Tomographie par cohérence optique
Imagerie en profondeur
Parmi les systèmes d'imagerie, la tomographie par cohérence optique (OCT) est particulièrement utile pour étudier la microstructure interne des tissus. Les mesures OCT cartographient la lumière rétrodiffusée en fonction de la profondeur, permettant ainsi un balayage optique du tissu par interférométrie à faible cohérence. En répétant ces mesures à différentes positions transversales, il est possible de reconstruire des images en coupe transversale du tissu. Les systèmes OCT atteignent généralement des résolutions axiales de l'ordre de 10 µm et peuvent visualiser les tissus jusqu'à une profondeur de quelques millimètres. Leur architecture à base de fibres permet également leur intégration dans des cathéters ou des endoscopes.
Imagerie multimodale
Ajouter un contraste fonctionnel
Les coupleurs en fibre à double gaine (DCFC) permettent une intégration efficace de l'OCT avec une deuxième modalité au sein d'une architecture compacte à fibre unique, compatible avec les systèmes endoscopiques ou à cathéter. Par rapport aux autres approches utilisant des séparateurs de faisceau en espace libre, celles-ci offrent une solution plus robuste et plus efficace. Le signal OCT peut être transmis vers et depuis l'échantillon avec une perte minimale via le cœur de la DCF, tandis que la gaine interne permet une collecte efficace de la lumière incohérente isotrope. Cette architecture est particulièrement adaptée aux systèmes multimodaux combinant l'OCT et la fluorescence, la spectroscopie ou l'imagerie hyperspectrale.
On voit ici une image OCT et une image d'autofluorescence in vivo de voies respiratoires périphériques humaines, obtenues à l'aide du coupleur en double gaine de Castor.
Comprendre les artefacts fantômes induits par la diaphonie
Considérations pratiques
Les problèmes typiquement rencontrés lors de l’utilisation de DCFC comprennent les artefacts fantômes induits par la diaphonie et les réflexions de retour, qui affectent tous deux le rapport signal-sur-bruit. Les artefacts fantômes apparaissent lorsqu’une partie de la lumière se couple du cœur vers la gaine interne, puis revient dans le cœur après avoir parcouru un chemin optique différent. Comme ce signal parasite acquiert un retard par rapport au signal principal guidé dans le cœur, il peut interférer avec le bras de référence à une profondeur erronée, produisant ainsi des images fantômes. Dans un système OCT, une telle diaphonie peut survenir à des interfaces telles que le raccordement de connecteurs, les épissures par fusion ou les transitions entre milieux de propagation, y compris l’interface air-tissu.
Sur la figure de gauche, un tel artefact est visible sur l’image de peau humaine, mis en évidence par l’accolade jaune (a-b). Il apparaît moins profond que l’image principale, car la lumière se propageant dans la gaine interne suit un chemin optique plus court que la lumière guidée dans le cœur, en raison de son indice de réfraction plus faible. Comme indiqué dans cette étude, les auteurs ont utilisé un gel d’adaptation d’indice sur la surface du tissu afin de réduire les réflexions spéculaires couplées dans la gaine interne à l’interface fibre-air, qui constituaient la principale source de diaphonie pour ce système (c-d). Toutefois, selon la configuration du système et l’échantillon imagé, une telle stratégie n’est pas toujours possible.
Réduire l’impact des artefacts fantômes par optimisation de la longueur de fibre
L’apparition des artefacts fantômes dépend du retard entre la lumière qui se propage dans la gaine interne et le mode fondamental guidé dans le cœur. Comme l’ont défini Han et Kang, ce retard est proportionnel à la différence de parcours optique, ΔL :
ΔL = Δn · L avec Δn = nfm − neff
où Δn représente la différence d’indice de réfraction entre le mode fondamental, nfm, et le mode de la gaine interne, neff, et L correspond à la distance physique parcourue entre les sites de couplage.
Pour déplacer l’artefact fantôme hors de la plage d’imagerie, ΔL doit être supérieur à cette plage, parfois de plusieurs repliements, selon la sensibilité du système. Une stratégie possible consiste donc à augmenter la longueur de la fibre entre les sites de couplage. De manière générale, l’augmentation de L peut contribuer à réduire l’impact des artefacts fantômes, même lorsqu’il n’est pas possible de les repousser complètement hors de la plage d’imagerie.
La longueur de fibre optimale demeure toutefois propre à chaque système. Elle dépend de paramètres tels que la longueur de cohérence et la sensibilité du système OCT, ainsi que de l’échantillon imagé. Par exemple, dans certains tissus, comme la peau, la structure la plus réfléchissante se situe près de la surface, tandis que dans d’autres applications, comme l’imagerie de l’œil entier, des structures plus profondes peuvent dominer le signal. Ces différences influencent la manière dont le déplacement des artefacts fantômes doit être optimisé en pratique.
L’équipe de Castor Optique peut vous aider à évaluer ce compromis et à définir une configuration de DCFC adaptée à votre système et à vos conditions d’imagerie.
Maîtriser le bruit incohérent et les réflexions de retour
Les réflexions de retour aux interfaces fibre-air constituent une source importante de bruit incohérent dans les systèmes à base de DCFC. Ce problème est particulièrement critique dans les systèmes combinant l’OCT à une modalité de réflectance, où les réflexions parasites peuvent non seulement dégrader le signal de réflectance, mais aussi contribuer au bruit de fond en OCT. Une source majeure de ce bruit est la réflexion à la face de la fibre du Port S (voir la figure ci-dessous). Comme la gaine interne possède une ouverture numérique plus élevée que celle des fibres monomodes standards, l’angle d’une terminaison APC ne suffit pas à supprimer complètement cette réflexion. Une autre contribution provient de la réflexion au Port R, c’est-à-dire le port inutilisé, où la lumière peut être directement réfléchie vers le détecteur associé à la deuxième modalité au Port B.
Une stratégie efficace consiste à utiliser une terminaison à forte perte de retour au Port R inutilisé afin de réduire la quantité de lumière réfléchie vers le port de détection. Par ailleurs, la réduction de la réflectivité à la face de la fibre du Port S permet d’atténuer davantage le bruit incohérent. Pour répondre à cet enjeu, Castor Optique propose des solutions telles que les revêtements antireflet et le polissage à angle élevé, qui peuvent réduire significativement la perte de retour selon la configuration du DCFC.
Les DCFC constituent une solution pratique et efficace pour une intégration multimodale à un système OCT. Ils permettent de concevoir des architectures compactes à base de fibres, tout en répondant aux contraintes exigeantes de budget photonique des systèmes d’imagerie avancés. Comme les performances dépendent fortement de l’architecture du système, du type d’échantillon et des conditions aux interfaces, le choix du composant et son implémentation doivent être adaptés à l’application.
Notre gamme de DCFC est disponible sur Thorlabs.com. Pour discuter de la configuration la mieux adaptée à votre système, contactez l’équipe de Castor Optique à l’adresse sales@castoroptics.com.
