Selective imaging of biological tissues: contribution of polarisation to selection in depth
Imagerie sélective des tissus biologiques: Apport de la polarisation pour une sélection en profondeur
Résumé
The optical imaging techniques, in the range of visible wavelengths and near infrared, examine very easily biological tissues non-invasively. However the strong scattering biological tissue severely limits their thorough review. Examined backscatter (examination of the skin or the cervix for example), not only measures are polluted by specular reflection, but the information on the volume of the source signal is also lost due to the strong diffusion. Consideration of the distribution in the model of light propagation for assessing the volume distribution of the light signal based on the optical properties of the medium. For more sophisticated approach, we introduce a polarimetric filtering, based on the use of the elliptically polarized light, particularly suitable for the backscattering geometry, enabling primarily a selective survey in depth while avoiding specular reflection. This technique can examine tissue at the mesoscopic scale (up to millimeter scale). We first developed a theoretical tool to model the propagation of polarized light in scattering media. We changed a code of Monte Carlo calculation for solving the Radiative Transfer Equation Vector (ETRV) statistically. This allowed us to conduct a study on the relationship between polarimetric measurement surface and depth extension. We wanted this comprehensive study examined in terms of optical properties, and the results are presented with scales including optical properties (mean free path of transport) for easy implementation in any type of scattering medium. It allowed us to show that the survey depth increased with the ellipticity of the polarization used, however with a different progression between the diffusion profile in Mie environments (large particles, biological tissues) and backgrounds to Rayleigh scattering ( small particles). In addition, we were able to establish a linear relationship between the extension of the light in the depth and surface extension of the measured signal. This relationship is valid regardless of the light used, polarized or not. We then generalized technique for three-dimensional scanning of the scattering volume. The exploitation of the theoretical tool has led us to propose two types of use of the polarimetric filtering method.
Les techniques d’imagerie optique, dans la gamme de longueurs d’onde visible et proche infrarouge, permettent d’examiner très facilement les tissus biologiques de manière non invasive. Toutefois la forte diffusion des tissus biologiques limite fortement leur examen en profondeur. Examinés en rétrodiffusion (examen de la peau ou du col de l’utérus par exemple), non seulement les mesures sont polluées par la réflexion spéculaire, mais l’information sur la source volumique du signal est également perdue du fait de la forte diffusion. La prise en compte de la diffusion dans le modèle de propagation de la lumière permet d’évaluer cette distribution volumique du signal lumineux en fonction des propriétés optiques du milieu. Pour sophistiquer l’approche, nous introduisons un filtrage polarimétrique, basé sur l’utilisation de la lumière polarisée elliptiquement, particulièrement approprié à la géométrie de rétrodiffusion, permettant avant tout un sondage sélectif en profondeur tout en s’affranchissant de la réflexion spéculaire. Cette technique permet ainsi d’examiner les tissus à l’échelle mésoscopique (jusqu’à l’échelle du millimètre).
Nous avons tout d’abord développé un outil théorique permettant de modéliser la propagation de la lumière polarisée dans les milieux diffusants. Nous avons modifié un code de calcul Monte Carlo permettant de résoudre l’Equation de Transfert Radiatif Vectorielle (ETRV) de manière statistique. Ceci nous a permis de mener une étude sur la relation entre une mesure polarimétrique en surface et son extension en profondeur. Nous avons voulu cette étude exhaustive en termes de propriétés optiques examinées, et les résultats sont présentés avec des échelles incluant les propriétés optiques (libre parcours moyen de transport) pour une transposition facile à tout type de milieu diffusant. Elle nous a permis de montrer que la profondeur sondée augmentait en fonction de l’ellipticité de la polarisation utilisée, avec une progression toutefois différente entre les milieux à profil de diffusion de Mie (grande particules, tissus biologiques) et les milieux à diffusion Rayleigh (petites particules). De plus, nous avons pu établir une relation linéaire entre l’extension de la lumière en profondeur et l’extension superficielle du signal mesuré. Cette relation est valable quelle que soit la lumière utilisée, polarisée ou non. Nous avons ensuite généralisé la technique pour une exploration en trois dimensions du volume diffusant. L’exploitation de l’outil théorique nous a ainsi conduits à proposer deux types d’utilisation de la méthode de filtrage polarimétrique.
Loading...