Imagerie acousto-optique en milieux diffusants
Nous développons un certain nombre d’axes expérimentaux centrés sur l’imagerie acousto-optique, avec pour objectif de rendre cette méthode d’imagerie compatible avec les expérimentations in vivo sur petit animal. Deux résultats remarquables ont été obtenus récemment concernant d’une part l’optimisation du mode d’excitation, et d’autre part la mise au point d’une méthode de détection compatible in vivo. Le mode d’excitation ultrasonore est un aspect important car il conditionne la quantité de photons marqués par les ultrasons. Alors que les ultrasons sont traditionnellement appliqués en impulsions à la manière de l’échographie standard (B-mode), nous avons proposé d’utiliser des modes d’excitation de type ondes planes structurées, ressemblant en quelque sorte à une tomographie. Celles-ci permettent de maximiser l’énergie acoustique dans la zone de lumière, tout en respectant les normes médicales acoustiques. Différentes formes d’excitation ont été utilisées et testées avec des méthodes de détection holographique avec caméras, ou utilisant un cristal photo-réfractif. Un effort important a été fourni dans la mise en œuvre de ces excitations ainsi que la reconstruction du signal, qui ne donne pas directement l’information. La figure ci-dessous montre l’image obtenue par reconstruction, notamment avec le développement de l’imagerie dans le domaine de Fourier. [Bocoum et al., Optics Lett. 2020] [Dutheil et al., Applied Optics 2021].
(a) Image reconstruite de deux inclusions absorbantes dans un gel dix fois moins diffusant qu’un tissu biologique par imagerie A0 dans le domaine de Fourier. (b) Profil transrse selon l’axe z.
En parallèle à ces détections interférométriques, nous avons développé une méthode de filtrage des photons marqués basée sur un filtre spectral, qui présente l’avantage d’être insensible aux mouvements in vivo, contrairement aux méthodes plus répandues basées sur l’interférométrie. Le signal acousto-optique étant décalé de la porteuse laser de quelques MHz (quelques 10-6 nm), il ne peut être simplement filtré à l’aide d’un spectromètre.
Cependant, on peut créer avec un laser une étroite fenêtre de transparence (MHz) dans la raie d’absorption inhomogène d’un cristal inorganique dopé avec des ions terres rares et refroidi à 3K. Grâce à ce « trou spectral », le cristal laisse alors passer seulement les photons pertinents. Le développement de ce montage à l’interface entre la spectroscopie à basse température, l’optique en milieux diffusants et la biologie, nous a permis de publier les toutes premières images acousto-optiques in vivo (Fig. 12), en utilisant comme modèle une souris avec injection d’indocyanine green (absorbant à 800nm). [Thai et al., Biomed Optics Express 2022].
Illustration du dispositif de détection de photons marqués in-vivo détectés par filtrage spectral. Les ultrasons émis par une sonde échographique reposant sur un adaptateur fabriqué en Agar pénètrent dans le foie d’une souris endormie et sont filtrés par un cristal Tm : YAG refroidi à 3K.
Contacts : Maïmouna Bocoum, Anne Louchet-Chauvet, François Ramaz
