Design d’un système d’une tomographie par cohérence optique sensible à la polarisation

Abstract

Ce travail de maîtrise s’inscrit dans le cadre du développement d’une technique d’imagerie médicale microscopique basée sur la Tomographie par Cohérence Optique (OCT) plein champ sensible à la polarisation dans le but de répondre à un problème de recherche en neuroanatomie. En effet, des études récentes suggèrent que la démence cognitive est associée à une perte d’intégrité de la matière blanche. Le problème qui se pose est que l’OCT conventionnelle est insensible à l’orientation des fibres nerveuses de la matière blanche, en particulier, celles qui se sont déplacées dans une direction perpendiculaire à l’axe optique. De plus, la résolution spatiale reste limitée pour visualiser les fibres de très petite taille (~1 μm). Alors, en exploitant d’autres propriétés optiques des fibres telles que la biréfringence, il sera possible de mieux caractériser la structure de la matière blanche. L’OCT développée est un interféromètre de Michelson dans sa configuration Linnik, et avec une source halogène-quartz centré à λ0=750 nm. Le système produit des images tomographiques 2D en face (XY), et ceci sans recourt au balayage transverse du faisceau lumineux. L’image finale en face est obtenue par la combinaison différentielle de quatre images interférométriques acquises par deux caméras CMOS à 120 Hz. Une résolution axiale micrométrique (1.7 μm) a été obtenue à faible coût, grâce à l’utilisation d’une source à faible longueur de cohérence et à l’emploi de deux objectifs identiques dans les deux bras de l’interféromètre. Cette technique a été testée sur des cibles microscopiques biréfringentes telles qu’un cristal et sur un tissu biologique.

The aim of this work is to develop a polarization-sensitive full-field optical coherence tomography, able to answer to a problem in neuroanatomy research. Recent findings suggest an association between disturbances in white matter (WM) and cognitive impairment. White matter is composed mainly of myelinated nerve fibers that connect the various regions of the brain and are oriented from different angles. The problem is that the conventional OCT (Optical Coherence Tomograpghy) technique is insensitive to the orientation of fibers, especially displaced in a perpendicular direction to the optical axis. Furthermore, the spatial resolution is still too low to characterize very small fibers (~ 1μm). By exploring the intrinsic birefringence optical properties of nerve fibers, it will be possible to visualize the orientation of nerve fibers of the white matter. The system is based on a Linnik interferometric microscope, with a quartz halogen source centered at λ0=750 nm. The experimental setup produces en face (XY) a 2D image of the sample without the scanning of the incident beam transverse direction as in conventional OCT, owing to the use of a full-field illumination coupled to CMOS cameras. The final image is calculated with a differential linear combination of four interferometric images, recorded simultaneously by two CMOS cameras at a frame rate of 120 Hz. A micrometric resolution axial resolution is achieved at 1.7 μm at low cost, due to the use of a short coherence length of the source and the use of the same objective in the two arms. The setup is tested on a birefringent material such as a crystal and a biological tissue.