Matrix Approaches in Acousto-Optic Imaging

Approches matricielles en imagerie acousto-optique L'imagerie est un outil clef du diagnostic médical. Les méthodes d'imagerie optique classiques telles que la microscopie ou la tomographie de cohérence optique se heurtent à la diffusion multiple de la lumière au bout de quelques libres parcours moyens de transport (~ mm) dans les milieux biologiques. Fondée sur la détection de photons issus d'une source de lumière cohérente et marqués par un champ acoustique, l'imagerie acousto-optique est une technique d'imagerie optique en milieux fortement diffusants avec une résolution millimétrique. Pour cela les techniques de façonnage de l'onde acoustique permettent de maîtriser la zone dans laquelle le marquage de la lumière par les ultrasons a lieu. La quantité de photons marqués étant proportionnelle à l'intensité lumineuse locale de la zone insonnifiée, la sélection de la lumière marquée en sortie du milieu permet ainsi de remonter à une information de contraste optique dans la zone couverte par les ultrasons. Nous pouvons alors reconstruire la carte d'intensité à l'intérieur du milieu diffusant. Dans ce travail, nous utilisons l'holographie hétérodyne hors-axe comme méthode de détection des photons marqués. Cette méthode interférométrique utilise une onde de référence à la fréquence des photons marqués. Les franges d'interférences sont échantillonnées par les pixels de la caméra ce qui permet la reconstruction sélective du champ lumineux. Des résultats expérimentaux sont présentés accompagnés de simulations. Nous développons l'illumination acoustique en ondes planes structurées. Cette méthode permet d'imager un plan en sondant ses composantes de Fourier. Combinée avec la détection sur caméra, elle permet de proposer un temps d'imagerie compatible avec le contexte de l'in vivo. Nous avons ensuite investigué des modulations acoustiques non-linéaires de la lumière pour réduire la zone de marquage. Enfin, les techniques de façonnage du front d'onde optique nous ont permis de mesurer la matrice de transmission acousto-optique du milieu. Cette matrice lie le front d'onde optique entrant au champ marqué sortant. Nous l’avons mise à profit pour mettre en évidence les canaux de transmission contraints au travers de la tache acoustique. Nous montrons que l'étude de cette matrice par analyse en composantes principales permet de focaliser l'onde optique à l'intérieur de la tache acoustique et ainsi de vaincre la limite de résolution acoustique.