L’imagerie à travers les tissus biologiques constitue un nouveau défi de l’optique porteur d’espoir pour le diagnostic médical. Les lasers sont utilisés de façon courante à des fins thérapeutiques et diagnostiques mais est encore très peu présents pour ce qui concerne l’imagerie de structures ou de textures à l’intérieur des tissus. La raison principale n’est pas liée à l’absorption mais à la diffusion qui donne aux photons des trajectoires aux directions aléatoires qui ne permettent pas d’identifier les structures rencontrées. L’enjeu des différentes techniques développées actuellement est de sélectionner un type de photons pour ainsi identifier les tissus traversés en fournissant un nouveau type de contraste.

Notre approche est basée sur le « marquage » de la trajectoire des photons avec un transducteur à ultrasons focalisés. Ce couplage repose sur plusieurs hypothèses :  - Les ultrasons se propagent à travers le milieu diffusant et se focalisent  en une petite zone à l’intérieur du milieu .  - Dans cette zone focale, les ultrasons produisent une pression, un déplacement des particules de la forme A(r) sin(ks .r - ws t) où A(r) est l’amplitude du déplacement et ks le vecteur d’onde .  - Ces variations de position induisent des déphasages périodiques qui modulent le faisceau lumineux passant dans la zone focale des ultrasons.

Le speckle induit par l’illumination cohérente du milieu biologique avec une diode laser, est modulé  à la même fréquence que le transducteur à ultrasons. Cette technique permet de marquer les photons passant dans une partie bien précise du milieu, et les informations reçues correspondent aux propriétés optiques et mécaniques de la zone sélectionnée.  La lumière modulée mesurée, diminue considérablement quand la zone focale des ultrasons marque une zone absorbante où de nombreux photons sont piégés, et donc on détecte un signal plus faible qui permet de localiser de façon précise la zone absorbante(cf. figure ci contre).  Le système de détection utilisant une caméra CCD et une détection synchrone multiplexée permet de traiter en parallèle la modulation d’un grand nombre de grains de speckle, et ainsi d’améliorer le rapport signal à bruit de deux ordres de grandeur.

Profil d'un objet absorbant placé dans un blanc  de dinde de 15 mm d'épaisseur

Grâce à la détection de ce contraste optique, l’enjeu de la méthode est de révéler à un stade précoce (taille de quelques mm) la présence de tissus anormaux qui sont optiquement plus absorbants que les tissus sains.

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