Architecture 3D sans contact et localisation par temps de vol pour tomographie optique diffuse par fluorescence

摘要

La tomographie optique diffuse (TOD) désigne une technique d'imagerie biomédicale non-invasive. L'objectif ultime consiste à réaliser à l'aide de la lumière et de techniques optiques ce que l'on fait avec les techniques d'imagerie médicale mieux connues comme la tomodensitométrie (TDM; «X-ray computed tomography» (CT)), la tomographie d'émission par positrons (TEP), ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Utilisée de façon traditionnelle, la TOD permet de retrouver la distribution spatiale des coefficients d'absorption et de diffusion optique dans les tissus biologiques. Avec l'utilisation des agents fluorescents, l'imagerie moléculaire est devenue un domaine très actif de la TOD. Exploiter ces agents par une technique de TOD par fluorescence (TODF) permet de visualier non-invasivement et en 3D les processus in vivo jusqu'à une profondeur d'environ 3 cm , ce que la microscopie optique ne peut pas faire. Plusieurs prototypes de systèmes TODF existent présentement. Le désavantage majeur que l'on y retrouve souvent est qu'il s'agit de systèmes exigeant des mesures avec contacts (utilisation de fibres optiques ou de fluides adaptateurs). Le problème rencontré avec une telle architecture en imagerie sur petit animal réside dans la difficulté d'amener des fibres optiques en contact avec l'animal. L'utilisation de fluides adaptateurs est également problématique puisqu'il est très difficile de mettre l'animal dans le fluide sans le noyer; et cela sans compter que les fluides apportent une atténuation et de la diffusion supplémentaire, le signal optique menant à des mesures plus bruitées. Des systèmes sans contact ont donc vu le jour, mais la majorité ont le même problème: ils n'exploitent qu'une partie de l'information pouvant être recueillie. Seules des mesures en rétrodiffusion ou transillumination sont faites, mais aucun système ne combine les deux. Des mesures en rétrodiffusion/transillumination fournissent davantage d'information ce qui permet de sonder plus profondément les tissus tout en gagnant au niveau de la résolution du scanner. Dans le cadre des présents travaux, une architecture 3D sans contact, intégrant une configuration annulaire permettant des mesures en rétrodiffusion/transillumination est présentée. Un autre aspect très présent au niveau des systèmes sans contact est l'utilisation de mesures à régime continu («continuons wave» (CW)). Avec de telles mesures, toute dépendance au temps est alors impossible, ce qui signifie une perte d'information. Les mesures résolues en temps («time-resolved» (TR)) permettent d'exploiter cette dépendance temporelle. Davantage d'information peut donc être utilisée, comme la possibilté de distinguer les différents types de photons. Une technique novatrice permettant la localisation 3D d'une inclusion fluorescente exploitant des mesures TR sera présentée. Des résultats illustrant la localisation d'une inclusion démontrent le potentiel de cette nouvelle approche fondée sur le temps de vol des premiers photons.