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L'imagerie par contraste de taches laser (LSCI) est une technique utilisée pour imager le flux sanguin et le mouvement des tissus dans des échantillons biologiques. Il exploite le motif de taches produit lorsqu'une lumière cohérente, telle que celle d'un laser, interagit avec une surface rugueuse ou un milieu inhomogène. La lumière laser réfléchie ou traversant une surface rugueuse ou en mouvement crée un motif d'interférence aléatoire appelé motif moucheté. Le contraste du motif de taches est lié à la vitesse et à la nature du mouvement dans l'échantillon. Les zones avec un mouvement plus rapide présentent un contraste de chatoiement plus faible, tandis que les zones statiques ou se déplaçant lentement ont un contraste plus élevé. Dans les tissus biologiques, les globules rouges se déplaçant dans les vaisseaux provoquent des modifications de la configuration des taches. Le LSCI peut être utilisé pour surveiller le flux sanguin dans les tissus, fournissant ainsi des informations précieuses dans les applications médicales et de recherche.
Figure 1 Un système LSCI typique
La figure 1 montre une configuration typique d'un système LSCI. Une source laser cohérente, souvent dans la gamme de longueurs d'onde rouge ou proche infrarouge, génère le faisceau laser utilisé pour éclairer l'échantillon. Un expanseur de faisceau peut être utilisé pour élargir le faisceau laser, assurant ainsi un éclairage uniforme sur l’échantillon. Des lentilles et des composants optiques sont utilisés pour focaliser le faisceau laser sur l'échantillon et collecter la lumière rétrodiffusée ou transmise. Une caméra à grande vitesse ou un capteur d'image capture le motif de taches formé sur la surface de l'échantillon. Un ordinateur ou une unité de traitement de données dédiée traite les images capturées pour calculer le contraste des taches. Cela implique d’analyser les fluctuations de l’intensité des pixels au fil du temps. Les outils logiciels visualisent les images contrastées et peuvent fournir des informations quantitatives sur le flux sanguin ou le mouvement des tissus.
Figure 2 Chemin de détection LSCI modélisé en mode séquentiel Zemax
Figure 3 Données de lentille du chemin de détection
La figure 2 montre un chemin de détection simplifié d'un système LSCI. Un objectif standard de Thorlabs avec une distance focale arrière de 30 mm et une ouverture de 1 pouce représente le projecteur optique de détection. La région d'intérêt (ROI) est d'environ 25 mm x 25 mm, avec une diagonale d'environ 18 mm. Les couleurs des rayons représentent des champs représentés avec une hauteur d'objet de 0, 4 mm et 6 mm. Dans ce cas, l'objet imite un capteur de caméra. L'image conjuguée représente le spécimen de l'image LSCI.
Figure 4 Réglage sur le terrain de l'optique de détection LSCI
La lumière cohérente génère une image mouchetée à la surface de l'échantillon, l'image mouchetée est présentée ci-dessous.
Figure 5 Image speckle générée par une source de lumière cohérente
Une estimation précise du contraste des taches à partir des statistiques spatiales du motif de taches suppose généralement que la distribution de l'intensité des taches suit une fonction de distribution de probabilité exponentielle négative. Nous avons toujours mentionné qu'une des exigences pour cela est que le motif de speckle soit complètement évolué, c'est-à-dire que la lumière reçue ait une distribution de phase effectivement uniforme. De plus, des précautions doivent être prises lors de l’échantillonnage spatial du motif de taches. Plus précisément, la taille du speckle par rapport à la taille des pixels de la caméra doit être prise en compte ainsi que le nombre de pixels utilisés pour estimer le contraste du speckle. le motif de taches est imagé sur une caméra, auquel cas la taille minimale des taches sera donnée par :
où l est la longueur d'onde de la lumière, M est le grossissement du système d'imagerie et f /# est le nombre F du système. Les critères d'échantillonnage de Nyquist doivent être satisfaits en faisant en sorte que la taille minimale des taches soit deux fois plus grande que la taille des pixels de la caméra, c'est-à-dire
pour obtenir une distribution exponentielle négative.
En ce qui concerne les conditions ci-dessus, Zemax est en mesure d'aider les développeurs à identifier les nombres de grossissement M et f pour satisfaire l'échantillonnage de Nyquist. L'onglet Analyser – Données système propose ci-dessous les calculs de grossissement (1,89) et de nombre F (1,198). Notez que le grossissement M doit prendre l’inverse du nombre Zemax (1/1,89) pour correspondre à la règle d’échantillonnage de Nyquist.
Figure 6 Données système du système d'imagerie pour l'analyse des critères d'échantillonnage de Nyquist
Si les nombres M et F indiqués sur la figure 6 ne correspondent pas à l'échantillonnage de Nyquist, le paramètre optique géométrique dans l'optique de détection doit être ajusté. La taille de la butée, c'est-à-dire l'objet 4 sur la figure 3. Cette taille peut être modifiée par un diaphragme physique réglable dans le système. L'emplacement du diaphragme peut également contribuer à satisfaire les critères d'échantillonnage de Nyquist.
Il est important de noter que les composants et configurations spécifiques du chemin optique peuvent varier en fonction de la conception du système LSCI et de son application prévue. Dans l’ensemble, l’objectif est de capturer des informations dynamiques liées au flux sanguin ou à d’autres mouvements dans les tissus biologiques en exploitant le motif de taches produit par l’interaction de la lumière laser avec des particules diffusantes.
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