Équipes de recherche  | Optique des milieux Aléatoires
Page modifiée le jeudi 10 mars 2011

L’étude de la propagation de la lumière en milieu aléatoire constitue notre axe majeur de recherche. Plus précisément, nous mettons au point des méthodes théoriques et expérimentales permettant la mesure précise des coefficients optiques d’absorption et de diffusion dans des milieux homogènes ou multicouches.

Ces mesures fournissent des informations sur la structure et le métabolisme des tissus biologiques, et se révèlent ainsi très utiles pour le diagnostic médical.

Au plan théorique, nous travaillons au développement de simulations numériques du transfert radiatif et à la mise au point d’algorithmes efficaces pour le traitement du problème inverse.

Au plan expérimental, nous développons différents dispositifs de mesures, validés dans notre laboratoire sur des milieux artificiels calibrés, puis nous développons des prototypes dédiés aux études cliniques.
Nous avons déjà abordé de nombreux domaines de la médecine et établi des relations étroites avec plusieurs équipes de recherche médicale et avec plusieurs industriels. Nous avons notamment conçu plusieurs oxymètres capables de fournir une évaluation locale quantitative du taux d’oxygénation des tissus. Nous avons aussi démontré la possibilité d’obtenir une détection précoce fiable des tumeurs de la vessie grâce à l’analyse de la lumière d’auto-fluorescence consécutive à une excitation dans l’ultra-violet.

La demande croissante, de la part du milieu médical, de données plus fiables et plus riches nous a conduit, vu la difficulté du problème inverse, à étudier la dynamique temporelle de la lumière diffuse. Le temps de transit de la lumière étant de l’ordre de la nanoseconde, nous avons d’abord utilisé des technologies picosecondes pour obtenir ces données. Parallèlement à ces travaux, nous avons développé une nouvelle méthode pour effectuer des mesures résolues dans le temps de la lumière diffuse (brevet déposé). L’idée consiste à moduler la longueur d’onde d’une diode laser monochromatique, et à mesurer les fluctuations de tavelures qui résultent de cette modulation à l’aide d’un dispositif interférométrique. Nous avons montré qu’il était ainsi possible de reconstituer par un traitement numérique, la réponse qu’aurait fournie le système explicitement dédié à la résolution temporelle.

De plus, en utilisant des mesures successives, nous pouvons obtenir la fonction de corrélation normalisée g1(t,t) du champ électromagnétique. Soulignons ici la présence de deux échelles de temps: le temps de décorrélation t = pT/2 (T étant la période de la modulation en longueur d’onde de la source) et le temps de transit t de la lumière dans le milieu. La fonction de corrélation normalisée à un comportement exponentiel en fonction du temps de transit t : tout se passe comme si on introduisait dans le milieu un coefficient d’absorption supplémentaire lié à la décorrélation de la lumière diffuse. Ce coefficient d’absorption effectif est ajustable puisqu’il dépend du temps de décorrélation et que ce dernier est arbitraire.

Il nous est ainsi possible d’analyser le mouvement des diffuseurs dans un milieu diffusant, et plus particulièrement celui des globules rouges dans les tissus biologiques, qui sont la principale source de décorrélation dans ces milieux.


Dispositif interférométrique pour la mesure résolue en temps de la lumière diffuse.
Comparaison entre le résultat expérimental obtenu avec notre dispositif interférométrique (courbe rouge), le résultat expérimental obtenu avec un laser TiSa femtoseconde et une caméra à balayage de fente (courbe verte) et le résultat calculé par une simulation de Monte Carlo (courbe bleue). Réflectance pour une distance source-détecteur de 1 cm sur un milieu de coefficient d’absorption égal à 0,02 cm-1 et de coefficient de diffusion réduit égal à 10,3 cm-1.<br>

Dispositif interférométrique pour la mesure résolue en temps
de la lumière diffuse.


Comparaison entre le résultat expérimental obtenu avec notre dispositif interférométrique (courbe rouge), le résultat expérimental obtenu avec un laser TiSa femtoseconde et une caméra à balayage de fente (courbe verte) et le résultat calculé par une simulation de Monte Carlo (courbe bleue). Réflectance pour une distance source-détecteur de 1 cm sur un milieu de coefficient d’absorption égal à 0,02 cm-1 et de coefficient de diffusion réduit égal à 10,3 cm-1.




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