EP4665204A1 - Dispositif et procédé pour l'imagerie interférométrique d'un objet diffusant - Google Patents

Dispositif et procédé pour l'imagerie interférométrique d'un objet diffusant

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Publication number
EP4665204A1
EP4665204A1 EP24705167.5A EP24705167A EP4665204A1 EP 4665204 A1 EP4665204 A1 EP 4665204A1 EP 24705167 A EP24705167 A EP 24705167A EP 4665204 A1 EP4665204 A1 EP 4665204A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image
sensor
field
module
illumination
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24705167.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Serge MEIMON
Pedro BARACAL DE MECE
Olivier Thouvenin
Léa KRAFFT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Superieure de Physique et Chimie Industrielles de Ville de Paris ESPCI
Universite Paris Sciences et Lettres
Original Assignee
Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Superieure de Physique et Chimie Industrielles de Ville de Paris ESPCI
Universite Paris Sciences et Lettres
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Ecole Superieure de Physique et Chimie Industrielles de Ville de Paris ESPCI, Universite Paris Sciences et Lettres filed Critical Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Publication of EP4665204A1 publication Critical patent/EP4665204A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/102—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for optical coherence tomography [OCT]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/1025—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for confocal scanning

Definitions

  • the present invention relates to a device for interferometric imaging of a scattering object. It also relates to a method for imaging such an object.
  • the field of the invention is, in a non-limiting manner, that of imaging of diffusing media or objects, such as biological tissues.
  • Incoherent techniques can be based on direct reflectance imaging or on phase and absorption imaging.
  • Coherent techniques are based on interferometric measurements of light backscattered by certain structures in the tissue.
  • Incoherent imaging techniques are usually based on direct measurement of reflectance.
  • a full-field configuration allows to measure the photons backscattered by the object with a camera. This is a fast technique allowing to record all photons in parallel. However, it is not very sensitive because not only the photons backscattered by a layer of interest are captured, but the camera also detects photons scattered by other layers or multi-scattered photons, which results in a high background noise.
  • confocal imaging techniques measurements are performed point by point with a scanning system in both transverse dimensions to obtain a two-dimensional image.
  • Confocal filtering is performed to filter photons coming from depths other than that of the measured object and multiple scattered photons, and therefore allow imaging with better contrast.
  • this technique suffers from a low acquisition speed due to scanning.
  • the axial resolution of these techniques depends on the numerical aperture of the measuring system.
  • Coherent imaging techniques are generally based on the interferometric measurement of backscattered light. Coherent techniques provide access to the field and phase of the captured signals.
  • OCT optical coherence tomography
  • Optical coherence tomography is an optical microscopy method for imaging, among other things, complex scattering biological tissues by selecting an imaging depth by low-coherence interferometry.
  • this interferometric technique an interference signal between the light scattered by a sample and a reference beam is detected.
  • the interference is localized in a narrow area defining the axial resolution of the measuring system. The axial resolution is thus decoupled from the depth of field and can therefore be arbitrarily small. Thanks to interferometry, small signals are amplified, making OCT particularly sensitive.
  • FD-OCT the spectrum of the interferometric signal coming from a column of the sample (and therefore from different depths) is recorded, and the axial information of the scatterers is recovered by digital processing (Fourier Transform).
  • spectral domain OCT which measures the spectrum using a diffraction grating and a linear detector
  • source scanning OCT which measures the spectrum by successive measurements via a point detector by scanning the wavelength of the optical source.
  • the amplitude and phase of the sample beam are obtained directly by the Fourier Transform operation.
  • the interference signal from a given depth is measured directly by integrating all wavelengths via a point detector.
  • the depth information can be obtained by performing an axial scan of the reference mirror.
  • the amplitude and phase of the incident signal can be recovered by doing, for example, a so-called 4-phase modulation, which consists of taking 4 successive images by shifting the reference arm by pi/2 between each image.
  • scanning TD-OCT an axial scan of the reference arm as well as a transverse scan of the scanned positions are required to image an entire volume.
  • scanning FD-OCT at each point in the field of view, information of the entire sample depth is obtained via a one-dimensional measurement, typically with a spectrometer, but a two-dimensional scan is required.
  • full-field OCT requires scanning only in the axial dimension of the object or sample, and therefore allows high imaging rates.
  • this technique has a relatively low sensitivity, because the photons that do not interfere are captured by the detector, and although filtered, they contribute to creating noise (shot noise) on the detector. It may therefore be advantageous to filter these photons otherwise, for example with a confocal filter, which is only possible in scanning OCT.
  • a confocal filter In full-field OCT, the acquisition of all the pixels of the image simultaneously prevents the use of confocal filtering.
  • the use of a confocal filter is also important to limit the influence of parasitic interference ( cross-talk in English) due to multi-diffuse photons.
  • the invention aims to solve the drawbacks of the prior art described.
  • the imaging device makes it possible to combine the advantages of a full-field configuration of an imaging device based on low-coherence interferometry and a dark-field configuration, and to combine the contrasts obtained therefrom.
  • the rolling shutter of the sensor and thus the successive exposure of lines of pixels of the sensor, acts as a real-time spatial filtering, making it possible to considerably increase the detection sensitivity compared to a full-field configuration without filtering, and without the need for additional digital filtering during image processing.
  • the device according to the invention makes it possible to perform interferometric imaging in bright field and dark field, the two configurations being independent of each other.
  • the device according to the invention makes it possible to produce images only in bright field or only in dark field, or both.
  • the device according to the invention thus makes it possible to perform bright-field interferometric imaging.
  • the illumination is synchronized with the rolling shutter (or dynamic digital diaphragm) so that only the pixels exposed at each time step are illuminated by light backscattered by the object and by the reference arm.
  • the rolling shutter or dynamic digital diaphragm
  • bright-field imaging makes it possible to obtain images of scattering structures with very good contrast.
  • the imaging speed in this configuration is the same as in a full-field configuration, while increasing the detection sensitivity thanks to spatial filtering.
  • the image processing module is configured to produce a bright-field image from the interference signals using known techniques, such as 4-phase or 5-phase modulation, or sinusoidal synchronous demodulation.
  • the device according to the invention also makes it possible to perform dark field imaging.
  • the illumination is synchronized with the rolling shutter so that the pixels exposed at each time step are not illuminated by the light backscattered by the object, and respectively reflected in the reference arm, but only by multi-scattered light.
  • This configuration makes it possible to obtain absorption and/or phase contrast images.
  • the image processing module is configured to produce a dark field image from incoherent signals, that is, from light multi-scattered by the object and not producing interference signals.
  • the device according to the invention is configured to image an object or sample in both bright field and dark field, and to exploit the measurements obtained according to both modes.
  • the transition from one synchronization mode to the other is achieved by a simple adjustment of the time offset between the rolling shutter of the sensor and the scanning means, without any mechanical manipulation by an operator being necessary.
  • different types of full-field images can be obtained of the same object or the same area of the object.
  • the device according to the invention it is possible to easily switch from a full-field configuration, allowing measurements of the diffusion of structures with high intensity contrast, to a dark-field configuration, with offset detection, allowing measurements of phase contrast and/or absorption.
  • a sequence with different types of images can in particular be used to digitally correct movements of the imaged object or other disturbances.
  • the exposure time of the sensor is ideally increased.
  • the offset is 0 and the exposure time can be 50 ⁇ s.
  • the offset can increase, for example, to 100 ⁇ s, and the exposure time to 200 ⁇ s.
  • the device according to the invention thus makes it possible, compared to state-of-the-art systems, to increase the imaging rate while increasing the sensitivity of detection.
  • a compromise between sensitivity and acquisition speed can be obtained by maintaining a degree of confocality in a transverse dimension while parallelizing the detection of pixels in the other transverse dimension with the light line.
  • the device according to the invention advantageously allows an easy implementation to implement, as well as benefiting from multi-modality by measuring the dark field.
  • the illumination and the detection are decoupled, or independent, from each other. Thanks to the presence of a two-dimensional sensor with the rolling shutter, the detection line on the sensor is not in a fixed position, it is not necessary to "un-scan" the line under detection, that is to say to go back through the scanning system to cancel the angle introduced. It is then easy, with a simple time delay, to look outside the illuminated area of the object to obtain the phase and absorption contrasts. This makes it possible to quickly switch from one synchronization mode to the other.
  • the device according to the invention is robust with respect to the non-linearity of the scanning means, which may result from the mechanical constraints of these means, and to the optical aberrations introduced by them, which may respectively cause artifacts and a loss of spatial resolution. Due to the decoupling between illumination and detection, the non-linearities of the means for scanning the light beam can cause a time delay between illumination and detection and thus loss of the signal. When there is no signal, it is then possible to directly observe the non-linearity of the scanning system, which is not possible in confocal or line imaging. Indeed, in confocal and line systems, since illumination and detection are coupled, the non-linearities of the scanning system cause an artifact of distortion of the structure of the imaged object.
  • the time delay to switch from one mode to another is typically a few microseconds.
  • a high imaging rate is particularly important in the case of eye imaging, to overcome defects induced by eye movements.
  • High sensitivity allows the detection of less scattering structures, such as individual cells and their organelles.
  • the two-dimensional sensor can be, for example, a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) camera. according to Anglo-Saxon terminology).
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • the synchronization module may be configured to operate alternately in the first synchronized mode and the second synchronized mode for each position of the light line in the field of view.
  • the synchronization module can be configured to operate in the first synchronized mode and the second synchronized mode for the entire field of view.
  • the image processing module can be configured to produce a phase contrast image from at least two dark field images.
  • the image processing module may be configured to produce an absorption contrast image from at least two dark field images.
  • the device according to the invention may further comprise an adaptive optics module configured to correct static and/or dynamic defects suffered by the wavefront of the illumination passing through the object.
  • Adaptive optics is particularly important when the object to be imaged is thick with significant optical index variations, and/or has a non-planar surface. Correction must be performed quickly, in the case of dynamic aberrations, such as in the case of the human eye in vivo. The correction allows to maintain a high resolution for the device even in the presence of defects or disturbances. Adaptive optics also ensures that the illumination remains in the form of a line and does not spread out, so as not to limit the contrast that can be obtained with the device by masking the phase signal by the direct signal of the spread line. It also ensures that the overlap between the size of the light line and the rolling shutter is optimal. The adaptive optics module thus makes it possible to guarantee both the correct dimension of the light line on the object to be imaged and the imaging quality of the structures of interest.
  • the illumination module may comprise a two-dimensional light source coupled to a line-generating lens.
  • the illumination module may comprise an extended light source coupled with a line-shaped spatial filter, or with a digital micromirror device (DMD) array.
  • DMD digital micromirror device
  • the light source can be an infrared source.
  • infrared wavelengths are only very poorly absorbed by biological tissues, they are particularly suitable for imaging such tissues.
  • the light source may be a superluminescent diode (SLD).
  • SLDs have the advantage of being relatively powerful (a few milliwatts) and having high directivity.
  • speckles i.e., granular intensity distributions, to be attenuated.
  • the light source may be a light-emitting diode (LED), or a scanning laser.
  • LED light-emitting diode
  • the line generating lens can be a cylindrical lens or a Powell lens.
  • a Powell lens ensures a homogeneous intensity distribution along the generated light line.
  • a method for imaging a scattering object comprising a device for interferometric imaging comprising a low coherence linear illumination module configured to generate a measurement beam and a linear section reference beam, interferometric means, a two-dimensional sensor comprising a rolling shutter, scanning means, a synchronization module and an image processing module, and in particular by an interferometric imaging device according to the present invention.
  • the method according to the invention comprises the following steps:
  • the synchronization and detection steps can be performed alternately to produce a bright field image and to produce a dark field image successively.
  • the method according to the invention can further comprise a step of producing a phase contrast image from at least two dark field images.
  • the method according to the invention may further comprise a step of producing an absorption contrast image from at least two dark field images.
  • the method according to the invention may also comprise a step of correcting static and/or dynamic defects suffered by the wavefront of the illumination passing through the object.
  • an adaptive optics module can be implemented as described above.
  • the device and method according to the invention can be implemented in many applications requiring the imaging of scattering structures, objects or samples.
  • the device and method according to the invention can be implemented in all fields where optical coherence tomography (OCT) is used and useful, namely, medical diagnosis of surgical samples, ophthalmological medical diagnosis (for example, of the cornea or retina) in vivo, and imaging of biological samples. This last application is particularly important in pharmacology, in particular for the imaging of organoids.
  • OCT optical coherence tomography
  • the device and method according to the invention can in particular be implemented in full-field OCT (FF-OCT), in the time or spectral domain, or in source-scanning Fourier OCT (FD-OCT).
  • FF-OCT full-field OCT
  • FD-OCT source-scanning Fourier OCT
  • the device and method according to the invention can also be used for imaging various materials.
  • the device and method according to the invention make it possible to observe most of the structures of interest in a retina, whether they are highly backscattering, such as cones and rods, or weakly scattering in bright field, or less scattering in dark field, such as ganglion cells and blood capillaries.
  • the high achievable frame rates and the wide imaged field of view make it possible to meet a medical need to scan the largest possible area while limiting the imaging time for the patient, thereby reducing motion artifacts.
  • the high frame rate also makes it possible to image blood flow in capillaries present in the retina.
  • Device 1 as shown in the , can be implemented to carry out the steps of an interferometric imaging method according to the present invention. Exemplary embodiments of the device and the method according to the invention will be described subsequently.
  • the device 1 comprises a linear illumination module 2, interferometric means, scanning means 12 and a two-dimensional image sensor 14.
  • the linear illumination module 2 comprises a low-coherence light source.
  • the module 2 makes it possible to produce a light beam of linear section, and thus a line-shaped illumination in the plane of the object 20 or the sample to be imaged.
  • An example of such an illumination module is illustrated in FIG. .
  • the illumination module 2 as shown in the , comprises a fibered superluminescent diode (SLD) 3, a collimator 4 and a line generating lens 5.
  • the line generating lens 5 is preferably a Powell lens.
  • the lens 5 may also be a cylindrical lens.
  • the SLD 3 is a two-dimensional source. It has a broadband emission and a low temporal coherence length. For example, it can emit at a wavelength of 850 nm with a spectral bandwidth of 55 nm.
  • the output of the light source can also be non-fibered. In this case, if the outgoing light beam is already parallel, a collimator is not necessary.
  • Beam 7 from SLD 3 passes through collimator 4 and Powell lens 5 which converts the collimated beam into a divergent beam of linear section.
  • the converted beam has an opening angle in one direction but remains collimated in the orthogonal direction.
  • an achromatic doublet 6 positioned at the output of the illumination module 2 then makes it possible to limit the illumination field in the direction in which the beam is divergent, in order to minimize power losses.
  • a collimated light line is formed after the doublet 6.
  • a slit 13 can be placed in the image focal plane of the achromatic doublet 6, this focal plane being conjugated to the plane of the object or sample to be imaged.
  • the device 1 also comprises interferometric means.
  • the interferometric means comprise a beam splitter cube 8 and a movable mirror 9.
  • the line-shaped light beam 7 from the illumination module 2 is split by the splitter cube 8 into a measuring beam 10 and a reference beam 11, forming a measuring arm and a reference arm, respectively, of the interferometer.
  • the measuring beam 10 is directed towards the object 20 and focused thereon using a lens 21 and an objective 23, so that the object is illuminated with the light line generated by the illumination module 2.
  • the light diffused by the object 20 passes back through the splitter cube 8.
  • the movable mirror 9 allows the length of the reference arm to be varied.
  • the reference beam 11, focused on the mirror 9 by the lens 21 and an objective 24, is reflected by the mirror 9 towards the separator cube 8.
  • the reference beam 11 then interferes with the light diffused by the object 20.
  • the interferometric means are arranged according to the so-called Linnik configuration.
  • the light line is scanned on the object 20 to be imaged, in the field of view, using scanning means.
  • the light beam 7 emitted by the illumination module is directed towards a galvanometric mirror 12. This allows the measurement beam 10 to be directed towards the object 20 at a variable angle, allowing the entire field of view to be scanned with the light line formed by the illumination module 2.
  • the reference beam is also scanned by the galvanometric mirror 12 on the reference mirror 9.
  • the scanning amplitude can be adjusted to provide a specific field of view.
  • the scanning frequency of the galvanometric mirror is the same as the frequency of acquiring full-field images over the field of view.
  • the scanning speed may be 100 Hz, and for images over half the field of view, the scanning speed may be 200 Hz.
  • the illumination of the object 20 must be in the form of a line in the image focal plane, and the galvanometric mirror 12 must be in the pupil plane so that the angle of the mirror 12 allows a change in position only of the luminous line on the object.
  • Two lenses 17, 18 arranged on either side of the galvanometric mirror 12 make it possible to move from an image plane to a pupil plane.
  • the device 1 comprises a two-dimensional sensor 14 configured to detect interference signals as well as light scattered by the object.
  • the light signals are focused on the detector using a lens 22.
  • the sensor 14 comprises a rolling shutter.
  • This shutter is an electronically controllable shutter. It is in particular possible to adjust the width of the shutter in order to define the number of rows or lines of pixels of the sensor 14 which are exposed.
  • the exposure time per row of pixels of the sensor 14 is constant.
  • the speed of the rolling shutter is defined by the frame rate of the sensor 14.
  • Sensor 14 is for example a CMOS camera equipped with a rolling shutter.
  • the device 1 comprises a synchronization module (not shown) for managing the synchronization mode between the scanning means and the rolling shutter of the sensor 14.
  • a first and second synchronization mode are schematically illustrated in Figures 3 and 4, respectively.
  • the field of view of the sensor is represented by a 15 x 9 pixel matrix 31.
  • the resulting light line from the superposition of the backscattered light 32 and the light reflected by the reference arm on the sensor is illustrated by a gray background.
  • the rolling shutter exposing the three rows of pixels is illustrated by a rectangle 33 with a thick line.
  • the time shift between the scanning means and the rolling shutter is zero.
  • the sensor captures the area of the object illuminated by the light line, it then detects the interference signal between the light diffused by the object and the reference beam, for each illuminated line-shaped area on the object. This is bright-field detection.
  • the operating principle of the first synchronization mode is illustrated in the .
  • the light directly backscattered, in line form, by the object as well as the reference beam are detected by the rows of pixels 31 of the sensor exposed by the rolling shutter.
  • an electronic trigger signal of the TTL ( transistor-transistor logic ) type can be generated and sent to the sensor, synchronously with a linear voltage signal, of the sawtooth type generated and sent to the galvanometric mirror, for example with an analog output card.
  • the center of the backscattered light line must coincide with the center of the rows of pixels exposed by the shutter.
  • the backscattered light line 32 illuminates three rows of pixels 31 on the sensor.
  • the rolling shutter speed is t i per row.
  • the exposure of the first row of pixels begins at time t 0 , which corresponds for example to the rise of the trigger signal.
  • the exposure of the next row of pixels begins after t i , and so on until the last row of pixels in the image.
  • the exposure time t exp is, for example, 50 ⁇ s, for an acquisition frequency of 200 Hz. This corresponds to leaving each line exposed for the equivalent of 10 rows of pixels. For an illumination line width of 10 rows of pixels on the 14 sensor, choosing an exposure time of 50 ⁇ s is optimal. For a field of view of 1000 rows of pixels, this corresponds to an acquisition time of 5.05 ms per image.
  • a complete image is acquired when all the pixels corresponding to the field of view, i.e. the 1000 rows, have been exposed, i.e. in 5.05 ms.
  • known methods such as FD-OCT or TD-OCT can be implemented.
  • the galvanometric mirror returns to its initial position before acquiring a new image.
  • the images obtained using this first synchronization mode are reflectance contrast images.
  • the time offset between the scanning means and the rolling shutter is non-zero.
  • the sensor captures an incoherent light signal, coming from an unilluminated area of the object. This is the dark field detection of the light multi-scattered by the object.
  • the operating principle of the second synchronization mode is illustrated in the .
  • the sensor does not detect any interference signals.
  • the rolling shutter of the sensor is temporally offset relative to the galvanometric mirror (and thus the light line 32 on the sensor) by a time of 3 t i .
  • the rolling shutter 33 is ahead of the illumination. In the plane of the figure, the exposed pixels are then below the illuminated pixels.
  • the backscattered light line 34 illuminates two rows 32 of pixels 31 on the sensor, and the rolling shutter speed is t i per row. Exposure of the first row of pixels begins at time t 0 , which corresponds for example to the rise of the trigger signal. Exposure of the next row of pixels begins after t 0 , and so on until the last row of pixels in the image.
  • the rolling shutter also exposes two rows 35 of pixels, offset by three rows relative to the illuminated rows 32 .
  • the rolling shutter can also be delayed relative to the illumination.
  • the images obtained using this second synchronization mode are dark field images, from which phase contrast and absorption images can be generated.
  • the synchronization module is configured to operate in the first and second synchronization modes, combining bright-field and dark-field imaging to improve the quality of imaging by the device.
  • two dark-field images also representing phase contrast images
  • One of the two original images is captured with a positive time shift between the shutter and the scanning means, and the other original image with a negative time shift.
  • the time shifts preferably have the same value, but only change sign.
  • two dark-field images can be added together.
  • One of the two original images is captured with a positive time shift between the shutter and the scanning means, and the other original image with a negative time shift.
  • Scanning and synchronization parameters such as the electronic trigger signal, the width and speed of the rolling shutter or the various time shifts implemented, can be controlled via a user interface.
  • the device according to the invention can also comprise an adaptive optics module.
  • the adaptive optics module makes it possible to measure and correct an aberrated wavefront, for example due to movements of the imaged object, and therefore to improve the resolution of the images.
  • the adaptive optics module comprises a light source (called an analysis source) such as a fibered superluminescent diode, a wavefront sensor, for example of the Shack-Hartmann type, and a deformable mirror.
  • the wavelength or spectral band of the analysis source is preferably different from that of the source used for imaging; otherwise, spectral filters can be used to separate the sources.
  • the beam of the light source is directed towards the object.
  • the deformed wavefront of the light backscattered by the object is directed towards the deformable mirror and reflected towards the wavefront sensor which measures the deformation of the wavefront.
  • the deformable mirror which functions as a wavefront corrector, is controlled in real time to correct the wavefront detected by the wavefront sensor.
  • the adaptive optics module must be arranged in the measuring arm of the interferometer.
  • the wavefront is corrected for both the measurement beam going to the object and the scattered beam from the object, with the wavefront corrector placed in a common path for illumination and imaging.
  • the device according to the invention also comprises an image processing module.
  • the image processing module is used to produce a bright-field interference image from the interference signals.
  • Different methods can be used to obtain an interference image from an interference signal, by taking successive images at different positions of the reference mirror, such as four-phase imaging, five-phase imaging, or synchronous detection. These methods are known and will not be explained in more detail.
  • the image processing module also allows to produce a dark field image from the incoherent signals.
  • the image processing module comprises at least one computer, a central or calculation unit, a microprocessor, and/or suitable software means.
  • the method may be implemented, for example, by the imaging device according to the example described in relation to FIGS. 1 and 2.
  • the acquired brightfield image(s) can then be optimized, in terms of image quality, to find the correct time offset between the line scan and the rolling shutter. Indeed, this offset can be different from one sample to another.
  • this step is important to ensure that the imaging parameters are correct, and that in particular the photoreceptors can be imaged by placing themselves in the correct plane. This also allows the optimal time shift to be set for dark-field imaging.
  • the optimization step allows, in bright field mode, to ensure that the rolling shutter is well centered on the light line at each instant and that the width of the rolling shutter is identical to that of the line. This condition is verified when the signal on the bright field image obtained is homogeneous over the entire image and maximal. The time shift is zero in this case.
  • Optimal adjustment of the bright-field imaging mode allows the introduction of a controlled time shift for phase contrast imaging obtained from the dark-field imaging mode.
  • the same time shift value applied in advance or delay effectively results in a rolling shutter shifted forward (advance) or backward (delay) with the same spatial shift at each instant, symmetrically about the center of the light line. Without this symmetry, the symmetry in dark field mode between the image obtained with a rolling shutter advance and the image obtained with a rolling shutter delay would be compromised.
  • This optimization or adjustment step can be carried out during a device calibration phase.
  • an adaptive optics module in order to correct static and/or dynamic defects suffered by the illumination wavefront passing through the object or sample and ensure a well-defined light line on the object as well as high imaging resolution, an adaptive optics module can be implemented as described above.
  • a positive time shift can be applied to the scan, by synchronizing, with the synchronization module, the scanning means and the rolling shutter with a positive time shift in the second synchronized mode, in order to detect, with the sensor, an incoherent signal and to produce, with the image processing module, a dark field image.
  • the image or images acquired in dark field can be optimized, in terms of image quality, to find the correct time shift.
  • the offset required to obtain optimal contrast depends on the structures that we are trying to observe. It is possible to carry out a parametric study by acquiring image sequences of the same region for the same exposure time, by varying the time offset between the illumination line and the rolling shutter, in order to be able to observe the evolution of the contrast and sharpness of the structure to be imaged as a function of the time offset. From this data, we can extract the optimal time offset to maximize the contrast of the structure of interest.
  • the same steps can be implemented to acquire one or more dark-field images with a negative time shift of the same value as the positive time shift.
  • the eye for example, fixes a target and is subject to involuntary movements inducing relative shifts between the acquired images.
  • the images must therefore be recalibrated in post-processing. It may then be easier to estimate the relative shifts between the images from the bright-field images than from the dark-field images.
  • the estimation of the shift of each bright-field image can also be used to extrapolate the shift of the successive dark-field image to that which has just been estimated with the bright-field image.
  • the method further comprises a step of producing a phase contrast image from at least two dark field images. To do this, an image acquired with a positive time shift and an image acquired with a negative time shift are subtracted from each other.
  • Figure 6 shows a phase contrast image obtained with a method according to the embodiment described above.
  • blood vessels, capillaries and fibers can be distinguished.
  • the effective rate of the "split detection" image sequence obtained from two successive images of the initial sequence, is half as low, i.e. 400 frames/s.
  • the method according to the invention is implemented for retinal imaging, it is appropriate to check, when switching on the light source of the illumination module, and possibly the source of the adaptive optics module, that the sources comply with ocular safety.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) d'imagerie interférométrique comprenant : - un module d'illumination (2) pour générer un faisceau de mesure (10) produisant une ligne lumineuse sur un objet et un faisceau de référence (11); - des moyens interférométrique s (8, 9) pour générer un signal d'interférence entre le faisceau de mesure rétrodiffusé et le faisceau de référence; - un capteur bidimensionnel (14) comprenant un obturateur déroulant; - des moyens de balayage pour déplacer la ligne lumineuse sur l'objet; - un module de synchronisation ayant un premier mode avec un décalage temporel nul entre l'obturateur déroulant et les moyens de balayage, le capteur captant le signal d'interférence, et un deuxième mode avec un décalage temporel non nul entre l'obturateur déroulant et les moyens de balayage, le capteur captant un signal incohérent; - un module pour produire des images à partir des signaux d'interférence et des signaux incohérents.

Description

    Dispositif et procédé pour l’imagerie interférométrique d’un objet diffusant
  • La présente invention concerne un dispositif pour l’imagerie interférométrique d’un objet diffusant. Elle concerne également un procédé pour imager un tel objet.
  • Le domaine de l'invention est, de manière non limitative, celui de l’imagerie de milieux ou objets diffusants, tels que des tissus biologiques.
    • Etat de la technique
  • De nombreuses techniques d’imagerie sont mises en œuvre dans tous les domaines scientifiques et notamment en médecine.
  • Pour l’imagerie des tissus biologiques complexes, et notamment l’œil in vivo, on peut distinguer des techniques incohérentes et des techniques cohérentes.
  • Les techniques incohérentes peuvent être basées sur une imagerie de réflectance directe ou sur une imagerie de phase et d’absorption.
  • Les techniques cohérentes sont basées sur des mesures interférométriques de la lumière rétrodiffusée par certaines structures du tissu.
  • Les techniques d’imagerie incohérentes sont généralement basées sur la mesure directe de la réflectance.
  • En imagerie incohérente, une configuration plein champ permet de mesurer les photons rétrodiffusés par l'objet avec une caméra. Il s’agit d’une technique rapide permettant d’enregistrer tous les photons en parallèle. Cependant, elle est peu sensible car non seulement les photons rétrodiffusés par une couche d’intérêt sont captés, mais la caméra détecte également des photons diffusés par d’autres couches ou des photons multi-diffusés, ce qui résulte en un bruit de fond élevé.
  • Dans les techniques d’imagerie confocales, les mesures sont réalisées point par point avec un système à balayage dans les deux dimensions transverses pour obtenir une image bidimensionnelle. Un filtrage confocal est réalisé pour filtrer les photons provenant d’autres profondeurs que celle de l’objet mesuré et les photons multiplement diffusés, et permettent donc d’imager avec un meilleur contraste. Cependant, cette technique souffre d’une faible vitesse d’acquisition dû au balayage.
  • La résolution axiale de ces techniques dépend de l’ouverture numérique du système de mesure.
  • Les techniques d’imagerie cohérentes sont généralement basées sur la mesure interférométrique de la lumière rétrodiffusée. Les techniques cohérentes permettent d’avoir accès au champ et à la phase des signaux captés.
  • Une technique cohérente importante est la tomographie en optique cohérente (Optical Coherence T omography, OCT). La tomographie en optique cohérente est une méthode de microscopie optique permettant d’imager, entre autres, des tissus biologiques complexes diffusants en sélectionnant une profondeur d’imagerie par interférométrie à faible cohérence. Dans cette technique interférométrique, un signal d’interférence entre la lumière diffusée par un échantillon et un faisceau de référence est détecté. En faible cohérence, par exemple en lumière blanche, les interférences sont localisées sur une zone étroite définissant la résolution axiale du système de mesure. La résolution axiale est ainsi découplée de la profondeur de champ et peut donc être arbitrairement petite. Grâce à l’interférométrie, les petits signaux sont amplifiés, rendant l’OCT particulièrement sensible.
  • Parmi les techniques d'OCT, on distingue l'OCT en domaine de Fourier (FD-OCT) et l’OCT en domaine temporel.
  • En FD-OCT, le spectre du signal interférométrique provenant d’une colonne de l’échantillon (et donc de différentes profondeurs) est enregistré, et l’information axiale des diffuseurs est récupérée par traitement numérique (Transformée de Fourier). On distingue l’OCT en domaine spectral, qui mesure le spectre grâce à un réseau de diffraction et un détecteur linéaire, et l’OCT à balayage de source, qui mesure le spectre par mesures successives via un détecteur ponctuel en balayant la longueur d’onde de la source optique. L’amplitude et la phase du faisceau échantillon sont obtenus directement par l’opération de Transformée de Fourier.
  • En TD-OCT, le signal d’interférence provenant d’une profondeur donnée est mesuré directement en intégrant toutes les longueurs d’onde via un détecteur ponctuel. L’information de profondeur peut être obtenue en réalisant un balayage axial du miroir de référence. L’amplitude et la phase du signal incident peuvent être récupérés en faisant, par exemple, une modulation dite 4 phases, qui consiste à prendre 4 images successives en décalant le bras de référence de pi/2 entre chaque image. En combinant astucieusement les images, il est possible de filtrer les photons provenant du seul plan de cohérence, et de séparer le terme d’amplitude des interférences et le terme de déphasage.
  • On distingue également l’OCT à balayage, dans laquelle les mesures dans le plan transverse sont réalisées point par point par balayage, et l’OCT plein champ, dans laquelle un signal d’interférence est mesuré dans un plan bidimensionnel transverse et enregistré par une caméra.
  • En TD-OCT à balayage, un scan axial du bras de référence ainsi qu’un scan transverse des positions scannées sont nécessaires pour imager un volume entier. En FD-OCT à balayage, en chaque point du champ de vue, l’information de toute la profondeur de l’échantillon est obtenue via une mesure unidimensionnelle, typiquement avec un spectromètre, mais un scan bidimensionnel est nécessaire.
  • Au contraire, l’OCT plein champ ne nécessite un balayage que dans la seule dimension axiale de l’objet ou échantillon, et permet donc de hautes cadences d’imagerie. Cependant, cette technique possède une sensibilité relativement faible, car les photons qui n’interférent pas sont captés par le détecteur, et bien que filtrés, ils contribuent à créer un bruit (bruit de grenaille) sur le détecteur. Il peut donc être avantageux de filtrer ces photons autrement, par exemple avec un filtre confocal, ce qui n’est possible qu’en OCT à balayage. En OCT plein champ, l’acquisition de tous les pixels de l’image simultanément empêche l’utilisation d’un filtrage confocal. L’utilisation d’un filtre confocal est aussi important pour limiter l’influence d’interférences parasites (cross-talk en anglais) dû aux photons multi-diffus.
    •
  • L’invention vise à résoudre les inconvénients de l’art antérieur décrits.
  • Il est notamment un but de l’invention de proposer un dispositif et un procédé pour l’imagerie interférométrique d’un objet diffusant permettant de réaliser de l’imagerie en plein champ à une vitesse et une sensibilité élevées.
  • Il est un autre but de la présente invention de proposer un dispositif et un procédé pour l’imagerie interférométrique d’un objet diffusant permettant à la fois l’imagerie interférométrique d’un objet diffusant et l’imagerie incohérente en champ sombre, afin de pouvoir avantageusement combiner des contrastes différents.
  • Il est encore un but de la présente invention de proposer un dispositif pour l’imagerie interférométrique d’un objet diffusant dont la configuration est simple et compacte.
  • Au moins un de ces buts est atteint avec un dispositif pour l’imagerie interférométrique d’un objet diffusant, comprenant :
    • un module d’illumination linéaire à faible cohérence configuré pour générer un faisceau de mesure et un faisceau de référence de section linéaire, le faisceau de mesure produisant une illumination en forme de ligne lumineuse de l’objet dans un champ de vue ;
    • des moyens interférométriques configurés pour générer un signal d’interférence résultant d’interférences entre le faisceau de mesure rétrodiffusé dans la ligne lumineuse et le faisceau de référence ;
    • un capteur bidimensionnel comprenant un obturateur déroulant ;
    • des moyens de balayage configurés pour déplacer la ligne lumineuse sur l’objet dans le champ de vue ;
    • un module de synchronisation configuré pour fonctionner dans un premier mode synchronisé avec un décalage temporel nul entre l’obturateur déroulant et les moyens de balayage, dans lequel le capteur est configuré pour capter le signal d’interférence, et dans un deuxième mode synchronisé avec un décalage temporel non nul déterminé entre l’obturateur déroulant et les moyens de balayage, dans lequel le capteur est configuré pour capter un signal lumineux, dit incohérent, provenant d’une zone non illuminée de l’objet ; et
    • un module de traitement d’images configuré pour produire une image en champ clair à partir des signaux d’interférence et pour produire une image en champ sombre à partir des signaux incohérents.
  • Le dispositif d’imagerie selon la présente invention permet d’allier les avantages d’une configuration en plein champ d’un dispositif d’imagerie basé sur l’interférométrie à faible cohérence et d’une configuration en champ sombre, et d’en combiner les contrastes obtenus. L’obturateur déroulant du capteur, et donc l’exposition successive de lignes de pixels du capteur, agit comme un filtrage spatial en temps réel, permettant d’augmenter considérablement la sensibilité de détection par rapport à une configuration en plein champ sans filtrage, et sans qu’un filtrage numérique supplémentaire pendant le traitement d’images soit nécessaire.
  • Le dispositif selon l’invention permet de réaliser de l’imagerie interférométrique en champ clair et en champ sombre, les deux configurations étant indépendantes l’une de l’autre. Le dispositif selon l’invention permet de produire des images uniquement en champ clair ou uniquement en champ sombre, ou les deux.
  • Le dispositif selon l’invention permet ainsi de réaliser de l’imagerie interférométrique en champ clair. Dans la configuration du premier mode de synchronisation, l’illumination est synchronisée avec l’obturateur déroulant (ou diaphragme numérique dynamique) de sorte que seuls les pixels exposés à chaque pas de temps soient illuminés par de la lumière rétrodiffusée par l’objet et par le bras de référence. Il est possible de réaliser de l’interférométrie à faible cohérence pour imager un objet diffusant et obtenir des images de contraste de réflectivité. En particulier, l’imagerie en champ clair permet d’obtenir des images de structures diffusantes avec un très bon contraste. La vitesse d’imagerie dans cette configuration est la même que dans une configuration plein champ, tout en augmentant la sensibilité de détection grâce au filtrage spatial.
  • Le module de traitement d’images est configuré pour produire une image en champ clair à partir des signaux d’interférence selon des techniques connues, telles que la modulation en 4 phases ou 5 phases, ou la démodulation synchrone sinusoïdale.
  • Le dispositif selon l’invention permet également de réaliser de l’imagerie en champ sombre. Dans la configuration du deuxième mode de synchronisation, l’illumination est synchronisée avec l’obturateur déroulant de sorte que les pixels exposés à chaque pas de temps ne soient pas illuminés par la lumière rétrodiffusée par l’objet, et respectivement réfléchie dans le bras de référence, mais uniquement par de la lumière multi-diffusée. Cette configuration permet d’obtenir des images de contraste d’absorption et/ou de phase.
  • Le module de traitement d’images est configuré pour produire une image en champ sombre à partir des signaux incohérents, c’est-à-dire, provenant de la lumière multi-diffusée par l’objet et ne produisant pas de signaux d’interférence.
  • De manière importante, le dispositif selon l’invention est configuré pour imager un objet ou échantillon à la fois en champ clair et en champ sombre, et d’exploiter les mesures obtenues selon les deux modes. La transition d’un mode de synchronisation vers l’autre est réalisée par un simple ajustement du décalage temporel entre l’obturateur déroulant du capteur et les moyens de balayage, sans qu’aucune manipulation mécanique par un opérateur soit nécessaire. Ainsi, à partir d’un même dispositif pouvant fonctionner selon différentes configurations en champ clair et en champ sombre, différents types d’images en plein champ peuvent être obtenus du même objet ou de la même zone de l’objet.
  • Grâce au dispositif selon l’invention, il est possible de passer aisément d’une configuration en plein champ, permettant des mesures de la diffusion de structures à haut contraste d’intensité, à une configuration en champ sombre, à détection décalée, permettant des mesures de contraste de phase et/ou d’absorption. Une séquence avec différents types d’images peut notamment servir pour corriger numériquement les mouvements de l’objet imagé ou d’autres perturbations.
  • La projection d’une ligne lumineuse balayant l’objet à imager (tel que la rétine) à la même vitesse que fonctionne l’obturateur déroulant, avec un décalage temporel constant, au cours d’une acquisition, entre la position de l’obturateur et de la ligne d’illumination, permet d’obtenir des images à haute résolution même dans des milieux aberrants. Le réglage du décalage et du temps d’exposition de l’obturateur déroulant permet de changer l’angle du gradient de phase et le rapport signal sur bruit. Lorsqu’on passe du premier au deuxième mode, on augmente idéalement le temps d’exposition du capteur. A titre d’exemple, en champ clair, le décalage est de 0 et le temps d’exposition peut être de 50μs. Pour passer en champ sombre, le décalage peut passer, par exemple, à 100 μs, et le temps d’exposition à de 200 μs.
  • Le dispositif selon l’invention permet ainsi, par rapport aux systèmes de l’état de l’art, d’augmenter la cadence d’imagerie tout en augmentant la sensibilité de la détection. Un compromis entre sensibilité et vitesse d'acquisition peut être obtenu en conservant un degré de confocalité dans une dimension transverse tout en parallélisant la détection des pixels dans l'autre dimension transverse avec la ligne lumineuse.
  • Le dispositif selon l’invention permet avantageusement une implémentation facile à mettre en œuvre, ainsi que de bénéficier de la multi-modalité par la mesure du champ sombre.
  • Dans le dispositif selon l’invention, l’illumination et la détection sont découplées, ou indépendantes, l’une de l’autre. Grâce à la présence d’un capteur bidimensionnel avec l’obturateur déroulant, la ligne de détection sur le capteur n’est pas dans une position fixe, il n’est pas nécessaire de « dé-balayer » la ligne en détection, c’est-à-dire de repasser par le système de scan pour annuler l’angle introduit. Il est alors aisé, moyennant un simple délai temporel, de regarder en dehors de la zone illuminée de l’objet pour obtenir les contrastes de phase et d’absorption. Ceci permet de passer rapidement d’un mode de synchronisation à l’autre.
  • Grâce à la présence d’un capteur optique bidimensionnel (et non un capteur unidimensionnel), le dispositif selon l’invention est robuste par rapport à la non-linéarité des moyens de balayage, pouvant résulter des contraintes mécaniques de ces moyens, et aux aberrations optiques introduites par ceux-ci, pouvant provoquer respectivement des artefacts et une perte de résolution spatiale. Du fait du découplage entre l’illumination et la détection, les non-linéarités des moyens de balayage du faisceau lumineux peut entraîner un délai temporel entre l’illumination et la détection et ainsi la perte du signal. Lorsqu’il n’y a pas de signal, il est alors possible de constater directement la non-linéarité du système de balayage, ce qui n’est pas possible en imagerie confocale ou ligne. En effet, dans les systèmes confocales et ligne, l’illumination et la détection étant couplées, les non-linéarités du système de balayage provoquent un artefact de distorsion de la structure de l’objet imagé.
  • Le délai temporel pour passer d’un mode à l’autre est typiquement de quelques microsecondes.
  • Une cadence d’imagerie élevée est notamment importante dans le cas de l’imagerie de l’œil, pour s’affranchir des défauts induits par les mouvements de ce dernier.
  • Une sensibilité élevée permet de détecter des structures moins diffusantes, comme des cellules individuelles et leurs organelles.
  • Le capteur bidimensionnel peut être, par exemple, une caméra CMOS (semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire, complementary metal oxide semiconductor selon la terminologie anglo-saxonne).
  • Selon un mode de réalisation, le module de synchronisation peut être configuré pour fonctionner alternativement dans le premier mode synchronisé et le deuxième mode synchronisé pour chaque position de la ligne lumineuse dans le champ de vue.
  • Alternativement, le module de synchronisation peut être configuré pour fonctionner dans le premier mode synchronisé et le deuxième mode synchronisé pour l’ensemble du champ de vue.
  • Avantageusement, le module de traitement d’images peut être configuré pour produire une image de contraste de phase à partir d’au moins deux images en champ sombre.
  • En effet, il est possible d’obtenir une image de contraste de phase augmenté en soustrayant deux images prises en champ sombre, représentant également des images de contraste de phase, avec un décalage temporel entre l’obturateur et les moyens de balayage positif ou négatif, respectivement.
  • Alternativement ou en plus, le module de traitement d’images peut être configuré pour produire une image de contraste d’absorption à partir d’au moins deux images en champ sombre.
  • En effet, il est possible d’obtenir une image de contraste d’absorption en additionnant deux images prises en champ sombre avec un décalage temporel entre l’obturateur et les moyens de balayage positif ou négatif, respectivement.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif selon l’invention peut comprendre en outre un module d’optique adaptative configuré pour corriger des défauts statiques et/ou dynamiques subis par le front d’onde de l’illumination traversant l’objet.
  • Grâce au module d’optique adaptative, des défauts statiques et/ou dynamiques imposés au front d’onde par l’objet ou l’échantillon, par exemple l’œil humain, peuvent être efficacement corrigés. L’optique adaptative est particulièrement importante lorsque l’objet à imager est épais avec des variations d’indice optique importantes, et/ou possède une surface non plane. La correction doit être réalisée rapidement, dans le cas des aberrations dynamiques, comme par exemple dans le cas de l’œil humain in vivo. La correction permet de maintenir une résolution élevée pour le dispositif même en présence de défauts ou perturbations. L’optique adaptative permet également d’assurer que l’illumination reste bien en forme de ligne et ne s’étale pas, afin de ne pas limiter le contraste pouvant être obtenu avec le dispositif par le masquage du signal de phase par le signal direct de la ligne étalée. Elle permet également de s’assurer que le recouvrement entre la taille de la ligne lumineuse et l’obturateur déroulant soit optimal. Le module d’optique adaptative permet ainsi de garantir à la fois la bonne dimension de la ligne lumineuse sur l’objet à imager et la qualité d’imagerie des structures d’intérêt.
  • De manière avantageuse, le module d’illumination peut comprendre une source lumineuse bidimensionnelle couplée à une lentille génératrice de ligne.
  • Alternativement, le module d’illumination peut comprendre une source lumineuse étendue couplée avec un filtre spatial en forme de ligne, ou avec une matrice de micro-miroirs (digital micromirror device, DMD).
  • La source lumineuse peut être une source infrarouge.
  • Les longueurs d’onde infrarouges n’étant que très peu absorbées par les tissus biologiques, elles sont particulièrement adaptées pour l’imagerie de tels tissus.
  • Selon un exemple, la source lumineuse peut être une diode superluminescente (SLD). Les SLD ont l'avantage d'être relativement puissants (quelques milliwatts) et d’avoir une directivité élevée. De plus, leur faible longueur de cohérence temporelle permet d'atténuer les tavelures, c’est-à-dire, des distributions granulaires d'intensité.
  • Selon un autre exemple, la source lumineuse peut être une diode électroluminescente (LED), ou encore un laser à balayage.
  • La lentille génératrice de ligne peut être une lentille cylindrique ou une lentille de Powell.
  • Une lentille de Powell garantit une distribution d’intensité homogène le long de la ligne lumineuse générée.
  • Selon un autre aspect de la même invention, il est proposé un procédé pour imager un objet diffusant. Le procédé est mis en œuvre par un dispositif pour l’imagerie interférométrique comprenant un module d’illumination linéaire faible cohérence configuré pour générer un faisceau de mesure et un faisceau de référence de section linéaire, des moyens interférométriques, un capteur bidimensionnel comprenant un obturateur déroulant, des moyens de balayage, un module de synchronisation et un module de traitement d’images, et notamment par un dispositif d’imagerie interférométrique selon la présente invention.
  • Le procédé selon l’invention comprend les étapes suivantes :
  • - illumination de l’objet avec le faisceau de mesure produisant une illumination en forme de ligne lumineuse dans le champ de vue ;
  • - génération d’un signal d’interférence résultant d’interférences entre le faisceau de mesure rétrodiffusé dans la ligne lumineuse et le faisceau de référence ;
  • - balayage, par les moyens de balayage, de la ligne lumineuse sur l’objet dans le champ de vue ;
  • - synchronisation, par le module de synchronisation, des moyens de balayage et de l’obturateur déroulant avec un décalage temporel nul dans un premier mode synchronisé, dans lequel le capteur est configuré pour capter le signal d’interférence, et avec un décalage temporel non nul déterminé dans un deuxième mode synchronisé, dans lequel le capteur est configuré pour capter un signal lumineux, dit incohérent, provenant d’une zone non illuminée de l’objet ;
  • - détection, par le capteur, d’un signal d’interférence et/ou d’un signal incohérent ;
  • - production, par le module de traitement d’images, d’une image en champ clair à partir des signaux interférométriques et d’une image en champ sombre à partir des signaux incohérents.
  • De manière avantageuse, les étapes de synchronisation et de détection peuvent être réalisées alternativement pour produire une image en champ clair et pour produire une image en champ sombre successivement.
  • Il est en effet aisé de passer du premier mode synchronisé au deuxième mode synchronisé en ajustant le décalage temporel entre l’obturateur déroulant du capteur et les moyens de balayage. Des images en champ clair et en champ sombre peuvent ainsi être obtenues du même objet ou de la même partie de l’objet, permettant de combiner les avantages des deux modes pour obtenir d’avantage d’informations de l’objet imagé.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape de production d’une image de contraste de phase à partir d’au moins deux images en champ sombre.
  • Alternativement ou en plus, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape de production d’une image de contraste d’absorption à partir d’au moins deux images en champ sombre.
  • Le procédé selon l’invention peut également comprendre une étape de correction de défauts statiques et/ou dynamiques subis par le front d’onde de l’illumination traversant l’objet.
  • Pour cela, un module d’optique adaptative peut être mis en œuvre comme décrit ci-dessus.
  • Le dispositif et le procédé selon l’invention peuvent être mis en œuvre dans de nombreuses applications nécessitant l’imagerie de structures, objets ou échantillons diffusants. Le dispositif et le procédé selon l’invention peuvent être mis en œuvre dans tous les domaines où la tomographie en optique cohérente (OCT) est utilisée et utile, à savoir, le diagnostic médical d’échantillons chirurgicaux, le diagnostic médical ophtalmologique (par exemple, de la cornée ou de la rétine) in vivo, et l’imagerie d’échantillons biologiques. Cette dernière application est particulièrement importante en pharmacologie, notamment pour l’imagerie des organoïdes.
  • Le dispositif et le procédé selon l’invention peuvent notamment être mis en œuvre dans l’OCT plein champ (FF-OCT), dans le domaine temporel ou spectral, ou dans l’OCT Fourier (FD-OCT) à balayage de source.
  • Le dispositif et le procédé selon l’invention peuvent également être utilisé pour l’imagerie de matériaux divers.
  • Plus particulièrement pour l’imagerie de la rétine, le dispositif et le procédé selon l’invention permettent d’observer la plupart des structures d’intérêt dans une rétine, qu’elles soient hautement rétro-diffusantes, comme les cônes et les bâtonnets, ou faiblement diffusantes en champ clair, ou moins diffusantes en champ sombre, comme par exemple des cellules ganglionnaires et capillaires sanguins. Les hautes cadences atteignables et le large de champ de vue imagé permettent de répondre à un besoin médical de scanner la zone la plus large possible tout en limitant le temps d’imagerie pour le patient en diminuant ainsi des artefacts de mouvement. La haute cadence permet également d’imager le flux sanguin dans des capillaires présents dans la rétine.
    • Description des figures et modes de réalisation
  • D’autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l’examen de la description détaillée d’exemples nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :
    • la est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif d’imagerie interférométrique selon l’invention ;
    • la est une représentation schématique d’un exemple d’un module d’illumination du dispositif selon l’invention ;
    • la montre une représentation schématique d’un premier mode de synchronisation mis en œuvre par le dispositif selon l’invention ; et
    • la montre une représentation schématique d’un deuxième mode de synchronisation mis en œuvre par le dispositif selon l’invention.
  • Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.
  • Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures peuvent conserver la même référence.
  • La est une représentation schématique d’un mode de réalisation non limitatif d’un dispositif d’imagerie interférométrique selon la présente invention.
  • Le dispositif 1, tel que représenté sur la , peut être mis en œuvre pour réaliser les étapes d’un procédé d’imagerie interférométrique selon la présente invention. Des exemples de réalisation du dispositif et du procédé selon l’invention seront décrits par la suite.
  • Le dispositif 1 comprend un module d’illumination linéaire 2, des moyens interférométriques, des moyens de balayage 12 et un capteur d’images bidimensionnel 14.
  • Le module d’illumination linéaire 2 comprend une source lumineuse à faible cohérence. Le module 2 permet de produire un faisceau lumineux de section linéaire, et ainsi un éclairage en forme de ligne dans le plan de l’objet 20 ou de l’échantillon à imager. Un exemple d’un tel module d’illumination est illustré sur la .
  • Le module d’illumination 2, tel que représenté sur la , comprend une diode superluminescente (SLD) fibrée 3, un collimateur 4 et une lentille génératrice de ligne 5. La lentille 5 génératrice de ligne est de préférence une lentille de Powell. La lentille 5 peut également être une lentille cylindrique.
  • La SLD 3 est une source bidimensionnelle. Elle a une émission large bande et une faible longueur de cohérence temporelle. Elle peut par exemple émettre à une longueur d’onde de 850 nm avec une bande passante spectrale de 55 nm.
  • De manière alternative, la sortie de la source lumineuse peut également être non fibrée. Dans ce cas, si le faisceau lumineux sortant est déjà parallèle, un collimateur n’est pas nécessaire.
  • Le faisceau 7 de la SLD 3 traverse le collimateur 4 et la lentille de Powell 5 qui convertit le faisceau collimaté en faisceau divergent de section linéaire. Le faisceau converti présente un angle d’ouverture dans une direction mais reste collimaté dans la direction orthogonale.
  • La illustre la forme du faisceau lumineux 7 sortant du module d’illumination 2 dans les deux plans (x, z) et (y, z), ainsi que sa section linéaire 25 dans le plan (x, y).
  • Toujours en référence à la , un doublet achromatique 6 positionné en sortie du module d’illumination 2 permet ensuite de limiter le champ d’illumination dans la direction dans laquelle le faisceau est divergent, afin de minimiser les pertes de puissance. En superposant les plans focaux de la lentille cylindrique 5 et du doublet 6, une ligne lumineuse collimatée est formée après le doublet 6.
  • Afin de garantir une illumination homogène sur les bords de la ligne lumineuse, et comme illustré sur la , une fente 13 peut être placée dans le plan focal image du doublet achromatique 6, ce plan focal étant conjugué au plan de l’objet ou échantillon à imager.
  • Le dispositif 1 comprend également des moyens interférométriques. Dans le mode de réalisation représenté sur la , les moyens interférométriques comprennent un cube séparateur de faisceau 8 ainsi qu’un miroir 9 déplaçable. Le faisceau lumineux 7, en forme de ligne, issu du module d’illumination 2 est séparé par le cube séparateur 8 en un faisceau de mesure 10 et un faisceau de référence 11, formant un bras de mesure et un bras de référence, respectivement, de l’interféromètre. Le faisceau de mesure 10 est dirigé vers l’objet 20 et focalisé sur celui-ci à l’aide d’une lentille 21 et un objectif 23, de façon à ce que l’objet soit illuminé avec la ligne lumineuse générée par le module d’illumination 2. La lumière diffusée par l’objet 20 repasse par le cube séparateur 8.
  • Le miroir déplaçable 9 permet de varier la longueur du bras de référence. Le faisceau de référence 11, focalisé sur le miroir 9 par la lentille 21 et un objectif 24, est réfléchi par le miroir 9 vers le cube séparateur 8. Le faisceau de référence 11 interfère alors avec la lumière diffusée par l’objet 20.
  • Dans le mode de réalisation représenté dans la , les moyens interférométriques sont agencés selon la configuration dite de Linnik.
  • Bien entendu, d’autres configurations pour l’interféromètre sont envisageables.
  • La ligne lumineuse est balayée sur l’objet 20 à imager, dans le champ de vue, à l’aide de moyens de balayage. Pour cela, le faisceau lumineux 7 émis par le module d’illumination est dirigé vers un miroir galvanométrique 12. Celui-ci permet de diriger le faisceau de mesure 10 vers l’objet 20 selon un angle variable, permettant de balayer l’ensemble du champ de vue avec la ligne lumineuse formée par le module d’illumination 2. Le faisceau de référence est également balayé par le miroir galvanométrique 12 sur le miroir de référence 9.
  • L'amplitude du balayage peut être ajustée pour fournir un champ de vue déterminé. La fréquence de balayage du miroir galvanométrique est identique à la fréquence d'acquisition d'images plein champ sur le champ de vue. Par exemple, pour acquérir des images sur le champ de vue entier, la vitesse de balayage peut être de 100 Hz, et pour des images sur la moitié du champ de vue, la vitesse de balayage peut être de 200 Hz.
  • L’illumination de l’objet 20 doit être en forme de ligne dans le plan focal image, et le miroir galvanométrique 12 doit se trouver dans le plan pupille pour que l’angle du miroir 12 permette un changement de position seul de la ligne lumineuse sur l’objet.
  • Deux lentilles 17, 18 agencées de part et d’autre du miroir galvanométrique 12 permettent de passer d’un plan image à un plan pupille.
  • Le dispositif 1 selon l’invention comprend un capteur bidimensionnel 14 configuré pour détecter des signaux d’interférence ainsi que de la lumière diffusée par l’objet. Les signaux lumineux sont focalisés sur le détecteur à l’aide d’une lentille 22. Le capteur 14 comprend un obturateur déroulant. Cet obturateur est un obturateur contrôlable électroniquement. Il est notamment possible d’ajuster la largeur de l’obturateur afin de définir le nombre de rangées ou lignes de pixels du capteur 14 qui sont exposés. Le temps de pose par rangée de pixels du capteur 14 est constant. La vitesse de l’obturateur déroulant est définie par la fréquence d'images du capteur 14.
  • Le capteur 14 est par exemple une caméra CMOS équipée d’un obturateur déroulant.
  • Le dispositif 1 selon l’invention comprend un module de synchronisation (non représenté) pour gérer le mode de synchronisation entre les moyens de balayage et l’obturateur déroulant du capteur 14.
  • Un premier et un deuxième mode de synchronisation sont illustrés schématiquement sur les figures 3 et 4, respectivement. Dans les figures 3 et 4, le champ de vue du capteur est représenté par une matrice de 15 x 9 pixels 31. La ligne lumineuse résultante de la superposition de la lumière rétrodiffusée 32 et de la lumière réfléchie par le bras de référence sur le capteur est illustrée par un fond grisé. L’obturateur déroulant exposant les trois rangées de pixels est illustré par un rectangle 33 au trait épais.
  • Dans un premier mode de synchronisation, le décalage temporel entre les moyens de balayage et l’obturateur déroulant est nul. Dans ce cas, le capteur capte la zone de l’objet illuminée par la ligne lumineuse, il détecte alors le signal d’interférence entre la lumière diffusée par l’objet et le faisceau de référence, pour chaque zone en forme de ligne illuminée sur l’objet. Il s’agit d’une détection en champ clair.
  • Le principe de fonctionnement du premier mode de synchronisation est illustré dans la .
  • Dans le premier mode de synchronisation, la lumière rétrodiffusée directement, en forme de ligne, par l’objet ainsi que le faisceau de référence sont détectés par les rangées de pixels 31 du capteur exposées par l’obturateur déroulant. Pour synchroniser l’obturateur déroulant avec les moyens de balayage, et notamment le miroir galvanométrique, un signal électronique déclencheur de type TTL (transistor-transistor logic) peut être généré et envoyé au capteur, de manière synchrone à un signal de tension linéaire, de type dent de scie généré et envoyé au miroir galvanométrique, par exemple avec une carte de sortie analogique.
  • Pour filtrer la lumière multi-diffusée et non focalisée, le centre de la ligne lumineuse rétrodiffusée doit coïncider avec le centre des rangées de pixels exposés par l’obturateur.
  • Dans l’exemple illustré sur la , la ligne lumineuse rétrodiffusée 32 éclaire trois rangées de pixels 31 sur le capteur. La vitesse de l’obturateur déroulant est de t i par rangée. L'exposition de la première rangée de pixels commence au moment t 0, qui correspond par exemple à la montée du signal déclencheur. L'exposition de la rangée de pixels suivant commence après ti, et ainsi de suite jusqu'à la dernière rangée de pixels de l'image.
  • Le temps d’exposition t exp est, par exemple, 50 µs, pour une fréquence d’acquisition de 200 Hz. Cela correspond à laisser chaque ligne exposée pendant l’équivalent de 10 rangées de pixels. Pour une largeur de la ligne d’illumination de 10 rangées de pixels sur le capteur 14, choisir un temps d’exposition de 50 µs est optimal. Pour un champ de vue de 1000 rangées de pixels, cela correspond à un temps d’acquisition de 5,05 ms par image.
  • Une image complète est acquise lorsque l’ensemble des pixels correspondant au champ de vue, soit les 1000 rangées, ont été exposées, c’est-à-dire en 5,05 ms. Pour obtenir une image à partir des signaux d’interférence, des méthodes connues (telles que la FD-OCT ou TD-OCT) peuvent être mises en œuvre.
  • Le miroir galvanométrique revient à sa position initiale avant l’acquisition d’une nouvelle image.
  • Les images obtenues selon ce premier mode de synchronisation sont des images de contraste de réflectance.
  • Dans un deuxième mode de synchronisation, le décalage temporel entre les moyens de balayage et l’obturateur déroulant est non nul. Dans ce cas, le capteur capte un signal lumineux incohérent, provenant d’une zone non illuminée de l’objet. Il s’agit de la détection en champ sombre de la lumière multi-diffusée par l’objet. 
  • Le principe de fonctionnement du deuxième mode de synchronisation est illustré dans la .
  • Dans le deuxième mode de synchronisation, la lumière rétrodiffusée directement, en forme de ligne, par l’objet ainsi que le faisceau de référence ne sont pas détectés par le capteur. Par conséquent, le capteur ne détecte pas de signaux d’interférence.
  • Ici, l’obturateur déroulant du capteur est temporellement décalé par rapport au miroir galvanométrique (et donc la ligne lumineuse 32 sur le capteur) d’un temps de 3t i. Dans l’exemple représenté dans la , l’obturateur déroulant 33 est en avance par rapport à l’illumination. Dans le plan de la figure, les pixels exposés se trouvent alors en dessous des pixels éclairés.
  • La ligne lumineuse rétrodiffusée 34 éclaire deux rangées 32 de pixels 31 sur le capteur, et la vitesse de l’obturateur déroulant est de t i par rangée. L'exposition de la première rangée de pixels commence au moment t 0, qui correspond par exemple à la montée du signal déclencheur. L'exposition de la rangée de pixels suivant commence après ti, et ainsi de suite jusqu'à la dernière rangée de pixels de l'image. L’obturateur déroulant expose également deux rangées 35 de pixels, décalés de trois rangées par rapport aux rangées 32 éclairés.
  • Bien entendu, l’obturateur déroulant peut également être retardé par rapport à l’illumination.
  • Les images obtenues selon ce deuxième mode de synchronisation sont des images de champ sombre, à partir desquelles on peut générer des images de contraste de phase et d’absorption.
  • Dans le dispositif selon l’invention, le module de synchronisation est configuré pour fonctionner dans le premier et le deuxième mode de synchronisation, en combinant l’imagerie en champ clair et en champ sombre pour améliorer la qualité de l’imagerie par le dispositif.
  • Pour obtenir une image de contraste de phase augmenté, deux images prises en champ sombre, représentant également des images de contraste de phase, peuvent être soustraites. L’une des deux images d’origine est captée avec un décalage temporel entre l’obturateur et les moyens de balayage positif, et l’autre image d’origine avec un décalage temporel négatif. Les décalages temporels ont de préférence la même valeur, mais changent uniquement de signe.
  • Pour obtenir une image de contraste d’absorption, deux images prises en champ sombre peuvent être additionnées. L’une des deux images d’origine est captée avec un décalage temporel entre l’obturateur et les moyens de balayage positif, et l’autre image d’origine avec un décalage temporel négatif.
  • Les paramètres du balayage et de la synchronisation, tels que le signal électronique déclencheur, la largeur et la vitesse de l’obturateur déroulant ou les différents décalages temporels mis en œuvre, peuvent être contrôlés via une interface utilisateur.
  • De manière avantageuse, le dispositif selon l’invention peut également comprendre un module d’optique adaptative. Le module d’optique adaptative permet de mesurer et corriger un front d'onde aberré, par exemple dû à des mouvements de l’objet imagé, et donc d’améliorer la résolution des images.
  • Le module d’optique adaptative comprend une source lumineuse (dite source d’analyse) telle qu’une diode super luminescente fibrée, un capteur de front d'onde, par exemple de type Shack-Hartmann, et un miroir déformable. La longueur d’onde ou la bande spectrale de la source d’analyse est de préférence différente de celle de la source utilisée pour l’imagerie ; sinon, des filtres spectraux peuvent être utilisés pour séparer les sources. Le faisceau de la source lumineuse est dirigé vers l’objet. Le front d’onde déformé de la lumière rétrodiffusée par l’objet est dirigé vers le miroir déformable et réfléchi vers le capteur de front d’onde qui mesure la déformation du front d’onde. Le miroir déformable, qui fonctionne en tant que correcteur de front d’onde, est contrôlé en temps réel pour corriger le front d’onde détecté par le capteur de front d’onde.
  • Dans le cas présent, le module d’optique adaptative doit être agencé dans le bras de mesure de l’interféromètre.
  • Le front d'onde est corrigé à la fois pour le faisceau de mesure allant vers l’objet et le faisceau diffusé de l’objet, le correcteur de front d’onde étant placé dans un chemin commun à l’illumination et à l’imagerie.
  • Le dispositif selon l’invention comprend également un module de traitement d’images.
  • Le module de traitement d’images permet de produire une image d’interférence en champ clair à partir des signaux d’interférence. Différentes méthodes peuvent être utilisées pour obtenir une image d’interférence à partir d’un signal d’interférence, en prenant des images successives à différentes positions du miroir de référence, telles que l’imagerie quatre phases, cinq phases, ou la détection synchrone. Ces méthodes sont connues et ne seront pas exposées plus en détails.
  • Le module de traitement d’images permet également de produire une image en champ sombre à partir des signaux incohérents.
  • Le module de traitement d’images comprend au moins un ordinateur, une unité centrale ou de calcul, un microprocesseur, et/ou des moyens logiciels adaptés.
  • Un exemple de réalisation d’un procédé pour imager un objet diffusant sera décrit par la suite. Le procédé peut être mis en œuvre, par exemple, par le dispositif d’imagerie selon l’exemple décrit en relation avec les figures 1 et 2.
  • Le procédé selon ce mode de réalisation comprend les étapes suivantes :
    • illumination, par le module d’illumination linéaire, de l’objet avec une ligne lumineuse dans le champ de vue ;
    • génération d’un signal d’interférence résultant d’interférences entre le faisceau de mesure rétrodiffusé dans la ligne lumineuse et le faisceau de référence ;
    • balayage, par les moyens de balayage, de la ligne lumineuse sur l’objet dans le champ de vue ;
    • synchronisation, par le module de synchronisation, des moyens de balayage et de l’obturateur déroulant avec un décalage temporel nul dans le premier mode synchronisé, afin de détecter, avec le capteur, un signal d’interférence et d’acquérir, avec le module de traitement d’images, une image en champ clair.
  • L’image ou les images acquises en champ clair peuvent ensuite être optimisées, en termes de qualité d’image, pour trouver le bon décalage temporel entre le balayage de la ligne et l’obturateur déroulant. En effet, ce décalage peut être différent d’un échantillon à l’autre.
  • Lorsque l’objet à imager est la rétine, cette étape est importante pour s’assurer que les paramètres d’imagerie sont bons, et que notamment les photorécepteurs peuvent être imagés en se plaçant au bon plan. Cela permet également de régler le décalage temporel optimal pour l’imagerie en champ sombre.
  • En particulier, l’étape d’optimisation permet, en mode champ clair, de s’assurer que l’obturateur déroulant est bien centré sur la ligne lumineuse à chaque instant et que la largeur de l’obturateur déroulant est identique à celle-ci de la ligne. Cette condition est vérifiée quand le signal sur l’image champ clair obtenue est homogène sur l’ensemble de l’image et maximal. Le décalage temporel est nul dans ce cas.
  • Un réglage optimal du mode d’imagerie champ clair permet d’introduire un décalage temporel maitrisé pour l’imagerie par contraste de phase obtenu à partir du mode d’imagerie en champ sombre.
  • Ainsi, si le mode champ clair est bien paramétré, la même valeur de décalage temporel appliquée en avance ou en retard mène effectivement à un obturateur déroulant décalé vers l’avant (avance) ou vers l’arrière (retard) avec le même décalage spatial à chaque instant, de manière symétrique par rapport au centre de la ligne lumineuse. Sans cette symétrie, la symétrie en mode champ sombre entre l’image obtenue avec une avance de l’obturateur déroulant et l’image obtenue avec un retard de l’obturateur déroulant serait compromise.
  • Cette étape d’optimisation, ou de réglage, peut être réalisée lors d’une phase de calibration du dispositif.
  • De manière optionnelle, afin de corriger des défauts statiques et/ou dynamiques subis par le front d’onde de l’illumination traversant l’objet ou échantillon et assurer une ligne lumineuse bien définie sur l’objet ainsi qu’une haute résolution d’imagerie, un module d’optique adaptative peut être mis en œuvre comme décrit ci-dessus.
  • Lors d’une étape suivante, un décalage temporel positif peut être appliqué au balayage, en synchronisant, avec le module de synchronisation, les moyens de balayage et l’obturateur déroulant avec un décalage temporel positif dans le deuxième mode synchronisé, afin de détecter, avec le capteur, un signal incohérent et de production, avec le module de traitement d’images, une image en champ sombre.
  • L’image ou les images acquises en champ sombre peuvent être optimisées, en termes de qualité d’image, pour trouver le bon décalage temporel.
  • En effet, en mode champ sombre, le décalage permettant d’obtenir un contraste optimal dépend des structures que l’on cherche à observer. Il est possible de faire une étude paramétrique en acquérant des séquences d’images de la même région pour un même temps d’exposition, en faisant varier le décalage temporel entre la ligne d’illumination et l’obturateur déroulant, afin de pouvoir constater l’évolution du contraste et de la netteté de la structure à imager en fonction du décalage temporel. A partir de ces données, on peut extraire le décalage temporel optimal pour maximiser le contraste de la structure d’intérêt.
  • Les mêmes étapes peuvent être mises en œuvre pour acquérir une ou plusieurs images en champ sombre avec un décalage temporel négatif de la même valeur que le décalage temporel positif.
  • Entre les étapes pour acquérir des images en mode champ sombre ou des images en champ clair, il peut être utile de retourner dans le mode champ clair ou dans le mode champ sombre, respectivement.
  • Selon un exemple, lors des acquisitions l’œil par exemple, celui-ci fixe une cible et est soumis à des mouvements involontaires induisant des décalages relatifs entre les images acquises. Les images doivent donc être recalées en post-traitement. Il peut alors être plus facile d’estimer les décalages relatifs entre les images à partir des images en champ clair que des images en champ sombre. L’estimation du décalage de chaque image en champ clair peut aussi être utilisée pour extrapoler le décalage de l’image en champ sombre successive à celui que l’on vient d’estimer avec l’image en champ clair.
  • Selon un autre exemple, pour certaines structures de la rétine, comme les photorécepteurs, il peut être intéressant d’acquérir des images présentant un contraste d’absorption et un contraste de phase. Il est alors possible d’enchainer les acquisitions d’images en champ clair (par exemple, une centaine) et ensuite en champ sombre. Alternativement, on peut intercaler les acquisitions d’images entre champ clair et champ sombre. L’avantage de cette alternative est qu’on image la même structure sur des moments très proches, permettant éventuellement d’étudier la dynamique des cellules de la rétine.
  • Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de production d’une image de contraste de phase à partir d’au moins deux images en champ sombre. Pour ce faire, une image acquise avec un décalage temporel positif et une image acquise avec un décalage temporel négatif sont soustraites l’une de l’autre.
  • A titre d’exemple, la figure 6 montre une image de contraste de phase obtenue avec un procédé selon le mode de réalisation décrit ci-dessus. Sur l’image, on distingue des vaisseaux sanguins, des capillaires et des fibres.
  • Lorsqu’on alterne entre les modes champ sombre correspondant aux décalages temporels positif et négatif, il est ensuite possible de soustraire consécutivement les images de l’acquisition deux par deux pour obtenir une séquence d’images dites « split detection » avec un contraste de phase maximisé. Si la séquence d’acquisition initiale avec l’alternance des modes champ sombre aux décalages temporels positif et négatif est, par exemple, de 800 images/s, la cadence effective de la séquence d’images « split detection », obtenue à partir de deux images successives de la séquence initiale, est deux fois plus faible, soit 400 images/s.
  • Lorsque le procédé selon l’invention est mis en œuvre pour l’imagerie de la rétine, il convient de vérifier, lors de l’allumage de la source lumineuse du module d’illumination, et éventuellement de la source du module d’optique adaptative, que les sources respectent la sécurité oculaire.
  • Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.
    •

Claims (13)

  1. Dispositif (1) pour l’imagerie interférométrique d’un objet diffusant (20), comprenant :
    • un module d’illumination linéaire faible cohérence (2) configuré pour générer un faisceau de mesure (10) et un faisceau de référence (11) de section linéaire, le faisceau de mesure (10) produisant une illumination en forme de ligne lumineuse de l’objet (20) dans un champ de vue ;
    • des moyens interférométriques (8, 9) configurés pour générer un signal d’interférence résultant d’interférences entre le faisceau de mesure rétrodiffusé dans la ligne lumineuse et le faisceau de référence ;
    • un capteur bidimensionnel (14) comprenant un obturateur déroulant ;
    • des moyens de balayage (12) configurés pour déplacer la ligne lumineuse sur l’objet (20) dans le champ de vue ;
    • un module de synchronisation configuré pour fonctionner dans un premier mode synchronisé avec un décalage temporel nul entre l’obturateur déroulant et les moyens de balayage, dans lequel le capteur (14) est configuré pour capter le signal d’interférence, et dans un deuxième mode synchronisé avec un décalage temporel non nul déterminé entre l’obturateur déroulant et les moyens de balayage, dans lequel le capteur (14) est configuré pour capter un signal lumineux, dit incohérent, provenant d’une zone non illuminée de l’objet (20) ; et
    • un module de traitement d’images configuré pour produire une image en champ clair à partir des signaux d’interférence et pour produire une image en champ sombre à partir des signaux incohérents.
  2. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le module de synchronisation est configuré pour fonctionner alternativement dans le premier mode synchronisé et le deuxième mode synchronisé pour chaque position de la ligne lumineuse dans le champ de vue.
  3. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le module de traitement d’images est configuré pour produire une image de contraste de phase à partir d’au moins deux images en champ sombre.
  4. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de traitement d’images est configuré pour produire une image de contraste d’absorption à partir d’au moins deux images en champ sombre.
  5. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un module d’optique adaptative configuré pour corriger des défauts statiques et/ou dynamiques subis par le front d’onde de l’illumination traversant l’objet (20).
  6. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module d’illumination (2) comprend une source lumineuse infrarouge (3).
  7. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module d’illumination (2) comprend une source lumineuse bidimensionnelle (3) couplée à une lentille (5) génératrice de ligne.
  8. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur (14) est un capteur à semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire.
  9. Procédé pour imager un objet diffusant (20), le procédé étant mis en œuvre par un dispositif (1) pour l’imagerie interférométrique comprenant un module d’illumination linéaire faible cohérence (2) configuré pour générer un faisceau de mesure (10) et un faisceau de référence (11) de section linéaire, des moyens interférométriques (8, 9), un capteur bidimensionnel (14) comprenant un obturateur déroulant, des moyens de balayage, un module de synchronisation et un module de traitement d’images, le procédé comprenant les étapes suivantes :
    • illumination de l’objet avec le faisceau de mesure (10) produisant une illumination en forme de ligne lumineuse dans le champ de vue ;
    • génération d’un signal d’interférence résultant d’interférences entre le faisceau de mesure rétrodiffusé dans la ligne lumineuse et le faisceau de référence ;
    • balayage, par les moyens de balayage, de la ligne lumineuse sur l’objet (20) dans le champ de vue ;
    • synchronisation, par le module de synchronisation, des moyens de balayage et de l’obturateur déroulant avec un décalage temporel nul dans un premier mode synchronisé, dans lequel le capteur (14) est configuré pour capter le signal d’interférence, et avec un décalage temporel non nul déterminé dans un deuxième mode synchronisé, dans lequel le capteur (14) est configuré pour capter un signal lumineux, dit incohérent, provenant d’une zone non illuminée de l’objet (20) ;
    • détection, par le capteur (14), d’un signal d’interférence et/ou d’un signal incohérent ;
    • production, par le module de traitement d’images, d’une image en champ clair à partir des signaux interférométriques et d’une image en champ sombre à partir des signaux incohérents.
  10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les étapes de synchronisation et de détection sont réalisées alternativement pour produire une image en champ clair et pour produire une image en champ sombre successivement.
  11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de production d’une image de contraste de phase à partir d’au moins deux images en champ sombre.
  12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de production d’une image de contraste d’absorption à partir d’au moins deux images en champ sombre.
  13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de correction de défauts statiques et/ou dynamiques subis par le front d’onde de l’illumination traversant l’objet.
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