière et non plus des paramètres d’imagerie. Cela permet éventuellement de maximiser les volumes d’échantillon imagés.

Cet article a pour objectif la description de la technique d’OCT, et de comparer les différentes configurations existantes. Afin de bien comprendre les enjeux et principes sous-jacents à cette technique, des principes généraux de microscopie et d’interférométrie sont présentés dans un premier temps.

Les diverses configurations possibles en OCT sont détaillées dans l’article avant de se focaliser sur la configuration la plus utilisée, dite d’OCT en domaine de Fourier. L’article détaille la formation et les caractéristiques des images obtenues, ainsi que des applications en imagerie de la rétine et de biofilms bactériens.