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Page modifiée le lundi 18 septembre 2017

Développement d’un système d’imagerie acousto-optique

Dominique Ettori, Eric Tinet, Jean-Michel Tualle
Ancien doctorant : Kinia Barjean (soutenance mars 2016)


L’imagerie acousto-optique est une méthode prometteuse pour imager les tissus biologiques en profondeur. Il s’agit d’une technologie émergente alliant le contraste de l’imagerie optique proche infrarouge avec la résolution spatiale des ultrasons. L’onde ultrasonore module l’indice de réfraction du milieu ainsi que la position des particules diffusantes. En éclairant le tissu avec une source de lumière monochromatique cela entraine une modulation, à la fréquence des ultrasons, de la figure de speckle issue de la propagation diffuse de la lumière. Un défi majeur consiste à enregistrer cette modulation très faible, en gardant à l’esprit que les grains de speckle n’oscillent pas en phase et que leurs modulations ne s’ajoutent donc pas de manière cohérente. Parmi les nombreuses solutions actuellement étudiées pour effectuer de telles mesures, l’équipe OMA a développé, en collaboration avec l’Institutd’Electronique Fondamentale (Orsay) un circuit intégré qui présente de nombreux avantages pour cette application : c’est une technologie compacte et de faible coût, et qui permet la mesure des corrélations temporelles de la figure de speckle, ce qui donnerait accès à un nouveau type de contraste utile au diagnostic médical.

Nous avons ainsi entrepris une collaboration avec l’équipe de François Ramaz à l’Institut Langevin, qui est spécialisée dans l’imagerie acousto-optique. Ce travail a été financé par le projet ANR ICLM (Imagerie Cohérente de Lumière Multi-diffusée). Le LPL a développé un prototype embarqué (fig.1) pour simplifier la mise en œuvre de notre détecteur sur le dispositif expérimental de l’Institut Langevin. Ce système permet une détection synchrone du signal de modulation sur chaque grain de speckle, et filtre ainsi ce que l’on appelle les photons marqués, qui sont les photons qui ont interagi avec le faisceau ultrasonore. Nous avons ainsi une sélection spatiale de la lumière diffuse déterminée par la forme de l’onde ultrasonore.

 

Fig. 1 : Prototype pour l’imagerie acousto-optique

Fig. 1 : Prototype pour l’imagerie acousto-optique

 

Le signal marqué provient de l’ensemble du faisceau ultrasonore et, comme nous utilisons un faisceau continu dans cette expérience, nous n’avons a priori pas de résolution axiale. Nous avons toutefois développé un nouveau protocole [1], l’imagerie acousto-optique par transformée de Fourier, afin de pouvoir obtenir cette résolution axiale. Ce protocole est particulièrement adapté à notre application et permet d’obtenir des performances intéressantes en termes de rapport signal à bruit. Nous avons ainsi montré qu’en introduisant un saut de phase périodique dans l’onde ultrasonore et en utilisant le signal de démodulation approprié, il était possible d’obtenir la transformée de Fourier du profil acousto-optique axial. Un profile axial (‘z-scan’) peut alors être reconstruit par une simple transformation de Fourier inverse. La figure 2 présente une image acousto-optique obtenue avec cette méthode [2], en utilisant un balayage mécanique a direction transverse. Les deux inclusions absorbantes, insérées dans un gel diffusant de 2cm d’épaisseur, sont clairement résolues, illustrant la résolution spatiale potentielle de cette méthode.

 

Fig. 2 : Image acousto-optique de deux inclusions absorbantes insérées dans un gel diffusant

Fig. 2 : Image acousto-optique de deux inclusions absorbantes insérées dans un gel diffusant

 

Contact

Jean-Michel Tualle

 

Références

  1. Barjean K., Ramaz F., Tualle J.-M.,
    Theoretical study of Fourier-transform acousto-optic imaging,.
    Journal of the Optical Society of America A, 33, 5, 854-862, (2016)
  2. Barjean K., Contreras K., Laudereau J.-B., Tinet É., Ettori D., Ramaz F., Tualle J.-M.,
    Fourier transform acousto-optic imaging with a custom-designed CMOS smart-pixels array,
    Optics letters, 40, 5, 705-708, (2015)
    .

  3. Barjean K., Contreras K., Laudereau J.-B., Tinet É., Ettori D., Ramaz F., Tualle J.-M.,
    Acousto-optic imaging with a smart-pixels sensor,
    Proc. SPIE 9403, Image Sensors and Imaging Systems 2015, 940308 (2015/03/13).


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