IMAGE RECONSTRUCTION FOR ACOUSTO-OPTICS: TOWARDS QUANTITATIVE IMAGING
Reconstruction d'images pour l'acousto-optique : vers une imagerie quantitative
Résumé
Medical imaging is a crucial tool for medical diagnosis. Current imaging techniques such as magnetic resonance imaging or ultrasound scans are efficient and sensitive. However, to detect some pathologies such as early tumours, other methods are needed. Since those tumours strongly absorb light, optical methods would be suited to detect them but in biological tissues light is highly scattered. This restricts the imaging depth of classical optical techniques to a few millimetres in such media. Acousto-optic imaging is a technique that couples light and ultrasound to obtain optical images deep inside scattering samples. As the ultrasound propagates in the sample, it modulates light and creates tagged photons. The number of these tagged photons is proportional to the local light fluence at the focus of the ultrasound. This method can thus map the light fluence up to a few centimetres deep inside scattering media by scanning the ultrasound. The critical step is the detection of these photons and several approaches can be used such as ultranarrow band filtering or self-adaptive interferometry. In this thesis we present an acousto-optic setup using photorefractive crystals to perform selfadaptive wave-front holography for the detection of tagged photons. Several crystals can be used and we present here an experimental characterisation of two crystals: SPS and ZnTe. The imaging setup was also improved to function in a reflection configuration, with source and detector on the same side of the imaged phantom and some experimental results are presented in this manuscript. We also propose to combine this experiment with a model-based reconstruction algorithm to reconstruct maps of the absorption coefficient from experimental data in the pursuit of quantitative acousto-optic imaging.
L’imagerie médicale est un outil crucial pour le diagnostic médical. Les techniques actuelles comme l’IRM ou l’échographie sont très performantes mais pour la détection de certaines pathologies comme les tumeurs précoces, ces méthodes ne sont pas adaptées. Etant donné que les tumeurs absorbent fortement la lumière, les techniques optiques semblent adaptées pour leur détection. Cependant, la diffusion multiple dans les milieux biologique empêche d’utiliser des méthodes optiques classiques au-delà de quelques millimètres. L’imagerie acousto-optique est une technique qui couple lumière et ultrasons pour imager en profondeur dans les milieux diffusants. Lors de leur propagation, les ultrasons modulent la lumière et génèrent des photons marqués. La quantité de photons marqués est proportionnelle à l'intensité lumineuse locale au point de focalisation des ultrasons. Cette méthode permet donc de reconstruire une carte de l'intensité lumineuse à une profondeur de quelques centimètres en balayant les ultrasons. L'étape difficile est la détection de ces photons et plusieurs techniques existent comme le filtrage hyper fin ou l'interférométrie auto-adaptative. Dans cette thèse, nous présentons un dispositif d'imagerie acousto-optique utilisant des cristaux photorefractifs pour détecter les photons marqués par adaptation de front d'onde holographique. Plusieurs types de cristaux peuvent être utilisés et nous présentons ici la caractérisation expérimentale de deux cristaux : le SPS et le ZnTe. La plateforme d'imagerie a aussi été améliorée pour fonctionner en configuration de réflexion dans laquelle la source et le détecteur de lumière se trouvent du même côté de l'échantillon à imager. Des résultats numériques et expérimentaux sont présentés dans ce manuscrit. Nous proposons aussi de combiner ce dispositif avec un algorithme de reconstruction basé sur une modélisation de la propagation de la lumière afin de reconstruire des cartes de coefficients d'absorption. Les résultats expérimentaux présentés représentent la première étape vers l'imagerie acousto-optique quantitative.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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