FR2883974A1

FR2883974A1 - Refractive index determining device for part of human or animal body to detect e.g. tumor, has computer to find optical path and to link elementary optical paths and refraction indices to detected travel time, to solve matrix equation

Info

Publication number: FR2883974A1
Application number: FR0503183A
Authority: FR
Inventors: Norbert Beyrard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-06
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: FR2883974B1

Abstract

The device has an infrared laser light (37) movable by one elementary step along a displacement guide (102) or stationary relative to a mirror to perform a series of p coplanar shots. A computer (106) finds an optical path among all optical paths starting from a starting point and reaching an arrival point and links elementary optical paths and refraction indices to detected travel time, to solve a matrix equation. Each shot proceeds from the starting point marked relative to the guide and arrives in the arrival point marked by a detecting unit (40) after passing through a physical environment (44) following an optical path defined as being the shortest optical path between the two points. A timer (104) is synchronized with each shot to record the travel time when each shot reaches the arrival point starting from an initial time when the shot leaves the starting point. The matrix equation is solved relative to a vector of the refractive indices of elementary tiles.

Description

DISPOSITIF POUR DETERMINER UN INDICE DE REFRACTION EN UN GRANDDEVICE FOR DETERMINING A REFRACTION INDEX IN A BIG

NOMBRE DE POINTS D'UN MILIEU PHYSIQUE, PAR EXEMPLE UNE PARTIE DU CORPS D'UN ETRE HUMAIN OU D'UN ANIMAL L'invention se rapporte à un dispositif pour déterminer un indice de réfraction en un grand nombre de points p, par exemple 10000, d'un milieu physique. NUMBER OF POINTS OF A PHYSICAL ENVIRONMENT, FOR EXAMP SUCH A PART OF THE BODY OF A HUMAN BEING OR ANIMAL The invention relates to a device for determining a refractive index at a large number of points p, for example 10000 , of a physical environment.

L'utilisation, par exemple, d'un scanner à laser infrarouge pose le problème de la recherche du chemin optique lorsque l'on traverse un milieu composé de strates d'indice de réfraction différente. Il arrive souvent que l'on ignore l'indice de réfraction de tous les points du milieu traversé. The use of, for example, an infrared laser scanner raises the problem of finding the optical path when crossing a medium composed of layers of different refractive index. It often happens that we do not know the refractive index of all the points of the medium crossed.

A cet effet, l'invention a pour objet, un dispositif pour déterminer un indice de réfraction en un grand nombre de points p, par exemple 10000, d'un milieu physique, chaque point étant repéré par un repère fixe en occupant le barycentre d'un pavé élémentaire où p pavés élémentaires réalisent un pavage du milieu physique, caractérisé en ce qu'il comprend: - un laser lumineux, par exemple à rayon infrarouge, déplaçable d'un pas élémentaire suivant un guide de déplacement ou fixe par rapport à un miroir déplaçable du pas élémentaire suivant le guide de déplacement pour effectuer une série de p tirs coplanaires chacun partant d'un point de départ Ap repéré par rapport au guide de déplacement et arrivant en un point d'arrivée Bp repéré par un moyen de détection après avoir traversé le milieu physique en suivant un chemin optique défini comme étant le plus court trajet optique entre les deux points Ap et Bp; -un compteur de temps synchronisé avec chaque tir pour enregistrer un instant Tp où chaque tir atteint le point d'arrivée Bp à compter d'un instant initial où le tir est parti du point de départ Ap; et - un ordinateur dûment programmé pour effectuer les étapes suivantes: (1) rechercher le chemin optique parmi des trajets optiques partant tous du point de départ Ap et arrivant tous au point d'arrivée Bp, chaque trajet optique étant défini par une séquence de chemins optiques élémentaires (L) chacun égal au produit de deux termes où le premier terme est un module d'un vecteur reliant deux barycentres de deux pavés élémentaires adjacents et où le deuxième terme est un indice de réfraction estimé en chaque barycentre; (2) à partir de p équations linéaires reliant, pour chacun des p chemins optiques recherchés, les chemins optiques élémentaires (L) et les indices de réfraction (N) au temps de traversée Tp détecté, construire une matrice carrée des chemins optiques élémentaires [L], un vecteur des indices de réfraction des pavés élémentaires [N] et un vecteur des temps de traversée du rayon lumineux [T] et résoudre l'équation matricielle: [N] * [L] = [T] par rapport au vecteur des indices de réfraction des pavés élémentaires [N] ; et (3) réitérer les étapes (1) et (2) pour rechercher de nouveaux chemins optiques avec les indices de réfraction des pavés élémentaires calculés lors d'une itération immédiatement précédente, résoudre l'équation matricielle avec les nouveaux chemins optiques élémentaires correspondant aux nouveaux chemins optiques recherchés et obtenir un nouveau vecteur des indices de réfraction des pavés élémentaires jusqu'à ce que la matrice des chemins optiques élémentaires [L] converge et que le vecteur des indices de réfraction des pavés élémentaires [N] converge également. For this purpose, the object of the invention is a device for determining a refractive index at a large number of points p, for example 10000, of a physical medium, each point being marked by a fixed reference point while occupying the center of gravity. an elementary block where p elementary blocks perform a tiling of the physical environment, characterized in that it comprises: a light laser, for example with an infrared ray, movable by an elementary step according to a displacement guide or fixed relative to a movable mirror of the elementary step along the displacement guide to perform a series of coplanar shots each starting from a starting point Ap marked with respect to the moving guide and arriving at an arrival point Bp identified by a detection means after passing through the physical medium following an optical path defined as being the shortest optical path between the two points Ap and Bp; a time counter synchronized with each shot to record a moment Tp where each shot reaches the arrival point Bp from an initial moment when the shot has left the starting point Ap; and a computer duly programmed to perform the following steps: (1) search for the optical path among optical paths all starting from the starting point Ap and all arriving at the arrival point Bp, each optical path being defined by a sequence of paths elementary optics (L) each equal to the product of two terms where the first term is a module of a vector connecting two centroids of two adjacent elementary blocks and where the second term is an estimated refractive index at each centroid; (2) from p linear equations connecting, for each of the p optical paths sought, the elementary optical paths (L) and the refractive indices (N) at the crossing time Tp detected, construct a square matrix of the elementary optical paths [ L], a vector of the refractive indices of the elementary blocks [N] and a vector of the times of crossing of the luminous ray [T] and to solve the matrix equation: [N] * [L] = [T] with respect to the vector refractive indices of elementary blocks [N]; and (3) repeating steps (1) and (2) to search for new optical paths with the refractive indices of the elementary blocks computed during an immediately preceding iteration, solving the matrix equation with the new elementary optical paths corresponding to the new optical paths sought and obtain a new vector of the refractive indices of the elementary blocks until the matrix of the elementary optical paths [L] converges and the vector of the refractive indices of the elementary blocks [N] also converges.

Avantageusement, le dispositif est caractérisé en ce que, pour déterminer un coefficient d'atténuation en tout point du milieu physique où un indice de réfraction a été déterminé : - le moyen de détection est conformé pour détecter une variation d'intensité (Alp) de chaque tir de la série entre le point de départ Ap et le point d'arrivée Bp en considération d'une atténuation d'intensité lumineuse le long des chemins optiques élémentaires suivis par chaque tir, fonction d'un coefficient d'atténuation E affecté à chaque pavé élémentaire; et - l'ordinateur est dûment programmé pour effectuer l'étape supplémentaire suivante: (4) partir de p équations linéaires reliant les chemins optiques élémentaires (L) pour lesquels le vecteur des indices de réfraction des pavés élémentaires a convergé à l'étape (3) et les coefficients d'atténuation (E) des pavés élémentaires (100) à la variation d'intensité (Alp) de chacun des p tirs de la série, construire un vecteur des coefficients d'atténuation des pavés élémentaires [E] et un vecteur des variations d'intensité [Alp] puis par une méthode mathématique d'algèbre linéaire, résoudre l'équation matricielle: [E] * [L] = [Alp] par rapport au vecteur des coefficients d'atténuation des pavés élémentaires [E]. Advantageously, the device is characterized in that, to determine an attenuation coefficient at any point of the physical medium where a refractive index has been determined: the detection means is shaped to detect an intensity variation (Alp) of each firing of the series between the starting point Ap and the arrival point Bp in consideration of an attenuation of luminous intensity along the elementary optical paths followed by each firing, according to a attenuation coefficient E assigned to each elementary tile; and the computer is duly programmed to perform the following additional step: (4) from p linear equations connecting the elementary optical paths (L) for which the vector of the refractive indices of the elementary blocks has converged at step ( 3) and the attenuation coefficients (E) of the elementary blocks (100) to the variation of intensity (Alp) of each of the fires in the series, construct a vector of the attenuation coefficients of the elementary blocks [E] and a vector of the variations of intensity [Alp] then by a mathematical method of linear algebra, to solve the matrix equation: [E] * [L] = [Alp] with respect to the vector of the coefficients of attenuation of the elementary blocks [ E].

De préférence, l'ordinateur effectue l'étape (1) en étant dûment programmé pour rechercher le chemin optique par une méthode de calcul d'un chemin critique minimal à partir d'estimations des indices de réfraction obtenues par une méthode d'imagerie mettant en oeuvre un scanner à rayons X, une unité d'imagerie à résonance magnétique nucléaire ou encore une unité d'échographie. Preferably, the computer performs step (1) being duly programmed to search for the optical path by a method of calculating a minimal critical path from estimates of refractive indices obtained by an imaging method using an X-ray scanner, a nuclear magnetic resonance imaging unit or an ultrasound unit.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que, pour conduire à une estimation des indices de réfraction à plus grande résolution spatiale par rapport au milieu physique: - le guide de déplacement est pourvu d'un micro-actionneur déplaçant le laser lumineux ou le miroir suivant le guide de déplacement d'un micro-pas élémentaire égal au pas élémentaire divisé par un facteur d'amplification K pour effectuer deux séries croisées de tirs X et Y tirs respectivement, tous coplanaires et partant chacun d'un point de départ Ax ou Ay repéré par rapport au guide de déplacement et arrivant en un point d'arrivée Bx ou By repéré par le moyen de détection après avoir traversé le milieu physique en suivant un chemin optique défini comme étant le plus court trajet optique entre les deux points Ax et Bx ou Ay et By, et - l'ordinateur est dûment programmé pour effectuer les étapes supplémentaires suivantes: (5) rechercher le chemin optique parmi un grand nombre de trajets optiques partant tous du point de départ Ax ou Ay et arrivant tous au point d'arrivée Bx ou By en étant définis par une séquence de chemins optiques micro- 2883974 4 élémentaires ( L) chacun égal au produit de deux termes où le premier terme est un module d'un vecteur reliant deux barycentres de deux micro-pavés élémentaires adjacents et où le deuxième terme est un indice de réfraction (N') en chaque barycentre de chaque micro-pavé élémentaire égal à l'indice de réfraction du pavé élémentaire dont sont issus les micro-pavés élémentaires après la division par le facteur d'amplification K et pour lesquels le vecteur des indices de réfraction des pavés élémentaires [N] a convergé en (3), et à partir de K*p = X + Y équations linéaires reliant, pour chacun des chemins optiques recherchés de l'une X et de l'autre Y des deux séries de tirs, les chemins optiques micro-élémentaires ( L) et les indices de réfraction des micro-pavés élémentaires (N') au temps de traversée Tx ou Ty détecté à l'aide du compteur de temps synchronisé avec chaque tir atteignant le point d'arrivée Bx ou By à compter d'un instant initial où le tir est parti du point de départ Ax ou Ay, construire une matrice carrée des chemins optiques micro-élémentaires [ L], un vecteur des indices de réfraction des micro-pavés élémentaires [N'] et un vecteur [T] des temps de traversée du rayon lumineux; puis (6) ajuster l'indice de réfraction en chaque micro-pavé élémentaire par une méthode des moindres carrés en tenant compte de contraintes imposées par les valeurs de bordures que constituent les temps de traversée détectés Tx ou Ty en utilisant la formule suivante: Cij=Bij+ 1 *(pj IBJ)+ 1 *(ci .11Bij)- 1 * n m nm (171Pj E) où, dans cette formule, Cij = la valeur recherchée Bij = la valeur estimée initialement (n) = le nombre de lignes d'une matrice représentative d'un tableau des indices de réfraction des pavés micro- élémentaires (n>X) (m) = le nombre de colonnes d'une matrice représentative d'un tableau des indices de réfraction des pavés micro- élémentaires (m>Y) n 1C@ = pj pour toutes les valeurs de i, la contrainte de la colonne j m E = ci pour toutes les valeurs de j, la contrainte de la ligne i. j=1 Avantageusement, le dispositif est caractérisé en ce que, caractérisé en ce que, pour conduire à une estimation des coefficients d'atténuation à plus grande résolution spatiale par rapport au milieu physique: - l'ordinateur (106) est dûment programmé pour effectuer les étapes supplémentaires suivantes: (7) à partir d'une variation d'intensité (Alx, Aly) détectée par le moyen de détection pour chaque tir des deux séries croisées X et Y entre le point de départ Ax ou Ay et le point d'arrivée Bx ou By en considération d'une atténuation d'intensité lumineuse le long des chemins optiques micro- élémentaires suivis par chaque tir, fonction d'un coefficient d'atténuation (E') affecté à chaque micro-pavé élémentaire en étant égal au coefficient d'atténuation (E) du pavé élémentaire dont sont issus les micro-pavés élémentaires divisé par le facteur d'amplification K et à partir de K*p = X + Y équations linéaires reliant, pour chacun des chemins optiques recherchés de l'une X et de l'autre Y des deux séries de tirs, les chemins optiques micro-élémentaires (g) et les coefficients d'atténuation des micro-pavés élémentaires (E') aux variations d'intensité lumineuse (Alx, Aly), construire une matrice carrée des chemins optiques micro-élémentaires [p.L], un vecteur des coefficients d'atténuation des micro-pavés élémentaires [ME'] et un vecteur [Al] des variations d'intensité lumineuse; et (8) ajuster le coefficient d'atténuation en chaque micro-pavé élémentaire par une méthode des moindres carrés en tenant compte de contraintes imposées par les valeurs de bordures que constituent les variations d'intensité lumineuses détectées Alx ou Aly en utilisant la formule suivante: Cij=Bij+ n *(pj CBJ)+ mJ ( 1m *(ci En' Bi/)-* (lj,Pj iiBij) où, dans cette formule, Cij = la valeur recherchée Bij = la valeur estimée initialement (n) = le nombre de lignes d'une matrice représentative d'un tableau des coefficients d'atténuation des pavés micro-élémentaires (m) = le nombre de colonnes d'une matrice représentative d'un tableau des coefficients d'atténuation des pavés micro-élémentaires 1n_ 1C@ = pj pour toutes les valeurs de i, la contrainte de la colonne j m CU = ci pour toutes les valeurs de j, la contrainte de la ligne i. j=1 In one embodiment of the invention, the device is characterized in that, in order to lead to an estimation of the refractive indexes with greater spatial resolution with respect to the physical medium: the displacement guide is provided with a micro-wave actuator displacing the light laser or the mirror according to the guide of displacement of an elementary micro-step equal to the elementary step divided by an amplification factor K to perform two crossed series of shots X and Y shots respectively, all coplanar and therefore each a starting point Ax or Ay located with respect to the moving guide and arriving at a point of arrival Bx or By identified by the detection means after having passed through the physical environment along an optical path defined as being the shortest optical path between the two points Ax and Bx or Ay and By, and - the computer is duly programmed to perform the following additional steps: (5) find the path optical of a large number of optical paths all starting from the starting point Ax or Ay and all arriving at the point of arrival Bx or By being defined by a sequence of micro-elementary optical paths (L) each equal to the product of two terms in which the first term is a module of a vector connecting two barycentres of two adjacent microparticles and the second term is a refractive index (N ') in each barycentre of each elementary microparticle equal to refractive index of the elementary block from which the elementary micropatterns are derived after division by the amplification factor K and for which the vector of the refractive indices of the elementary blocks [N] has converged in (3), and from K * p = X + Y linear equations connecting, for each of the optical paths sought for the one X and the other Y of the two sets of shots, the micro-elementary optical paths (L) and the refractive indices n elementary micro-pavers (N ') at the crossing time Tx or Ty detected using the synchronized time counter with each shot reaching the end point Bx or By from an initial moment when the shot is Starting from the Ax or Ay starting point, construct a square matrix of the micro-elementary optical paths [L], a vector of the refractive indices of the elementary micropatterns [N '] and a vector [T] of the traversal times of the radius luminous; then (6) adjust the refractive index in each elementary micro-block by a least squares method, taking into account the constraints imposed by the edge values of the detected traversal times Tx or Ty using the following formula: Cij = Bij + 1 * (pj IBJ) + 1 * (ci .11Bij) - 1 * nm nm (171Pj E) where, in this formula, Cij = the desired value Bij = the estimated value initially (n) = the number of lines of a representative matrix of a table of refractive indices of micro-elementary blocks (n> X) (m) = the number of columns of a representative matrix of a table of refractive indices of micro-elemental blocks ( m> Y) n 1C @ = pj for all the values of i, the stress of the column jm E = ci for all the values of j, the constraint of the line i. j = 1 Advantageously, the device is characterized in that, in order to lead to an estimation of the attenuation coefficients with greater spatial resolution with respect to the physical medium: the computer (106) is duly programmed to perform the following additional steps: (7) from a variation of intensity (Alx, Aly) detected by the detection means for each shot of the two crossed series X and Y between the starting point Ax or Ay and the point of arrival Bx or By in consideration of an attenuation of light intensity along the micronutric optical paths followed by each shot, a function of an attenuation coefficient (E ') assigned to each micro-elementary block by being equal to the attenuation coefficient (E) of the elementary block from which the elementary micropatterns are derived divided by the amplification factor K and from K * p = X + Y linear equations connecting, for each path o of the X and the Y of the two sets of shots, the micro-elementary optical paths (g) and the attenuation coefficients of the elementary micro-patches (E ') to the variations of luminous intensity ( Alx, Aly), construct a square matrix of the micro-elementary optical paths [pL], a vector of the attenuation coefficients of the elementary micropatterns [ME '] and a vector [Al] of the variations of luminous intensity; and (8) adjusting the attenuation coefficient in each elementary microlayer by a least squares method taking into account constraints imposed by the edge values of the detected luminous intensity variations Alx or Aly using the following formula : Cij = Bij + n * (pj CBJ) + mJ (1m * (ci In 'Bi /) - * (lj, Pj iiBij) where, in this formula, Cij = the desired value Bij = the estimated value initially (n) = the number of rows of a matrix representative of a table of the attenuation coefficients of the micro-elementary blocks (m) = the number of columns of a representative matrix of a table of attenuation coefficients of the micro-blocks elementary 1n_ 1C @ = pj for all the values of i, the stress of the column jm CU = ci for all the values of j, the stress of the line i. j = 1

Dans le cas particulier où le milieu physique est une partie du corps d'un être humain ou d'un animal et pour traiter une singularité des indices de réfraction représentative d'une tumeur ou d'une autre pathologie d'une partie de ce corps, le dispositif est caractérisé en ce que: dans le cas où le milieu physique est une partie du corps d'un être humain ou d'un animal et pour traiter une singularité des indices de réfraction représentative d'une tumeur ou d'une autre pathologie d'une partie de ce corps, - il comprend un laser lumineux de traitement à impulsions pour générer un faisceau pendant un temps très court, par exemple de 100 femtosecondes, et avec une très haute énergie, monté sur le guide de déplacement et pourvu d'une lentille déplaçable pour régler une distance focale suivant un axe neutre de la lentille et faire converger le faisceau en point focal de l'axe neutre; et - l'ordinateur est dûment programmé pour effectuer les étapes supplémentaires suivantes: (9) rechercher une singularité C parmi les indices de réfraction calculés à l'issue de l'étape (3) ou ajustés à l'issue de l'étape (6) ou parmi les coefficients d'atténuation calculés à l'issue de l'étape (4) ou ajustés à l'issue de l'étape (8) et repérer les pavés ou les micro-pavés élémentaires de la singularité C par rapport au guide de déplacement, et (10) rechercher, pour plusieurs points de la lentille, le chemin optique entre un point de départ Aq et la singularité C considérée comme point d'arrivée et calculer un angle de convergence moyenné sur les différents chemins optiques recherchés partant des différents points de la lentille et vérifiant une condition symétrie par rapport au faisceau, pour régler la distance focale en un point focal virtuel déterminé par l'angle de convergence en considérant que le faisceau voyage dans l'air de sorte à focaliser ce dernier sur le point focal virtuel afin que la singularité C coïncide avec un point focal réel pour être détruite, par exemple par vaporisation, sous l'effet d'impulsions répétées du laser lumineux. In the particular case where the physical medium is a part of the body of a human being or an animal and to treat a singularity of refractive indices representative of a tumor or other pathology of a part of this body , the device is characterized in that: in the case where the physical medium is a part of the body of a human being or an animal and to treat a singularity of the refractive indices representative of a tumor or another pathology of a part of this body, - it comprises a pulsed light treatment laser for generating a beam for a very short time, for example 100 femtoseconds, and with a very high energy, mounted on the displacement guide and provided with a lens movable to adjust a focal length along a neutral axis of the lens and converge the beam focal point of the neutral axis; and the computer is duly programmed to perform the following additional steps: (9) to look for a singularity C among the refractive indices calculated at the end of step (3) or adjusted at the end of the step ( 6) or among the attenuation coefficients calculated at the end of the step (4) or adjusted after the step (8) and locate the blocks or the micro-cobblestones of the singularity C relative to to the displacement guide, and (10) find, for several points of the lens, the optical path between a starting point Aq and the singularity C considered as the arrival point and calculating an averaged convergence angle on the various optical paths sought. from the different points of the lens and verifying a symmetry condition with respect to the beam, to adjust the focal length to a virtual focal point determined by the angle of convergence considering that the beam travels in the air so as to jib align the latter on the virtual focal point so that the singularity C coincides with a real focal point to be destroyed, for example by vaporization, under the effect of repeated pulses of the light laser.

D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention sont décrites à l'aide de plusieurs modes d'exécution illustrés par les dessins. Other advantageous features of the invention are described using several embodiments illustrated by the drawings.

La figure 1 représente des points d'un milieu physique, chaque point occupant le barycentre d'un pavé élémentaire où les pavés élémentaires réalisent un pavage du milieu physique. FIG. 1 represents points of a physical environment, each point occupying the center of gravity of an elementary pavement where the elementary pavers create a pavement of the physical environment.

La figure 2 est une représentation graphique d'une matrice carrée de 10 000 points d'indices de réfraction variant aléatoirement entre 1 et 2 et de cinq chemins optiques entre un point de départ et cinq points d'arrivée. Figure 2 is a graphical representation of a square array of 10,000 refractive index points randomly varying between 1 and 2 and five optical paths between a starting point and five arrival points.

La figure 3 est un schéma de principe d'un dispositif selon un premier mode d'exécution l'invention. Figure 3 is a block diagram of a device according to a first embodiment of the invention.

La figure 4 est un schéma de principe d'un dispositif selon un deuxième mode d'exécution l'invention. Figure 4 is a block diagram of a device according to a second embodiment of the invention.

La figure 5 est un schéma de principe d'un dispositif analogue à celui de la figure 3. FIG. 5 is a block diagram of a device similar to that of FIG.

Le dispositif selon l'invention met en oeuvre un procédé de calcul du chemin optique et ses applications à la détection d'objets, notamment en milieu aquatique, ou à la réalisation d'un processus tomodensitométrique exposé ci-après. En effet, l'utilisation de rayonnements infrarouge, cohérents ou non, à travers de milieux hétérogènes suppose que l'on puisse tracer le chemin optique dans le milieu. Ceci suppose que l'on connaisse les indices de réfraction en tous les points du milieu étudié, et la ou les réflexions éventuelles, totales ou partielles, au cours du trajet. The device according to the invention implements a method of calculating the optical path and its applications to the detection of objects, in particular in the aquatic environment, or to the realization of a tomodensitometric process explained hereinafter. Indeed, the use of infrared radiation, coherent or not, through heterogeneous media assumes that we can trace the optical path in the medium. This supposes that we know the refractive indices at all points of the studied medium, and the possible reflection (s), total or partial, during the course of the journey.

Les expérimentateurs sont donc confrontés à différents cas. Dans le premier cas, on connaît le milieu traversé et l'indice de réfraction de chaque point. Experimenters are therefore confronted with different cases. In the first case, the medium traversed and the refractive index of each point are known.

Dans le deuxième cas, on ne dispose que d'informations imparfaites. In the second case, only imperfect information is available.

Dans le premier cas, deux méthodes peuvent être utilisées pour calculer le chemin optique, celle que utilise la deuxième loi de DESCARTES ou une méthode utilisant les principes formulés par FERMAT si l'on connaît l'indice de réfraction en tous points La deuxième loi de DESCARTES sur la réfraction exprime la déviation d'un rayon lumineux traversant une interface entre deux milieux, par la relation ci-dessous, laquelle indique que l'angle incident dans le milieu 1 est lié à l'angle réfracté dans le milieu 2 par l'équation suivante: nz sin i2 = ni sin il dans laquelle: n1 est l'indice de réfraction,il, l'angle de réfraction du premier milieu n2 est l'indice de réfraction,i2, l'angle de réfraction du deuxième milieu On peut aussi utiliser le principe de FERMAT pour calculer le chemin optique entre deux points. En effet, le principe de Fermat, peut s'énoncer de la manière suivante: toute trajectoire suivie par une radiation correspond à un chemin optique stationnaire, tel que la somme des chemins optiques élémentaires est minimale. Un chemin optique élémentaire est le produit de la longueur du vecteur reliant deux points, par l'indice de réfraction du milieu traversé. In the first case, two methods can be used to calculate the optical path, the one that uses the second law of DESCARTES or a method using the principles formulated by FERMAT if one knows the index of refraction in all points The second law of DESCARTES on refraction expresses the deviation of a light beam crossing an interface between two media, by the relation below, which indicates that the incident angle in medium 1 is related to the refracted angle in medium 2 by following equation: nz sin i2 = ni sin il where n1 is the refractive index, il, the refractive angle of the first medium n2 is the refractive index, i2, the refraction angle of the second medium One can also use the FERMAT principle to calculate the optical path between two points. Indeed, the Fermat principle can be stated as follows: any trajectory followed by a radiation corresponds to a stationary optical path, such that the sum of the elementary optical paths is minimal. An elementary optical path is the product of the length of the vector connecting two points, by the refractive index of the medium traversed.

De manière plus générale, on peut écrire l'expression suivante pour le chemin optique entre un point A et un point B: L = f nds More generally, we can write the following expression for the optical path between a point A and a point B: L = f nds

AAT

Nous rappelons que le chemin optique est celui qui correspond à un trajet, parmi les différents trajets possibles tel que la somme des chemins optiques élémentaires consécutifs constituant ledit trajet est minimale. Chacun des chemins élémentaires optiques est égal au produit de la distance géométrique entre les extrémités du vecteur par l'indice de réfraction du milieu traversé. We recall that the optical path is one that corresponds to a path, among the various possible paths such that the sum of the consecutive elementary optical paths constituting said path is minimal. Each of the optical elementary paths is equal to the product of the geometric distance between the ends of the vector by the refractive index of the medium traversed.

L'auteur de la présente invention a conçu une méthode originale pour calculer le chemin optique en utilisant un procédé qui permet dans un graphe de vecteurs reliant différents points d'établir non pas le chemin le plus long, mais la trajectoire la plus courte. The author of the present invention has devised an original method for calculating the optical path using a method that allows in a graph of vectors connecting different points to establish not the longest path, but the shortest path.

Lorsque l'on est dans une situation plus complexe, par exemple celle représentée par la figure 1, on ne connaît que le point de départ et le point d'arrivée du rayon et l'on utilisera pour tracer le chemin optique le principe de Fermat. L'utilisation de ce principe est possible en utilisant la méthode du chemin critique, qui permet de calculer une trajectoire lorsque l'on est dans le cadre d'un réseau de vecteurs reliant différents points, d'un point A à un point B par exemple. Dans ce cas, la méthode du chemin critique permet de calculer le chemin le plus long, lequel peut être obtenu en substituant au vecteur élémentaire de trajectoire, un vecteur égal à un majorant moins le vecteur élémentaire de trajectoire, ainsi: - pour aller par exemple du point A au Point 1.2 (au centre de la strate I du graphe de la figure 3), la trajectoire élémentaire sera égale à : M 0.5L1 *1.003 0.5L12 *1.003 - pour aller du point 1.1 au point 2.3, la trajectoire élémentaire sera égale à : M 0.542 *1.003 0.5L23 *1.333 La méthode du chemin critique déterminera donc la trajectoire la plus courte, pour des valeurs de Lij, c'est à dire de la distance de traversée de chaque élément hexagonal dessiné sur le graphique de la figurel. When one is in a more complex situation, for example that represented by FIG. 1, one knows only the starting point and the point of arrival of the radius and one will use to draw the optical path the Fermat principle. . The use of this principle is possible by using the critical path method, which makes it possible to calculate a trajectory when one is in the frame of a network of vectors connecting different points, from a point A to a point B by example. In this case, the critical path method makes it possible to calculate the longest path, which can be obtained by substituting for the elementary vector of trajectory, a vector equal to an upper bound minus the elementary trajectory vector, thus: - to go for example from point A to Point 1.2 (in the center of stratum I of the graph of figure 3), the elementary trajectory will be equal to: M 0.5L1 * 1.003 0.5L12 * 1.003 - to go from point 1.1 to point 2.3, the elementary trajectory will be equal to: M 0.542 * 1.003 0.5L23 * 1.333 The critical path method will therefore determine the shortest trajectory, for values of Lij, that is to say the crossing distance of each hexagonal element drawn on the graph. the figurel.

Il est possible de remplacer le processus de calcul du chemin critique par une méthode de calcul du chemin minimal. L'avantage relatif à l'utilisation de la méthode du chemin critique est que des logiciels sont disponibles. It is possible to replace the process of calculating the critical path by a method of calculating the minimal path. The advantage of using the critical path method is that software is available.

Dès 1965, l'auteur a mis au point un procédé d'établissement du chemin critique par une méthode des antécédents, la méthode TELOR. Dans le contexte de cette invention, il s'est inspiré de cette méthode pour tracer directement un chemin optique en se référant étape par étape à la valeur minimale des antécédents indiqués. As early as 1965, the author developed a method of establishing the critical path by a method of antecedents, the TELOR method. In the context of this invention, it has drawn upon this method to directly draw an optical path by referring step by step to the minimum value of the indicated antecedents.

En se référant au graphe de la figure 1, à partir du point A, on peut tracer 3 vecteurs, aboutissant aux points 1.01, 1.02 et 1.03. Le chemin le plus court à partir de A, aboutit au point 1.02, puisque sa longueur est égale à 1.003. Si l'on passe à l'étape suivante, passer de la couche 1 à la couche 2, nous avons dessiné 9 vecteurs, partant des points 1.01, 1.02 et 1.03, ce qui nous donne le chemin allant de l'origine à l'un quelconque des points indiqués, en ajoutant à la valeur du vecteur (longueur), les valeurs des vecteurs antécédents. Par exemple, le vecteur 8, qui va du point 1.02 au point 2.02, a deux antécédents, les vecteurs 2 (A, 1.02) et 4 (1.01, 1.02). La longueur la plus courte est celle correspondant au 2.02 qui se trouve sur le chemin optique de la trajectoire recherchée. Referring to the graph of Figure 1, from point A, we can draw 3 vectors, resulting in points 1.01, 1.02 and 1.03. The shortest path from A, ends at point 1.02, since its length is equal to 1.003. If we go to the next step, going from layer 1 to layer 2, we have drawn 9 vectors, starting from points 1.01, 1.02 and 1.03, which gives us the path from the origin to the any of the points indicated, by adding to the value of the vector (length), the values of the antecedent vectors. For example, the vector 8, which goes from the point 1.02 to the point 2.02, has two antecedents, the vectors 2 (A, 1.02) and 4 (1.01, 1.02). The shortest length is 2.02, which is on the optical path of the desired path.

On procédera ainsi pas à pas du vecteur A au vecteur B, on déterminera le chemin optique qui d'ailleurs dans notre exemple, comporte une divergence tracée sur la figure 3. Les deux chemins optiques sont alors les suivants: - A, 1.02, 2.02, 3.02, 4.03, 5.03, 6.04, 7.05, 8.05, B - A, 1. 02, 2.02, 3.03, 4.03, 5.03, 6.04, 7.05, 8.05, B Cet exemple montre que lorsque l'on traverse un milieu totalement 15 cohérent, ce qui est le cas pour la couche N 3, le chemin optique peut prendre deux voies différentes, même s'il s'agit d'une lumière cohérente. We will thus proceed step by step from the vector A to the vector B, we will determine the optical path which besides in our example, has a divergence traced in figure 3. The two optical paths are then the following ones: - A, 1.02, 2.02 , 3.02, 4.03, 5.03, 6.04, 7.05, 8.05, B-A, 1. 02, 2.02, 3.03, 4.03, 5.03, 6.04, 7.05, 8.05, B This example shows that when one passes through a completely coherent medium , which is the case for the layer N 3, the optical path can take two different ways, even if it is a coherent light.

Le système permet aussi à partir d'un point, de tracer un grand nombre de chemins, correspondant, par exemple,à des balayages du rayon laser, comme illustré par la figure 2. The system also allows from a point to trace a large number of paths, corresponding, for example, to scans of the laser beam, as shown in Figure 2.

Mais il arrive souvent que l'on ignore l'indice de réfraction de tous les points du milieu traversé. Dans ce deuxième cas, un dispositif selon l'invention est mis en oeuvre de la manière suivante: 1/ on effectue une évaluation de la nature du milieu, par exemple grâce un premier examen réalisé par exemple par un scanner à rayons X, à faible 25 définition de l'ordre de 1 mm. But it often happens that we do not know the refractive index of all the points of the environment crossed. In this second case, a device according to the invention is implemented as follows: 1 / an evaluation of the nature of the medium is carried out, for example by means of a first examination carried out for example by an X-ray scanner, at a low 25 definition of the order of 1 mm.

2/ on découpe le plan densitométrique, soit sous forme de carrés par exemple de 100 microns, soit sous forme plus subtil par un pavage hexagonal tel que dessiné dans le graphe de la figure 1. 2 / the densitometric plane is cut, either in the form of squares, for example 100 microns, or in a more subtle form by a hexagonal tiling as drawn in the graph of FIG.

3/ on obtient, grâce à la connaissance des matières du milieu traversé 30 une estimation de l'indice de réfraction pour chacun des carrés ou chacun des éléments hexagonaux. 3 / With the knowledge of the materials of the medium passed through, an estimation of the refractive index is obtained for each of the squares or each of the hexagonal elements.

4/ on trace un graphe allant du point A au point B, et passant par tous les centres des carrés élémentaires ou des hexagones élémentaires. 4 / we draw a graph from point A to point B, passing through all the centers of elementary squares or elementary hexagons.

5/ on affecte à chaque vecteur du graphe, une valeur égale à un majorant diminué de la valeur du chemin optique élémentaire, ou l'on procède par la recherche directe du chemin minimal. 5 / we assign to each vector of the graph, a value equal to an upper bounded by the value of the elementary optical path, or we proceed by the direct search of the minimal path.

6/ on détermine le chemin critique de ce graphe qui est donc égal à la somme des majorants moins la somme des chemins optiques élémentaires, on obtient ainsi le chemin optique recherché. On peut aussi procéder par la recherche directe du chemin minimal. 6 / we determine the critical path of this graph which is therefore equal to the sum of the majors minus the sum of the elementary optical paths, thus obtaining the optical path sought. One can also proceed by the direct search of the minimal path.

7/ Ce chemin optique correspond à une relation linéaire entre les chemins optiques élémentaires, c'est à dire les valeurs des indices de chaque mini zones ou pavés élémentaires. 7 / This optical path corresponds to a linear relationship between the elementary optical paths, that is to say the values of the indices of each mini zones or elementary blocks.

8/ on réédite l'expérience pour un grand nombre, par exemple p égal à 10000, de points de départ Ap et de points d'arrivée Bp et l'on obtient ainsi un ensemble de relations linéaires, reliant entre elles les valeurs des indices de réfraction recherchés. 8 / one republishes the experiment for a large number, for example p equal to 10000, starting points Ap and points of arrival Bp and one thus obtains a set of linear relations, linking together the values of the indices of refraction sought.

9/ on résout par l'algèbre linéaire, l'équation ainsi posée pour obtenir la valeur réelle des indices de chaque mini zones. 9 / one solves by the linear algebra, the equation thus posed to obtain the real value of the indices of each mini zones.

10/ on dispose ainsi d'un premier calcul des indices de réfraction. 10 / we thus have a first calculation of the refractive indices.

11/ On réitère l'opération jusqu'au moment où les résultats obtenus sont physiquement satisfaisant. 11 / The operation is repeated until the results obtained are physically satisfactory.

Autrement dit, le dispositif selon l'invention met en oeuvre une méthode dans laquelle on suppose que l'on dispose d'informations sur le milieu permettant d'estimer l'indice de réfraction de tous les points du milieu observé, on calcule un chemin optique probable entre un point A et un autre point B, ce qui conduit à établir une relation linéaire entre les indices le long du trajet, on répète ces calculs pour un ensemble suffisant de points Ap et Bp, d'où l'on peut déduire p équations pour p points, et on calcule les indices de réfraction en p points, on réitère l'opération jusqu'au moment où les résultats convergent sur le plan géométrique. In other words, the device according to the invention implements a method in which it is assumed that information on the medium is available for estimating the refractive index of all the points of the medium observed, a path is calculated. probable optics between a point A and another point B, which leads to a linear relationship between the indices along the path, we repeat these calculations for a sufficient set of points Ap and Bp, from which we can deduce p equations for p points, and the refraction indices in p points are calculated, the operation is repeated until the results converge geometrically.

En effet dans un grand nombre d'applications le trajet d'un rayon lumineux, ou chemin optique, doit être calculé pour vérifier ou réaliser des matériels à vocation optique, pour détecter des ou objets ou des obstacles, ou encore pour établir des images. Indeed in a large number of applications the path of a light beam, or optical path, must be calculated to verify or achieve optical equipment, to detect objects or obstacles or to establish images.

Ainsi dans cette invention, l'auteur a examiné de manière générale de quelle façon les indices de réfraction pouvaient être établis lorsqu'on dispose d'informations insuffisantes. Thus, in this invention, the author has generally considered how refractive indices can be established when insufficient information is available.

Dans une première étape, on effectue une évaluation de l'indice de réfraction en chacun des points par exemple par la connaissance du milieu que donne une image obtenue par scanner X, IRM (imagerie par résonance magnétique) ou échographie. En effet, il existe une certaine corrélation entre le coefficient d'atténuation en chaque point que montre l'image obtenue par exemple par scanner X, (ou autrement), et l'indice de réfraction dans la mesure où l'on peut définir le milieu probable auquel correspond une certaine zone de l'image produite par le scanner X., ou tout autre méthode d'imagerie médicale interne. II est clair que les différents tissus humains, os, graisse, etc. apparaissent dans l'image de manière différente. In a first step, an evaluation of the refractive index is carried out at each of the points, for example by the knowledge of the medium that gives an image obtained by X-ray scanner, MRI (magnetic resonance imaging) or ultrasound. Indeed, there is a certain correlation between the attenuation coefficient at each point as shown by the image obtained for example by X-ray scanner, (or otherwise), and the refractive index to the extent that it is possible to define the likely medium to which a certain area of the image produced by the X-ray scanner, or any other internal medical imaging method. It is clear that different human tissues, bone, fat, etc. appear in the image differently.

Dans une seconde étape, on peut déterminer la trajectoire entre un point A et un point B, comme cela est montré par exemple, dans le pavage hexagonal et dans le calcul qui a été appliqué à la recherche du chemin optique dans ce cas. Si l'on reprend la formulation précédente (voir P 4 lignes 13 à 16), on peut remplacer les coefficients indiqués de 1.003 et de 1.333 correspondants aux deux milieux supposés connus, par des inconnues, ce qui donnerait une relation tout le long du chemin optique, s'écrivant ainsi, pour le p-ième tir: 0.5NA + N1.02 + N2.02 + N3.03 + N4. 03 + N5.03 + N6.04 + N7.05 + N8.05 + 0.5B En effectuant un changement de variable simple, en constatant que la distance parcourue est proportionnelle à la vitesse Vp=K/Np, ce qui conduit à ce que le l'indice de réfraction est proportionnel au temps de parcours Tp d'une distance donnée, on peut établir une relation linéaire entre les Nn proportionnels au temps de parcours (à une constante près) et dans le cas d'un pavage hexagonal pour le p-ième tir 5NA+ +0.5NB=Tp En effet, à chaque indice de réfraction correspond une vitesse de la lumière et l'on peut mesurer par le temps entre A et B, la valeur Tp du parcours optique. Cette valeur Tp est observable, par exemple pour une longueur de 10 cms le temps de parcours dans l'air est de 0.333 nanosecondes, alors que les dispositifs actuels permettent de mesurer des femtosecondes soit des temps un million de fois plus petits que la nanoseconde Si l'on dispose de p chemins optiques pour p points, on résoudra par l'algèbre linéaire le calcul de la valeur des indices de réfraction en tous points, à condition que les chemins optiques restent inchangés dans chaque cas. In a second step, it is possible to determine the trajectory between a point A and a point B, as is shown, for example, in the hexagonal tiling and in the calculation that has been applied to the search for the optical path in this case. If we take again the previous formulation (see P 4 lines 13 to 16), one can replace the indicated coefficients of 1.003 and of 1.333 corresponding to the two supposed mediums known, by unknowns, which would give a relation all along the path optical, thus, for the f-th shot: 0.5NA + N1.02 + N2.02 + N3.03 + N4. 03 + N5.03 + N6.04 + N7.05 + N8.05 + 0.5B By performing a simple variable change, finding that the distance traveled is proportional to the speed Vp = K / Np, which leads to this that the refractive index is proportional to the travel time Tp of a given distance, we can establish a linear relationship between the Nn proportional to the travel time (to a constant close) and in the case of a hexagonal tiling for the p-th shot 5NA + + 0.5NB = Tp Indeed, at each refractive index corresponds a speed of light and can be measured by the time between A and B, the value Tp of the optical path. This value Tp is observable, for example for a length of 10 cms the travel time in the air is 0.333 nanoseconds, while the current devices can measure femtoseconds is times a million times smaller than the nanosecond Si we have p optical paths for p points, we will solve by linear algebra the computation of the value of the refractive indices at all points, provided that the optical paths remain unchanged in each case.

Comme l'on est pas sûr que la première évaluation soit bonne, on substituera les valeurs de la deuxième évaluation, on recalculera les chemins optiques, jusqu'au moment où l'indice de réfraction d'une zone considérée n'évoluera plus dans le processus de calcul ou de manière plus commode en admettant que l'on a atteint une précision suffisante lorsque la somme des écarts ou la somme des écarts types indiquant la variation globale entre deux niveaux de calcul sera inférieure à un seuil déterminé à l'avance. As we are not sure that the first evaluation is good, we will substitute the values of the second evaluation, we will recalculate the optical paths, until the refractive index of a zone considered will no longer evolve in the calculation process or more conveniently assuming that sufficient accuracy has been achieved when the sum of the deviations or the sum of the standard deviations indicating the overall variation between two levels of calculation will be less than a threshold determined in advance.

On admet que si l'écart entre le temps évalué et le temps mesuré est faible le chemin physique est quasiment le même. Cette analyse de l'écart peut se faire le cas échéant à chaque étape et permettre de valider les calculs. It is admitted that if the difference between the evaluated time and the measured time is small, the physical path is almost the same. This analysis of the difference can be done if necessary at each step and to validate the calculations.

On peut alors procéder en utilisant l'algorithme exposé ci-après en procédant à deux séquences de balayage croisé X et Y, par laser infrarouge (ou autre laser lumineux). On procédera par amplification matricielle pour évaluer les indices de réfraction d'une micro-zone ou micro-pavé élémentaire sans division par le carré des indices de réfraction de la zone ou du pavé élémentaire, mais en prenant pour valeur de l'indice de la mini zone celle de la zone. It is then possible to proceed using the algorithm explained below by carrying out two cross scan sequences X and Y, by infrared laser (or other light laser). We will proceed by matrix amplification to evaluate the refractive indices of a micro-zone or micro-elemental block without division by the square of the refractive indices of the zone or the elementary block, but taking as value of the index of the refraction mini zone that of the zone.

Pour le coefficient d'atténuation on reviendra aux principes de la division par le facteur d'amplification K. En admettant dans une première approximation que les chemins optiques peuvent être établis sur la base d'indice de réfraction évalués, on corrigera les indices de réfraction évalués pour minimiser les écarts quadratiques entre indice de réfraction estimé initialement et indice de réfraction ré estimé, en tenant compte des contraintes que constituent les trajectoires réelles. For the attenuation coefficient we will return to the principles of division by the amplification factor K. Assuming in a first approximation that the optical paths can be established on the basis of the refractive index evaluated, we will correct the refractive indices. evaluated to minimize the quadratic differences between refractive index initially estimated and re-estimated refractive index, taking into account the constraints that represent the real trajectories.

On peut dans ce cas aussi compléter l'analyse en prenant en compte à nouveau les indices de réfraction ou les atténuations comme décrit ci dessus, et ce en suivant un processus en deux étapes: 1/ une étape avec une large définition (par exemple 1 mm) 2/ une étape avec une définition plus fine (par exemple 10 microns) Le pavage hexagonal présente des avantages qui méritent d'être rappelés. II couvre bien la totalité d'une surface. La distance entre deux points centraux d'hexagones adjacents est toujours la même. Dans certains cas de la recherche du chemin optique d'un point Ap à un point Bp, le calcul par la méthode des graphes peut être simplifié en utilisant que les vecteurs situés dans un angle limité , ce qui réduit le nombre de trajets à explorer. Dans le cas du pavage hexagonal, on peut soit diviser chaque hexagones en In this case it is also possible to complete the analysis by taking refractive indices or attenuations as described above into account again, and following a two-step process: 1 / a step with a broad definition (for example 1 mm) 2 / a step with a finer definition (for example 10 microns) Hexagonal tiling has advantages that deserve to be recalled. It covers the entire surface. The distance between two central points of adjacent hexagons is always the same. In some cases of looking for the optical path from a point Ap to a point Bp, the calculation by the graph method can be simplified by using only the vectors located in a limited angle, which reduces the number of paths to explore. In the case of hexagonal tiling, one can either divide each hexagon into

six triangles équilatéraux, soit établir un premier pavage hexagonal (avec une dimension de 1 mm) et un pavage hexagonal plus fin (avec un pavage de 10 microns) en se servant des informations obtenues dans la première phase pour évaluer la seconde et pour évaluer les indices et les coefficients d'atténuation de la seconde phase. La définition d'un scanner médical permet de discerner des éléments d'environ 1.5mm3, or dans un simple mm3 il y a environ 1 milliard de cellules. II apparaît, qu'un cancer se développe en trois phases: une phase lente, jusqu'au moment où le nodule atteint une taille critique d'environ 50 microns, une phase de vascularisation, le cancer est relié à l'organisme par un réseau sanguin dont il engendre la mise en place, une phase plus rapide, le cancer devient un véritable organe, parasitant l'organisme en y rejetant des déchets et éventuellement des cellules malignes. six equilateral triangles, ie establish a first hexagonal tessellation (with a dimension of 1 mm) and a thinner hexagonal tiling (with a tiling of 10 microns) by using the information obtained in the first phase to evaluate the second and to evaluate the indices and the attenuation coefficients of the second phase. The definition of a medical scanner allows to discern elements of about 1.5mm3, gold in a simple mm3 there are about 1 billion cells. It appears that a cancer develops in three phases: a slow phase, until the nodule reaches a critical size of about 50 microns, a phase of vascularization, the cancer is connected to the body by a network bloodstream which it causes the establishment, a faster phase, cancer becomes a real organ, parasitizing the body by rejecting waste and possibly malignant cells.

Dans ces conditions, la définition de 1 mm est insuffisante pour découvrir un cancer au moment où il amorce une croissance dangereuse grâce à la vascularisation. Under these conditions, the definition of 1 mm is insufficient to discover a cancer at the moment when it initiates a dangerous growth thanks to the vascularization.

Une amélioration de la définition d'un facteur 10 par les procédés conventionnels entraînait: la multiplication par 1 000 du nombre de balayage par un faisceau à rayon X, donc l'irradiation, la multiplication par 1 000 du coût du traitement informatique. An improvement in the definition of a factor 10 by conventional methods led to: the multiplication by 1000 of the scanning number by an X-ray beam, thus the irradiation, the multiplication by 1000 of the cost of the computer processing.

Un premier objectif est de diminuer le nombre de balayage et donc le taux d'irradiation. La recherché d'un processus de traitement de l'image plus rapide est alors nécessaire. Un tel processus peut être fondé sur un algorithme mathématique dont le principe sera exposé plus loin. A first objective is to reduce the number of sweeping and thus the rate of irradiation. The search for a faster image processing process is then necessary. Such a process can be based on a mathematical algorithm whose principle will be explained later.

Il faut donc d'abord rappeler les principes de la scannographie et l'état actuel de l'art en la matière. It is therefore necessary first to recall the principles of the scanner and the current state of the art in the field.

La scannographie (ou tomodensitométrie), a été découverte par un ingénieur de la firme EMI, G. N. Hounsfield, en 1968. Le brevet (US 3 924 131, US 3 919 552) de 1972 s'intitule: "A method and apparatus for examination of a body by radiation such as X or gamma-radiation". Cette invention valut en 1979 le prix NOBEL à son inventeur. Le principe est le suivant: Un faisceau de rayons X, balaye un plan défini, il traverse un organe de manière linéaire et frappe une plaque ou un détecteur radiographique. La traversée de l'organe provoque une atténuation du faisceau, dont la mesure peut être effectuée grâce au détecteur. Le balayage de manière croisée, dans le plan de coupe, produit une série d'informations traitée par des logiciels appropriés sur un ordinateur associé. Scanning (or computed tomography), was discovered by an engineer of the firm EMI, GN Hounsfield, in 1968. The patent (US 3,924,131, US 3,919,552) of 1972 is entitled: "A method and apparatus for examination of a body by radiation such as X or gamma-radiation ". This invention earned the NOBEL prize in 1979 for its inventor. The principle is as follows: An X-ray beam, sweeps a defined plane, it crosses an organ linearly and strikes a plate or X-ray detector. Crossing the organ causes attenuation of the beam, the measurement can be made through the detector. Scanning crosswise in the cut plane produces a series of information processed by appropriate software on an associated computer.

Le traitement informatique d'un nombre suffisant de balayages croisés, définissant en fait des petites cellules ou zones élémentaires, permet la résolution d'un ensemble d'équations linéaires à condition que le nombre de balayages soit égal aux nombre de cellules. Computer processing of a sufficient number of cross-scans, defining in fact small cells or elementary areas, allows the resolution of a set of linear equations provided that the number of scans is equal to the number of cells.

L'édition et l'utilisation de l'information sont effectuées par un ordinateur associé. L'ordinateur collecte l'ensemble des données et calcule ainsi la valeur du coefficient d'atténuation de chaque zone élémentaire. L'information résultant des calculs est traduite par une carte du plan de coupe tomographique. The editing and use of the information is done by an associated computer. The computer collects all the data and thus calculates the value of the attenuation coefficient of each elementary zone. The information resulting from the calculations is translated into a map of the tomographic section plane.

L'ensemble des cartes constitue l'image scanner en trois dimensions de l'analyse, ce qui autorise des coupes longitudinales ou transversales. L'interprétation médicale s'appuie ainsi sur une véritable image intérieure des tissus. Les explorations sont précédées ou complétées par d'autres explorations par exemple échographie ultrasonore ou imagerie par résonance magnétique. The set of cards constitutes the three-dimensional scanner image of the analysis, which allows longitudinal or transverse cuts. The medical interpretation is thus based on a true internal image of the tissues. The explorations are preceded or completed by other explorations, for example ultrasonic ultrasound or magnetic resonance imaging.

Le scanner et les méthodes qu'il a initiées restent un outil essentiel de l'exploration médicale. On arrive aujourd'hui à des volumes de chaque zone élémentaire de l'ordre du mm'. C'est cependant loin de l'échelle microscopique puisque le nombre de cellules vivantes est de l'ordre du milliard dans un mm 3. The scanner and the methods he has initiated remain an essential tool of medical exploration. We arrive today at volumes of each elementary zone of the order of mm '. However, it is far from the microscopic scale since the number of living cells is of the order of one billion in a mm 3.

La détection précoce du cancer suppose un gain considérable de la définition. Mais le temps d'utilisation du système pour un patient déterminé ne saurait dépasser un seuil économique évident. Early detection of cancer assumes a considerable gain in definition. But the time of use of the system for a given patient can not exceed an obvious economic threshold.

Ainsi la combinaison d'un appareillage à balayage fin, associé à des caches de très faible dimension, positionnables et commutables de manière ultra précise, et, d'un traitement de l'information permettant une évaluation acceptable des valeurs du coefficient d'atténuation de chaque micro zone élémentaire, permet de diviser par un facteur considérable le nombre de jets de faisceaux donc le nombre de profils à enregistrer, tout en portant la définition de un mm à 10 ou 20 microns, sans atteindre un niveau d'irradiation prohibitif. Thus, the combination of a fine-scanning apparatus, associated with ultra-precise and ultra-switchable ultra-small size caches, and an information processing allowing an acceptable evaluation of the values of the attenuation coefficient of each elementary micro-zone makes it possible to divide by a considerable factor the number of beam jets and thus the number of profiles to be recorded, while bringing the definition of a mm to 10 or 20 microns, without reaching a prohibitive level of irradiation.

Pour un examen d'une zone de 20x20 cm, avec une définition de l mm, telle que pratiquée actuellement, on obtient les coefficients d'atténuation relatifs à 200x200 point soit 40 000 points ce qui nécessite l'établissement de 40 000 profils. Si l'on souhaite obtenir une définition de 10 microns, il faut disposer des valeurs des coefficients d'atténuation d'un nombre de points 10 000 fois plus nombreux, soit 400 millions de points, et infliger au patient un taux d'irradiation létal, mais on est ainsi conduit à des délais et des coûts virtuels prohibitifs quelle que soit d'ailleurs le procédé utilisé, échographique ou par résonance magnétique; Dans le procédé ici exposé, il est prévu de réaliser 40 000 profils pour obtenir l'image à faible définition, plus 40 000 profils supplémentaires pour le balayage croisé à haute définition soit au total 80 000 profils au lieu de 400 millions, soit une division par 5000 le nombre de profils et de l'irradiation associée. For an examination of an area of 20x20 cm, with a definition of 1 mm, as currently practiced, we obtain the attenuation coefficients relative to 200x200 points or 40,000 points which requires the establishment of 40,000 profiles. If we want to obtain a definition of 10 microns, it is necessary to have the values of the attenuation coefficients of a number of points 10,000 times more numerous, ie 400 million points, and to inflict on the patient a rate of lethal irradiation , but one is thus led to delays and virtual costs prohibitive whatever the method used, ultrasound or by magnetic resonance; In the process described here, it is planned to produce 40,000 profiles to obtain the low-definition image, plus 40,000 additional profiles for the high-definition cross-scan, ie 80,000 profiles in total instead of 400 million, ie one division. by 5000 the number of profiles and the associated irradiation.

Mais il reste à résoudre le problème du traitement du signal, et des valeurs qui lui sont associées. But it remains to solve the problem of signal processing, and the values associated with it.

L'auteur a donc été conduit à mettre au point des méthodes de traitement du signal et de l'information, en vue de résoudre le problème particulier concernant l'évaluation des termes d'une matrice rectangulaire, représentatives des profils de découpage d'une aire déterminée explorée par un scanner lorsque l'on dispose d'estimations approchées relatives à chaque terme, mais d'informations précises concernant la somme de chaque ligne ou colonne de la matrice. The author has therefore been led to develop methods of signal processing and information, in order to solve the particular problem concerning the evaluation of the terms of a rectangular matrix, representative of the cutting profiles of a defined area explored by a scanner when we have approximate estimates for each term, but precise information about the sum of each row or column of the matrix.

Plusieurs méthodes ont été mises au point et explorées pour résoudre le problème rencontré dans différents contextes de l'imagerie. Les recherches ont conduit à une méthode originale, laquelle permet une simplification considérable du processus de calcul, en vue d'obtenir l'image recherchée, représentée par une matrice rectangle. Several methods have been developed and explored to solve the problem encountered in different contexts of imaging. The research has led to an original method, which allows a considerable simplification of the calculation process, in order to obtain the desired image, represented by a rectangle matrix.

Elle permet dans le cas de l'imagerie médicale de limiter le nombre de profils à réaliser. It allows in the case of medical imaging to limit the number of profiles to achieve.

Cette méthode qui va ici être exposée permet en effet de produire des matrices de plus grande dimension par une répartition ou une extrapolation des valeurs de chaque terme ou zone d'une matrice initiale de faible définition pour un obtenir des valeurs estimées dans des micro zones, résultant du découpage de chaque terme ou zone, de la matrice initiale. This method, which will be exposed here, makes it possible to produce larger matrices by distributing or extrapolating the values of each term or zone of an initial matrix of low definition to obtain estimated values in micro zones. resulting from the division of each term or zone, of the initial matrix.

On obtient ainsi une matrice amplifiée. An amplified matrix is thus obtained.

Cette matrice amplifiée est alors ajustée par un procédé de calcul permettant d'évaluer de manière fiable chaque terme si l'on peut établir les valeurs des éléments de bordure, un élément de bordure est la somme des termes d'une ligne ou d'une colonne. This amplified matrix is then adjusted by a calculation method making it possible to reliably evaluate each term if it is possible to establish the values of the border elements, a border element is the sum of the terms of a line or a column.

Dans ce cas, on peut passer par exemple d'une matrice 5x4 contenant 20 termes en une matrice 25x20, contenant 500 termes, puis calculer chacun des termes par le procédé exposé. In this case, it is possible to pass for example a 5 × 4 matrix containing 20 terms in a 25 × 20 matrix, containing 500 terms, and then to calculate each of the terms by the exposed method.

II y a bien alors, amplification et ajustement de la matrice initiale représentative des signaux obtenus pour la réalisation des différents profils. There is then, amplification and adjustment of the initial matrix representative of the signals obtained for the realization of the different profiles.

La description du procédé d'ajustement est exposée ci dessous, ce procédé joue un rôle particulier dans le calcul effectué après, le cas échéant, obtention d'une matrice de grande dimension à partir d'une matrice initiale plus petite. The description of the adjustment method is explained below, this method plays a particular role in the calculation performed after, where appropriate, obtaining a large matrix from a smaller initial matrix.

La description qui va suivre expose donc la méthode de calcul d'ajustement proprement dite selon l'invention Cette méthode joue un rôle important dans le traitement des signaux résultant de la mesure, par les détecteurs radiographiques, de l'intensité ou de la valeur résiduelle du faisceau élémentaire produit par le dispositif à rayons X, après le parcours dans l'organisme à étudier. The following description therefore exposes the actual calculation method of adjustment according to the invention. This method plays an important role in the processing of the signals resulting from the measurement, by the X-ray detectors, of the intensity or the residual value. of the elementary beam produced by the X-ray device, after the course in the body to be studied.

Si l'on veut traiter une matrice de dimensions n lignes et m colonnes si on appelle Bij la valeur estimée à la ligne i et à la colonne j, si on appelle Cij la valeur la plus probable du terme correspondant de la matrice, si on appelle pj la somme des termes de la colonne j, si on appelle cj la somme des termes de la ligne i. If we want to treat a matrix of dimensions n rows and m columns if we call Bij the estimated value at the line i and the column j, if we call Cij the most probable value of the corresponding term of the matrix, if we call pj the sum of the terms of the column j, if we call cj the sum of the terms of the line i.

L'estimation de Bij résulte soit du processus d'amplification matricielle, soit de tout autre méthode permettant une telle estimation, notamment à partir des techniques de l'ajustement linéaire ou polynomial. The estimate of Bij results either from the matrix amplification process, or from any other method allowing such an estimation, in particular from linear or polynomial fitting techniques.

Dans le cas présent, on recherchera la solution des valeurs de Cij en tenant compte des contraintes de lignes et de colonnes, c'est à dire le minimum de la fonction: 1(Cij Bi/)2 Pour toutes valeurs de i et de j sous les contraintes: 1 CU = pj pour toutes les valeurs de j I Cij = ci pour toutes les valeurs de i La recherche d'un minimum de la fonction sous contraintes sera faite en utilisant la méthode des multiplicateurs de Lagrange, le Lagrangien s'écrira: L = - (Cij Bij)2 + E, Xj ((Cij -pj) )+ E, , i (1, , (Cij ci)) Cette fonction est composée de deux parties, une première n'a pas un caractère gauche et la deuxième est un ensemble de relations linéaires. In this case, we will look for the solution of the Cij values taking into account the constraints of lines and columns, ie the minimum of the function: 1 (Cij Bi /) 2 For all values of i and j under the constraints: 1 CU = pj for all the values of j I Cij = ci for all the values of i The search for a minimum of the function under constraints will be made using the method of the multipliers of Lagrange, the Lagrangian s' write: L = - (Cij Bij) 2 + E, Xj ((Cij -pj)) + E,, i (1,, (Cij ci)) This function is composed of two parts, a first one does not have a left character and the second is a set of linear relationships.

Le Lagrangien est donc dérivable pour les variables Cij et Xj et multiplicateurs de Lagrange associés aux contraintes de lignes et colonnes (nous disposons en effet de deux groupes de contraintes, les contraintes de ligne et les contraintes de colonne). The Lagrangian is therefore differentiable for the variables Cij and Xj and Lagrange multipliers associated with the constraints of rows and columns (we have in fact two groups of constraints, line constraints and column constraints).

Dans ces conditions nous sommes en mesure d'obtenir un ensemble de relations linéaires concernant les Cij par dérivation du Lagrangien et un ensemble de valeur de relations relatives aux valeurs de contraintes, ce qui s'écrit: En précisant que le dL/dCij désigne une dérivée partielle, de la fonction L pour la variable Cij. In these conditions we are able to obtain a set of linear relations concerning the Cij by derivation of the Lagrangian and a set of value of relations relating to the values of constraints, which is written: By specifying that the dL / dCij designates a partial derivative, of the function L for the variable Cij.

dL=-2(Cij Bij) +X.j+pi=0 dCij et les contraintes Cij = pj, pour tout j Cij = ci, pour tout i 1 <=> Cij = Bij + Xi + pi L'ensemble des n*m relations correspondant aux dérivées partielles plus les n+m relations de contraintes est linéaire et n'admet qu'une solution correspondant aux nm+ n+m variables. dL = -2 (Cij Bij) + X.j + pi = 0 dCij and the constraints Cij = pj, for all j Cij = ci, for all i 1 <=> Cij = Bij + Xi + pi The set of n * m relations corresponding to the partial derivatives plus the n + m relations of constraints is linear and admits only a solution corresponding to the nm + n + m variables.

Si par exemple on veut traiter une matrice où n, le nombre de lignes, est égal à 25 et m, le nombre de colonnes, est égal à 30, la solution par l'algèbre linéaire consiste à traiter: 750 variables Cij 25 variables correspondant aux multiplicateurs de lignes, les p i 30 variables correspondant aux multiplicateurs de colonnes, les À j Un premier objectif est déjà atteint puisque seulement 55 profils doivent être établis au lieu de 750 Nous disposons au total de 750 relations correspondant aux dérivés partielles et de 55 relations correspondant aux contraintes, pour 805 variables. La résolution de ce problème en faisant appel au calcul matriciel est la solution la plus évidente mais elle implique des calculs très lourds légèrement plus lourds que ceux impliqués par les méthodes classiques. L'auteur a d'abord tablé sur l'amélioration rapide des processus de calculs, mais au delà de ce qui était son objectif essentiel la limitation de taux d'irradiation en cours d'examen. If for example we want to treat a matrix where n, the number of rows, is equal to 25 and m, the number of columns, is equal to 30, the solution by the linear algebra consists in processing: 750 variables Cij 25 corresponding variables to the row multipliers, the pi 30 variables corresponding to the column multipliers, the A j A first objective is already reached since only 55 profiles must be established instead of 750 We have a total of 750 relations corresponding to the partial derivatives and 55 relations corresponding to the constraints, for 805 variables. The solution of this problem by using matrix calculation is the most obvious solution but it involves very heavy calculations slightly heavier than those implied by conventional methods. The author initially counted on the rapid improvement of the computational processes, but beyond what was his main objective the limitation of irradiation rate under examination.

A ce niveau, on peut faire fonctionner un scanner qui limite l'irradiation mais qui entraîne un supplément de coût à cause du calcul engendré par la méthode qui vient d'être exposée. At this level, it is possible to operate a scanner which limits the irradiation but which entails an additional cost because of the calculation generated by the method which has just been exposed.

Si cette méthode permet effectivement une limitation considérable de l'irradiation, (ou du traitement échographique), elle entraîne un processus de calcul tout aussi lourd que les méthodes classiques pour obtenir une estimation, certes généralement suffisante, mais sans accéder à des valeurs précises du coefficient d'atténuation. If this method actually allows a considerable limitation of the irradiation, (or of the ultrasound treatment), it involves a computation process just as heavy as the classical methods to obtain an estimate, certainly generally sufficient, but without having access to precise values of the attenuation coefficient.

II importait alors de poursuivre la recherche pour tenter d'améliorer le temps de calcul. It was important then to continue the research to try to improve the calculation time.

Différentes algorithmes ont été utilisées, qui ont permis une certaine amélioration, mais l'auteur a poursuivi sa recherche pour tenter d'améliorer de manière significative le temps de calcul. Different algorithms were used, which allowed some improvement, but the author continued his search to try to significantly improve the calculation time.

De la combinaison des relations précédentes on déduit: ln BU + 2 *Aj+(ry i/2)=pi 1m1By + 2 *pi+(Ee lj/2)=ci On peut déduire de ces relations: J= (1) J*(2*(PJ 1Bj)- 1#i) n pi=C1 I*(2(ci-Em B/) - lm /1 j) m Dans ces conditions en reportant par exemple la valeur de Àj dans pi, on obtient: Pour tout = ? (*((pj - I,1B)- L,, i) n Pour tout i pi = I n1(i) + I m1 (ci - l IBN 1) n Si l'on précise que p = (i/n) E(i=1 à n) pi soit la moyenne des multiplicateurs liée à la contrainte des lignes, on est conduit aux deux relations suivantes: Pour tout j Àj= ? *(pj - ln1Bi)-p-n Pour tout i pi = p- + ? * (ci - 1B@ - n * (1.1=1 P j ) 10) En effet: m * pi est égal à p- Dans ces conditions en reportant dans la relation: Cij = Bij + (1/2) * (Àj+pi) on est conduit à la relation algébrique Cette formule d'ajustement permet de déduire la matrice des Cij de la matrice des Bij, par un calcul terme à terme (1) *(pj IBJ)+(I)*(ci B/)- nm *( E>>Pi E,;Bf) L'auteur a ainsi réussi à aboutir de manière tout à fait surprenante à un calcul de nature algébrique ne nécessitant pas le recours au calcul matriciel. From the combination of the preceding relations one deduces: ln BU + 2 * Aj + (ry i / 2) = pi 1m1By + 2 * pi + (Ee lj / 2) = ci One can deduce from these relations: J = (1) J * (2 * (PJ 1Bj) - 1 # i) n pi = C1 I * (2 (ci-Em B /) - lm / 1 j) m Under these conditions, for example by referring the value of Àj in pi, we obtain : For everything =? (* ((pj - I, 1B) - L ,, i) n For all i pi = I n1 (i) + I m1 (ci - l IBN 1) n If we specify that p = (i / n ) E (i = 1 to n) pi is the average of the multipliers bound to the constraint of the lines, one is led to the following two relations: For all j Àj =? * (Pj - ln1Bi) -pn For all i pi = p - +? * (ci - 1B @ - n * (1.1 = 1 P j) 10) Indeed: m * pi is equal to p- In these conditions by referring to the relation: Cij = Bij + (1/2) * (Àj + pi) one is led to the algebraic relation This formula of adjustment makes it possible to deduce the matrix of Cij of the matrix of Bij, by a calculation term by term (1) * (pj IBJ) + (I) * (ci B /) - nm * (E >> Pi E,; Bf) The author has thus managed to achieve quite surprisingly a calculation of algebraic nature that does not require recourse to matrix calculus.

La méthode algébrique autorise le traitement partiel de la matrice de référence qui dans beaucoup de cas peut suffire. The algebraic method allows the partial processing of the reference matrix which in many cases may be sufficient.

- Cn)* 1:1P1+ La validation numérique de cette formule de traitement de signaux et d'établissement des valeurs de définition de l'image recherchée sur le plan médical, apparaît ci après. - Cn) * 1: 1P1 + The numerical validation of this signal processing formula and establishment of the definition values of the medically sought image, appears below.

Exemple d'application de la méthode sur un modèle réduit. Example of applying the method on a reduced model.

Soit donc une matrice de n lignes et m colonnes dans laquelle n=3, m=4 TABLEAU 1 MATRICE INITIALE 1 2 3 4 E lignes C 1 22 24 18 16 80 78 2 24 22 18 20 84 85 3 26 20 22 24 92 93 E colonnes 72 66 58 60 256 P 70 67 59 60 256 Dans cette matrice, les valeurs estimées sont inscrites, sur les trois 10 lignes et les quatre colonnes, les contraintes de lignes sont inscrites dans la colonne C._ Les contraintes de colonnes sont inscrites dans la dernière ligne P. L'application de la formule ci dessus se simplifie puisque le total des contraintes de colonnes (ou de lignes) est égal à la somme des termes et conduit 15 à: TABLEAU D' EQUILIBRE APRES CALCULS 1 2 3 4 E2 C 1 20.83333 23.83333 17.8333 15.5 78 78 0 2 235833 22. 58333 18.5833 20.25 85 85 0 3 25.5833 20.5333 22.583 24.25 93 93 0 E2 70 67 59 60 256 P 70 67 59 60 A 0 0 0 On peut vérifier, en tenant compte de calculs réalisés par une simple calculatrice que la valeur des termes sommés verticalement ou horizontalement satisfont les contraintes, mais aussi qu'il conduisent bien aux résultats recherchés. Hence, a matrix of n lines and m columns in which n = 3, m = 4 TABLE 1 INITIAL MATRIX 1 2 3 4 E lines C 1 22 24 18 16 80 78 2 24 22 18 20 84 85 3 26 20 22 24 92 93 E columns 72 66 58 60 256 P 70 67 59 60 256 In this matrix, the estimated values are entered, on the three rows and the four columns, the row constraints are entered in column C. The column constraints are written in the last line P. The application of the formula above is simplified since the total of the constraints of columns (or rows) is equal to the sum of the terms and leads to 15: TABLE OF BALANCE AFTER CALCULATIONS 1 2 3 4 E2 C 1 20.83333 23.83333 17.8333 15.5 78 78 0 2 235833 22. 58333 18.5833 20.25 85 85 0 3 25.5833 20.5333 22.583 24.25 93 93 0 E2 70 67 59 60 256 P 70 67 59 60 A 0 0 0 We can check, in taking into account calculations made by a simple calculator that the value of the terms summed vertically or horizontally satisfy the con but also that it leads to the desired results.

Si l'on voulait utiliser l'algèbre linéaire pour résoudre le problème il faudrait alors inverser une matrice d'une taille égale à n * m + n + m soit dans notre cas 19x19, dont le temps de calcul est évidemment beaucoup plus élevé. If one wanted to use the linear algebra to solve the problem then one would have to invert a matrix of a size equal to n * m + n + m is in our case 19x19, whose calculation time is obviously much higher.

La méthode ainsi découverte permet une réduction du temps de calcul dans un rapport considérable (du même ordre de grandeur que la réduction du taux d'irradiation). The method thus discovered allows a reduction of the calculation time in a considerable ratio (of the same order of magnitude as the reduction of the irradiation rate).

A titre d'exemple, pour une matrice 200X200, qui nécessiterait un traitement par l'algèbre linéaire mesurable en heures, on obtient en moins de 2secondes les valeurs des 40 000 termes, leur traduction sous forme colorée et la construction de lignes d'iso atténuation. For example, for a 200X200 matrix, which would require a processing by linear algebra measurable in hours, one obtains in less than 2second the values of the 40 000 terms, their translation in colored form and the construction of lines of iso mitigation.

Comme exposé précédemment, l'utilisation de tout autre système optique dans le domaine des fréquences ou des longueurs d'ondes proches du visible ou de l'infrarouge, pose le problème de la réfraction des rayons lumineux. Le dispositif selon l'invention résout ce problème. As explained above, the use of any other optical system in the field of frequencies or wavelengths close to the visible or the infrared, raises the problem of the refraction of light rays. The device according to the invention solves this problem.

On peut combiner alors les deux méthodes suivantes: - la méthode de calcul du chemin optique, pour des balayages multiples, on obtient alors le chemin optique entre par exemple un point A et plusieurs points B1, B2, B3 etc. à chaque chemin optique correspond une équation liant les indices de réfraction des milieux traversés. Si le nombre de balayage est suffisant on obtiendra une évaluation précise des indices de réfraction de chaque mini zone à l'intérieur de l'objet de l'objet examiné par tomodensitométrie. The following two methods can then be combined: the method of calculating the optical path, for multiple scans, the optical path is obtained between, for example, a point A and several points B1, B2, B3 and so on. each optical path corresponds to an equation binding the refractive indices of the medium through which it passes. If the number of sweeps is sufficient, an accurate evaluation of the refractive indices of each mini area within the subject of the scanned object will be obtained.

- La méthode d'amplification et d'ajustement matriciel telle qu'utilisée pour le scanner X, permettra d'améliorer la résolution du système en vue d'obtenir une valeur convenable des indices de réfraction élémentaires de chaque micro zones résultant de la répartition des mini zones par le procédé d'amplification matricielle. On obtient ainsi une image à haute définition donnant des indices de réfraction de chaque micro zones et les coefficients d'absorption ou d'atténuation correspondants. En effet une fois connus les indices de réfraction en tous points on mesurera l'intensité lumineuse résiduelle au bout de chaque trajectoire et l'on localisera les singularités par les méthodes décrites précédemment, analogues à celles utilisées pour le scanner X, en vue d'obtenir non pas seulement une image des indices de réfraction mais une aussi image des coefficients d'atténuation. - The method of amplification and matrix adjustment as used for the X-ray scanner, will improve the resolution of the system in order to obtain a suitable value of the elementary refractive indices of each micro zone resulting from the distribution of the mini zones by the matrix amplification method. A high definition image is thus obtained giving refractive indices of each micro zone and the corresponding absorption or attenuation coefficients. Once the refractive indices are known, the residual light intensity at the end of each trajectory will be measured and the singularities will be localized by the previously described methods, similar to those used for the X-ray scanner, with a view to to obtain not only an image of the refractive indices but also an image of the attenuation coefficients.

La lecture de cette image peut informer l'opérateur sur les singularités se trouvant à l'intérieur de l'objet examiné, soit par un examen deux dimensions, soit par un examen à trois dimensions en traitant successivement plusieurs plans densitométriques. Reading this image can inform the operator of the singularities within the examined object, either by a two-dimensional examination or by a three-dimensional examination by successively treating several densitometric plans.

Ci-après, on décrit deux modes de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Deux systèmes sont envisagés, différant essentiellement par le mode de déplacement du faisceau laser dans un plan tomographique. Dans les deux cas, on utilisera de préférence un laser YAG NEODYNE de 1,064 microns de longueur d'onde ou un laser YLF de 1,110 microns de longueur d'onde. L'énergie par impulsion est comprise entre 5 à 10 millijoules. Le faisceau est de dimension modifiable par le système optique, pour varier entre 1 et 5 microns. La durée de l'impulsion est comprise entre 1 à 5 nanosecondes. Elle dépendra notamment du temps de réaction des cellules photoélectriques de lecture. Si le temps de réaction des cellules photoélectriques est de l'ordre de la microseconde, il faudra prévoir des temps d'impulsion de même ordre de grandeur et ajuster en conséquence l'énergie du faisceau. Le laser peut peser plusieurs kilogrammes. Hereinafter, two embodiments of a device according to the invention are described. Two systems are envisaged, differing essentially in the mode of displacement of the laser beam in a tomographic plane. In both cases, a YAG NEODYNE laser with a wavelength of 1.064 microns or a YLF laser with a wavelength of 1.110 microns will preferably be used. The energy per pulse is between 5 to 10 millijoules. The beam is dimensionally modifiable by the optical system, to vary between 1 and 5 microns. The duration of the pulse is between 1 to 5 nanoseconds. It will depend in particular on the reaction time of the photocells of reading. If the reaction time of the photocells is of the order of one microsecond, it will be necessary to provide pulse times of the same order of magnitude and adjust the energy of the beam accordingly. The laser can weigh several kilograms.

On prévoit également d'utiliser une fibre optique déplaçable au voisinage de l'objet à examiner en étant portée par une tige orientable et ellemême déplaçable sur une rampe. Pour des explorations fines, on prévoit d'établir un faisceau plan de fibres optiques, le faisceau étant lui-même déplaçable et orientable. It is also planned to use an optical fiber movable in the vicinity of the object to be examined by being carried by an orientable rod and itself movable on a ramp. For fine explorations, it is expected to establish a plane beam of optical fibers, the beam being itself movable and orientable.

Un premier système prévoit que pour chaque plan, le laser a une position fixe et le déplacement du faisceau est effectué grâce à un miroir, déplaçable sur une rampe et orientable par rotation en chaque point de sa position sur la rampe. Un deuxième système prévoit que le laser se déplace sur la rampe et soit orientable par rotation en chaque point de la rampe. A first system provides that for each plane, the laser has a fixed position and the displacement of the beam is made through a mirror, movable on a ramp and rotatable at each point of its position on the ramp. A second system provides that the laser moves on the ramp and is rotatable at each point of the ramp.

La vue du premier système apparaît dans la figure 3. Sur cette figure, 30 désigne un plancher, 31 un calage des pieds de supports de la table, 32 des cylindres de support, 33 des tubes coulissants, 35 des tores de téflon qui permettent de filtrer les vibrations, 34 une plaque de support réalisée en matériau indéformable en métal rigide, granit ou marbre, pour filtrer ou amortir toute vibration résiduelle, 36 une fixation du laser sur la plaque, 37 un tube laser, 38 un miroir orientable, 39 une fixation de la potence sur le support, 41 une plaque de détection composée de cellules photoélectriques, 42 un rail horizontal de la potence, 40 une plaque de protection des cellules pour éviter la surexposition, 43 une tige de support du miroir, 44 un objet à examiner, 45 ou 46 un rayon laser incident, 45' ou 46' un rayon laser parallèle, 47 une plaque de support de l'objet à examiner, rotative, déplaçable et transparente aux infrarouges et 48 une potence. The view of the first system appears in FIG. 3. In this figure, 30 denotes a floor, 31 a wedge of the table support legs, 32 support cylinders, 33 sliding tubes, Teflon tori which allow filtering the vibrations, 34 a support plate made of rigid metal, granite or marble non-deformable material, for filtering or damping any residual vibration, 36 fixing the laser on the plate, 37 a laser tube, 38 a steerable mirror, 39 a fixing the bracket on the support, 41 a detection plate composed of photocells, 42 a horizontal rail of the bracket, 40 a cell protection plate to prevent overexposure, 43 a support rod of the mirror, 44 an object to examine, 45 or 46 an incident laser beam, 45 'or 46' a parallel laser beam, 47 a support plate of the object to be inspected, rotatable, movable and infrared-transparent and 48 a bracket.

Le fonctionnement est le suivant. On place la plaque de support 47 à la hauteur désirée en déplaçant, à l'intérieur du cylindre de support 32, le tube coulissant 33 et une plaquette de support des joints toriques 35. Le tube coulissant 33 n'a pas d'autre contact avec le cylindre de support 32 qu'à travers le joint torique 35 de téflon, ce qui filtre pratiquement toute vibration. On déplace la tige de fixation 43 du miroir 38 jusqu'à la position requise, on oriente le miroir 38 et le laser 37 pour que le rayon laser incident 45 soit orienté comme souhaité. The operation is as follows. The support plate 47 is placed at the desired height by displacing, within the support cylinder 32, the sliding tube 33 and a support plate of the O-rings 35. The sliding tube 33 has no other contact with the support cylinder 32 only through the teflon o-ring 35, which virtually filters out any vibration. The fixation rod 43 of the mirror 38 is moved to the required position, the mirror 38 and the laser 37 are oriented so that the incident laser beam 45 is oriented as desired.

Différents programmes de balayages permettent l'obtention de profils p à basse définition ou de k*p=X+Y tirs en deux séries croisées pour une haute définition. Dans le premier cas, la surface élémentaire de chaque cellule ou pavé micro-élémentaire est de l'ordre du mm2. Dans le second cas, la taille de la cellule élémentaire peut être de l'ordre de 100 microns et descendre jusqu'au micron (limite pratique compte tenu de la longueur d'onde). Various scanning programs allow to obtain low-definition p-profiles or k * p = X + Y shots in two cross-series for high definition. In the first case, the elementary surface of each cell or micro-elementary block is of the order of mm 2. In the second case, the size of the elementary cell can be of the order of 100 microns and down to the micron (practical limit given the wavelength).

Pour obtenir la définition voulue, on fait passer le faisceau par une optique intégrée au tube laser permettant d'augmenter son diamètre au niveau de l'objet à examiner jusqu'à 1 mm ou de le réduire à un micron. To obtain the desired definition, the beam is passed through an optical integrated laser tube to increase its diameter at the object to examine up to 1 mm or reduce it to one micron.

Dans le cas de faibles diamètres, on peut procéder de deux manières, conjointement ou non, en pulsant le fonctionnement pour que la durée d'une impulsion soit réduite de sorte à diminuer les effets thermiques sur l'objet à traverser ou sur les cellules photoélectriques du moyen de détection ou en insérant un dispositif à absorption de l'énergie infrarouge 40. La réalisation d'un plan tomographique s'effectuera donc ainsi: Dans un premier temps, on réglera le faisceau et l'on ajustera la plaque de détection pour fonctionner par exemple à une définition de un mm et on définira un programme de balayage pour obtenir un nombre de profils égal à la surface en mm2 de la coupe de l'objet et on exécutera le programme de balayage en transférant dans l'ordinateur associé les résultats obtenus sur les cellules. In the case of small diameters, one can proceed in two ways, jointly or otherwise, by pulsing the operation so that the duration of a pulse is reduced so as to reduce the thermal effects on the object to be crossed or on the photocells detection means or inserting an infrared energy absorbing device 40. The realization of a tomographic plane will therefore be as follows: In a first step, the beam will be adjusted and the detection plate will be adjusted to for example to work at a definition of one mm and define a scanning program to obtain a number of profiles equal to the surface in mm2 of the section of the object and the scanning program will be executed by transferring into the associated computer the results obtained on the cells.

Dans un deuxième temps, on réglera le faisceau et la plaque de détection pour obtenir la haute définition voulue et on établira un programme de balayage croisé fonction, de la zone à explorer dans la de section de l'objet, de l'angle (généralement droit) entre des deux balayages à haute définition parallèles ou non à haute définition, de l'opacité de l'objet pour régler la durée des impulsions et l'absorption éventuelle. In a second step, we will adjust the beam and the detection plate to obtain the desired high definition and will establish a cross-scan program function, the area to be explored in the section of the object, the angle (usually right) between high-definition and non-high definition parallel scans, the opacity of the object to adjust the duration of the pulses and possible absorption.

Les données obtenues au niveau des cellules seront transférées à l'ordinateur qui effectuera le traitement et stockera les résultats. The data obtained at the cell level will be transferred to the computer that will perform the processing and store the results.

Dans un troisième temps, on utilisera les résultats du calcul pour faire apparaître une image de chaque plan tomographique grâce à un grapheur utilisant ou non des échelles de gris ou des couleurs. In a third step, we will use the results of the computation to make appear an image of each tomographic plane thanks to a grapher using or not gray scales or colors.

L'utilisation de l'algorithme exposé précédemment s'effectuera dans des conditions identiques. Le procédé ainsi utilisé permet une très considérable économie de temps de calcul dans des proportions identiques à celle obtenue pour le scanner X. Dans le mode choisi, le miroir 38 pivote autour d'un axe de rotation, de même que le faisceau laser de sorte à obtenir des rayons traversant parallèles 46 et 46'. On pourra déplacer le miroir à une distance suffisante pour obtenir deux séries X et Y de profils k * p telles que dans chaque série les rayons traversant soient parallèles entre eux et que les deux séries soient sécantes. The use of the algorithm explained above will be carried out under identical conditions. The method thus used allows a very considerable saving of computation time in proportions identical to that obtained for the X-ray scanner. In the mode chosen, the mirror 38 pivots about an axis of rotation, as does the laser beam so to obtain parallel through rays 46 and 46 '. The mirror can be moved a sufficient distance to obtain two series X and Y of profiles k * p such that in each series the passing rays are parallel to each other and that the two series are intersecting.

On pourra obtenir le volume d'une singularité C en comptant tout simplement dans un plan donné les petits carrés ayant un certain niveau de coloration, puis on ajoutant les chiffres obtenus dans les plans voisins et pour des zones adjacentes, entre deux plans limites définis par observation. The volume of a singularity C can be obtained simply by counting in a given plane the small squares having a certain level of coloration, then adding the figures obtained in the neighboring planes and for adjacent zones, between two limit planes defined by observation.

La base de données constituée par l'ensemble des résultats relatifs aux différents plans, permettra de mettre en évidence les zones noires résultant de l'opacité absolue de certaines inclusions, qui empêcherait de percevoir certaines zones ainsi cachées. The database constituted by the set of results relating to the different plans, will highlight the black areas resulting from the absolute opacity of certain inclusions, which would prevent to perceive certain areas thus hidden.

Pour éclairer cette zone on pourra procéder de deux manières au moins, faire tourner l'objet à examiner pour obtenir plusieurs images sous différents angles après avoir placé des éléments microscopique de repérage pour reconstituer une image complète ou faire tourner la potence 48 pour obtenir des images de zones cachées. To illuminate this area it will be possible to proceed in at least two ways, rotate the object to be examined to obtain several images from different angles after having placed microscopic marker elements to reconstitute a complete image or rotate the stem 48 to obtain images. hidden areas.

Dans les deux cas, l'objet à examiner devra être placé et éventuellement fixé sur la plaque 47 transparente, susceptible de tourner autour d'un axe. In both cases, the object to be examined will have to be placed and possibly fixed on the transparent plate 47, able to turn about an axis.

Dans ce premier système, la réflexion par le miroir devient difficile pour certaines longueurs d'onde, entraînant des pertes d'énergie lumineuse susceptible de varier avec l'angle de réflexion, ce qui peut compliquer le calcul en obligeant à des mesures de référence plus complexes hors la présence de l'objet. In this first system, reflection by the mirror becomes difficult for certain wavelengths, resulting in losses of light energy that can vary with the angle of reflection, which can complicate the calculation by requiring more reference measurements. complexes outside the presence of the object.

Par contre, la rotation et la translation du miroir 38 est largement facilitée par son faible poids et ne nécessite alors que des actuateurs piézo de faible puissance. Conversely, the rotation and translation of the mirror 38 is largely facilitated by its low weight and only then requires piezo actuators of low power.

La vue du deuxième système apparaît dans la figure 4, dans laquelle des références identiques désignent des éléments identiques. La référence 49 désigne un cadre. The view of the second system appears in FIG. 4, in which identical references designate identical elements. Reference 49 designates a frame.

Le fonctionnement est le suivant.The operation is as follows.

On place la plaque de support 34 à la hauteur désirée, en déplaçant à l'intérieur du cylindre de support 32 le tube coulissant 33 une plaquette de support des joints toriques 35. On positionne la plaque de support 47 de l'objet à examiner sous l'angle choisi. Puis on procède de la même manière que pour le premier système. Pour illustrer les balayages on se référera à la figure 18 qui montre le déplacement du faisceau 37, à distance d'une première position et le choix d'une nouvelle inclinaison du faisceau 37 pour obtenir deux balayages sécants. Les faisceaux 45 et 45' sont parallèles entre eux dans chacun des balayages. The support plate 34 is placed at the desired height, by displacing inside the support cylinder 32 the sliding tube 33 an O-ring support plate 35. The support plate 47 of the object to be examined is positioned under the chosen angle. Then we proceed in the same way as for the first system. To illustrate the scans, reference is made to FIG. 18 which shows the displacement of the beam 37, at a distance from a first position and the choice of a new inclination of the beam 37 to obtain two secant scans. The beams 45 and 45 'are parallel to each other in each of the scans.

Dans ce deuxième système, la translation et la rotation du faisceau laser (37) nécessitent des actuateurs plus puissants. Dans ce cas aussi, l'utilisation de l'algorithme exposé précédemment s'effectuera avec le même avantage. Le procédé ainsi utilisé permet une très considérable économie de temps de calcul dans des proportions identiques à celle obtenues pour le scanner X. On peut remarquer que l'atténuation peut, dans le cas de l'infrarouge, résulter de plusieurs phénomènes, telles une réflexion à l'intérieur de l'objet, une réfraction dans des zones précises et absorption de l'énergie infrarouge transformée en chaleur. In this second system, translation and rotation of the laser beam (37) require more powerful actuators. In this case too, the use of the algorithm explained above will be carried out with the same advantage. The method thus used allows a very considerable saving of computation time in proportions identical to that obtained for the X-ray scanner. It may be noted that the attenuation can, in the case of the infrared, result from several phenomena, such as reflection. inside the object, refraction in specific areas and absorption of infrared energy transformed into heat.

Il sera donc important, de mesurer aussi l'élévation de la température, dans la mesure du possible, dans différentes zones, pour distinguer les différentes sources d'atténuation. It will therefore be important to measure the rise in temperature as far as possible in different areas to distinguish different sources of attenuation.

La nature de l'objet est alors importante et la possibilité de faire tourner l'objet pour différentes mesures, permet l'obtention d'informations utiles à l'évaluation des erreurs résultant de la réflexion ou de la réfraction, lesquelles dépendent de la longueur d'onde et de l'indice de réfraction correspondant pour les différents matériaux. The nature of the object is then important and the possibility of rotating the object for different measurements, makes it possible to obtain information useful for the evaluation of the errors resulting from reflection or refraction, which depend on the length wave and the corresponding refractive index for the different materials.

Pour éviter les phénomènes de réflexion, on prévoit de déposer par évaporation sous vide, une couche mince de matériau de faible indice sur une feuille de matière plastique très mince et d'envelopper l'organisme avec cette feuille 50. To avoid reflection phenomena, it is expected to deposit by vacuum evaporation, a thin layer of low index material on a very thin plastic sheet and to wrap the body with this sheet 50.

En ce qui concerne la réfraction, dans le cas de l'utilisation d'un laser, c'est à dire de lumière cohérente, le phénomène peut être différent lorsqu'on utilise une lumière non cohérente, mais il existe une certaine réfraction que l'on prévoit de diminuer, figure 5, en disposant l'organisme ou l'objet 44 entre deux plaques transparentes 47 et 51, l'une des plaques formant la plaque de support décrite dans les exemples illustré par les figures 25 et 26, revêtues de couches anti-reflets pour éviter la réflexion et rigoureusement parallèles, pour limiter la réfraction qu'elles peuvent provoquer. Ainsi, la combinaison des deux systèmes, scanner X ou scanner à laser With respect to refraction, in the case of using a laser, ie coherent light, the phenomenon may be different when using non-coherent light, but there is some refraction that FIG. 5 proposes to reduce the organism or the object 44 between two transparent plates 47 and 51, one of the plates forming the support plate described in the examples illustrated by FIGS. 25 and 26, coated. anti-reflective layers to avoid reflection and rigorously parallel, to limit the refraction they can cause. Thus, the combination of the two systems, X-ray scanner or laser scanner

infrarouge, autorise une amélioration de la qualité d'image et de sa définition. infrared, allows improved image quality and definition.

Mais dans les deux systèmes de scanner infrarouge ici décrits, le procédé selon l'invention permet de diminuer le nombre de profils à réaliser par laser infrarouge, dans des proportions telles pour les hautes définitions que l'élévation de température restera contrôlable, en évitant ainsi un échauffement anormal de l'objet ou de l'organisme étudié ou si le corps traversé comprend des zones dont les indices de réfraction sont voisins. But in the two infrared scanner systems described here, the method according to the invention makes it possible to reduce the number of profiles to be made by infrared laser, in such proportions for the high definitions that the rise in temperature will remain controllable, thereby avoiding an abnormal heating of the object or organism studied or if the body crossed includes zones whose refractive indices are neighbors.

Comme ceci a déjà été exposé les temps de calculs resteront dans les limites des moyens normaux de traitement de l'information. As has already been stated, the calculation times will remain within the limits of the normal means of information processing.

La première application est de nature thérapeutique. En effet, on peut détruire un nodule cancéreux ou un groupe de cellules en focalisant le rayonnement d'un laser infrarouge à très haute énergie, mais fonctionnant pendant un temps très court pour détruire une cible à cause de la montée en température de la zone située autour du point focal. The first application is of a therapeutic nature. Indeed, one can destroy a cancerous nodule or a group of cells by focusing the radiation of a very high energy infrared laser, but operating for a very short time to destroy a target because of the rise in temperature of the zone located around the focal point.

De tels procédés sont utilisés notamment en ophtalmologie. La méthode peut être étendue à d'autres parties du corps, si une reconnaissance peut être faite par le procédé décrit de sorte à obtenir une véritable carte de l'indice de réfraction et des coefficients d'absorption d'une longueur d'onde déterminée. On pourra donc simuler sur écran le chemin optique dans différentes positions d'inclinaison du faisceau et cibler parfaitement le nodule ou le groupe de cellules à atteindre, tout en évaluant grâce aux coefficients d'absorption de l'énergie mise en jeu sur la cible. Such methods are used in particular in ophthalmology. The method can be extended to other parts of the body, if a recognition can be made by the method described so as to obtain a true map of the refractive index and absorption coefficients of a given wavelength. . It will thus be possible to simulate on the screen the optical path in different positions of inclination of the beam and to target perfectly the nodule or the group of cells to reach, while evaluating thanks to the absorption coefficients of the energy put into play on the target.

En effet le balayage et l'ajustement d'un plan situé dans un objet conduit à évaluer de manière précise les indices de réfractions et les coefficients d'absorption en tout point de l'espace examiné. In fact, the scanning and the adjustment of a plane situated in an object leads to a precise evaluation of the refractive indices and the absorption coefficients at every point of the space under examination.

Si cette exploration conduit à mettre en évidence une singularité telle que caillot sanguin (notamment cérébraux), tumeur (maligne ou non), il est possible d'agir rapidement pour détruire ladite singularité. If this exploration leads to highlighting a singularity such as blood clot (including cerebral), tumor (malignant or not), it is possible to act quickly to destroy said singularity.

Pour obtenir un tel résultat il faut mettre en oeuvre un dispositif approprié. Comme illustré par la figure 4, ce dispositif comprend une potence à laquelle sont accrochés, un laser d'exploration et un laser de traitement, ces deux lasers peuvent se déplacer le long de la potence et s'incliner pour balayer l'espace situé en dessous. Les deux lasers fonctionnent préférablement sur la même longueur d'onde, par exemple dans le domaine de l'infrarouge à 1.064 microns, mais leur fonctionnement et leur rôle sont très différents. Un détecteur permettant de mesurer l'intensité lumineuse résiduelle après la traversée de l'objet et de son support transparent, mais aussi la déviation entraînée par la traversée de l'objet. Ce détecteur sera utilisé essentiellement dans la phase d'exploration et il pourra être occulté pour ne pas subir l'effet du laser de traitement dont la puissance peut être beaucoup plus élevée. To obtain such a result, it is necessary to implement an appropriate device. As illustrated in FIG. 4, this device comprises a bracket to which are hooked, an exploration laser and a treatment laser, these two lasers can move along the stem and tilt to scan the space located in below. The two lasers preferably operate on the same wavelength, for example in the field of infrared at 1.064 microns, but their operation and their role are very different. A detector to measure the residual light intensity after crossing the object and its transparent support, but also the deviation caused by the crossing of the object. This detector will be used mainly in the exploration phase and it can be hidden to avoid the effect of the laser treatment whose power can be much higher.

Le laser d'exploration sera utilisé pour déterminer les indices de réfraction en tous les points de l'objet, ainsi que cela a été expliqué précédemment. The scanning laser will be used to determine the refractive indices at all points of the object, as previously explained.

Le laser de traitement sera utilisé pour focaliser sur la singularité l'énergie élevée du laser de traitement. Ce laser de traitement est donc muni d'une optique permettant la focalisation. The processing laser will be used to focus on the singularity of the high energy of the treatment laser. This treatment laser is therefore provided with an optic enabling focusing.

Le fonctionnement s'effectue donc en deux étapes: Au cours d'une première étape le laser d'exploration permet de calculer l'indice de réfraction en tous points de la coupe considérée, et de repérer ainsi les singularités qui grâce à la double information dont on dispose, relative aux anomalies des indices de réfraction et aux anomalies des coefficients d'atténuation (ou d'absorption) permettra de faciliter l'identification de la singularité et de la localiser de manière précise. The operation is thus carried out in two steps: During a first step the scanning laser makes it possible to calculate the index of refraction in all points of the section considered, and thus to identify the singularities which thanks to the double information available, relating to the anomalies of the refractive indices and to the anomalies of the attenuation (or absorption) coefficients, will facilitate the identification of the singularity and locate it in a precise manner.

Au cours d'une deuxième étape on utilisera le laser de traitement de manière répétitive et en focalisant le faisceau sur la singularité à détruire. Pour permettre cette focalisation, il faudra calculer les chemins optiques depuis les différentes extrémités du faisceau jusqu'à la singularité et ajuster grâce à une optique de focalisation, par exemple une lentille 110 déplaçable, le foyer du faisceau pour qu'il se situe dans la zone de la singularité, l'ensemble des calculs des différents chemins optiques est réalisable puisque l'on dispose des différents indices de réfraction. La connaissance prévisible des chemins optiques permet d'ajuster l'optique de focalisation sur la singularité. During a second step, the treatment laser will be used repeatedly and focusing the beam on the singularity to be destroyed. To enable this focusing, it will be necessary to calculate the optical paths from the different ends of the beam to the singularity and adjust, thanks to a focusing optics, for example a displaceable lens 110, the focal point of the beam so that it is located in the beam. singularity area, the set of calculations of the different optical paths is feasible since we have different indices of refraction. The predictable knowledge of the optical paths makes it possible to adjust the focussing optics on the singularity.

On pourra aussi utiliser d'autres longueurs d'onde que l'infra rouge, en fonction du milieu à traiter ou à traverser. II est même possible d'utiliser un laser disposant d'un système de multiplication de fréquence, comme cela a été proposé par Danièle ARON ROSA et Michèle GRIESEMANN, dans le brevet américain US4309998 intitulé "Process and apparatus for ophthalmic surgery". It will also be possible to use other wavelengths than infrared, depending on the medium to be treated or to cross. It is even possible to use a laser having a frequency multiplication system, as proposed by Danièle ARON ROSA and Michèle GRIESEMANN, in US Pat. No. 4,3099,998 entitled "Process and apparatus for ophthalmic surgery".

En fait, les chemins optiques extrêmes conduiraient en l'absence de l'objet en un point focal virtuel. L'interposition de l'objet déplace le point focal pour qu'il coïncide avec la zone où se trouve la tumeur ou la singularité. Dans un grand nombre de cas où le faisceau et la lentille de focalisation sont coaxiaux, il faudra vérifier que les chemins optiques virtuels sont symétriques par rapport à l'axe du faisceau. Dans le cas contraire, il faudra simuler une translation ou une rotation du laser pour que cette condition de coaxialité soit vérifiée avant de déclencher le tir. In fact, extreme optical paths would lead in the absence of the object to a virtual focal point. The interposition of the object moves the focal point to coincide with the area where the tumor or singularity is located. In a large number of cases where the beam and the focusing lens are coaxial, it will be necessary to verify that the virtual optical paths are symmetrical with respect to the axis of the beam. In the opposite case, it will be necessary to simulate a translation or a rotation of the laser so that this condition of coaxiality is checked before triggering the shot.

Dans ce cas du laser de traitement, on utilisera de préférence un appareillage comprenant un laser à très haute énergie fonctionnant pendant un temps très court, par exemple 100 femtosecondes, soit 500x10. Si l'énergie que l'on veut concentrer est égale à 1 joule, la puissance du laser se mesure alors en terawatts. Si l'on veut éviter de provoquer des dégâts dans des zones à proximité de la singularité il est préférable de répéter les tirs, par exemple 1500 fois en 100 millisecondes, et déplacer le faisceau par exemple de 100 pas, soit un pas par milliseconde, en franchissant à chaque fois des distances de 10 à 100 microns. In this case of the laser treatment, it will preferably use an apparatus comprising a very high energy laser operating for a very short time, for example 100 femtoseconds, 500x10. If the energy that one wants to concentrate is equal to 1 joule, the power of the laser is measured then in terawatts. If we want to avoid causing damage in areas near the singularity it is better to repeat the shots, for example 1500 times in 100 milliseconds, and move the beam for example 100 steps, one step per millisecond, crossing each time distances of 10 to 100 microns.

Ceci suppose que la potence puisse permettre des déplacements pas à pas extrêmement rapides et de très faible amplitude et que le laser puisse être commuté plusieurs milliers de fois par seconde. On pourra ainsi provoquer une augmentation de température très élevée dans une zone de petite dimension de 10 à 100 microns, sans provoquer d'échauffement gênant dans les tissus ou voisinage de cette zone. This assumes that the stem can allow very fast and very low amplitude stepwise movements and that the laser can be switched several thousand times per second. It will thus be possible to cause a very high temperature increase in a small area of 10 to 100 microns, without causing troublesome heating in the tissues or neighborhood of this zone.

L'application à un scanner médical à laser infrarouge n'est que l'une des applications possibles du calcul du chemin optique, complété ou non pour mesurer simultanément les indices de réfraction et ou les coefficients d'atténuation ponctuels. The application to an infrared laser medical scanner is only one of the possible applications of the optical path calculation, completed or not to simultaneously measure the refractive indices and or the point attenuation coefficients.

Une deuxième application concerne la détection d'objets situés en milieu aqueux. On peut en effet utiliser certaines longueurs d'ondes au environs de 1.06 microns, qui sont peu absorbées par l'eau pour détecter ou décrire des objets tels que animaux marins, plongeurs, ou tout autres objets sous-marins. Au surplus, il faudra utiliser, dans certains cas, des lasers infrarouge à haute énergie, mesurée en terawatts, pendant des temps très courts mesurés en femtosecondes. A second application concerns the detection of objects located in an aqueous medium. Indeed, some wavelengths around 1.06 microns can be used, which are poorly absorbed by water to detect or describe objects such as marine animals, divers, or any other underwater objects. In addition, it will be necessary to use, in some cases, high energy infrared lasers, measured in terawatts, for very short times measured in femtoseconds.

Dans le cas de la recherche de personnes dans un lac, une piscine ou tout autre volume contenant de l'eau, on pourra procéder de la manière suivante: effectuer un balayage par un laser infrarouge, en renvoyant par réflexion le faisceau vers un détecteur, et en installant un détecteur à une certaine profondeur, ou en utilisant la réflexion par l'objet luimême. In the case of looking for people in a lake, a swimming pool or any other volume containing water, it will be possible to proceed as follows: to carry out a scanning by an infrared laser, by reflecting the beam back to a detector, and installing a detector at a certain depth, or using reflection by the object itself.

Une fois un objet détecté, on pourra braquer une seule caméra infrarouge, pour vérifier la nature de l'objet ou réaliser une opération de scannérisation de l'espace examiné par une séquence de balayage telle que décrit plus haut. Once an object has been detected, it is possible to steer a single infrared camera, to check the nature of the object or to perform a scanning operation of the space examined by a scanning sequence as described above.

De manière plus générale, lorsque l'on utilise par exemple une caméra ou un appareil de photographie infrarouge, l'image peut être redressée et améliorée s'il on connaît le chemin optique allant de l'appareil à l'objet pour tenir compte des déformations et des déviations entraînées par l'hétérogénéité des indices de réfraction dans le milieu. More generally, when a camera or an infrared photography apparatus is used, for example, the image can be rectified and improved if the optical path from the apparatus to the object is known to take account of deformations and deviations caused by the heterogeneity of the refractive indices in the medium.

La détection d'objet dans un milieu aquatique par des sonars pose en effet le problème de la vitesse de propagation de l'onde acoustique qui dans l'eau est environ 200 000 fois moins rapide qu'une onde lumineuse ou plus généralement électromagnétique Un objet se déplaçant rapidement par exemple 30 mètres par seconde à 100 mètres de profondeur se déplacera de 6 m pendant l'aller retour de l'onde acoustique, et de seulement et de quelque centaines de microns lorsqu'on utilisera une onde électromagnétique. The detection of objects in an aquatic environment by sonars poses the problem of the speed of propagation of the acoustic wave which in water is about 200 000 times slower than a light wave or more generally electromagnetic An object moving rapidly, for example 30 meters per second at 100 meters depth, will move 6 meters during the acoustic wave return, and only and a few hundred microns when using an electromagnetic wave.

Une autre application concerne la détection aérienne. En effet, le balayage d'un espace aérien par laser infrarouge présente bien sûr des avantages par comparaison bien entendu avec toute détection e acoustique mais aussi par comparaison avec des ondes hertzienne, à cause de la finesse du faisceau permettant une meilleure définition de l'image et facilitant la mise en oeuvre d'une imagerie du type de celle décrite dans les brevets précités et donc la reconnaissance et l'identification des formes. Another application relates to aerial detection. Indeed, the scanning of an airspace by infrared laser has of course advantages in comparison of course with any acoustic detection but also by comparison with airwaves, because of the fineness of the beam for a better definition of the image and facilitating the implementation of an imagery of the type described in the aforementioned patents and thus the recognition and identification of shapes.

Les systèmes d'alarme bénéficieront aussi des techniques ici exposées, en permettant de détecter tout objet inusité. The alarm systems will also benefit from the techniques described here, allowing to detect any unusual object.

La méthode de recherche du chemin optique peut s'appliquer moyennant certains ajustements à la recherche du chemin d'un faisceau sonore ou plutôt ultrasonore, avec laquelle elle peut se combiner, notamment dans le domaine de la thérapie des cancers par faisceau d'ultrasons convergents sur le nodule cancéreux que l'on veut détruire par échauffement thermique, la propagation d'ondes acoustiques peut alors être analysée en utilisant les équations d'EULER, qui se prêtent à différents procédés permettant le calcul numérique de la propagation d'une onde sonore. Une méthode similaire à celle décrite par l'auteur concernant le chemin optique permettrait aussi de tracer le chemin sonore dans un milieu hétérogène de sorte à simplifier l'approche technique et thérapeutique. The optical path search method can be applied with certain adjustments in search of the path of a sonic or rather ultrasonic beam, with which it can be combined, especially in the field of convergent ultrasound beam cancer therapy. on the cancerous nodule that we want to destroy by thermal heating, the propagation of acoustic waves can then be analyzed using the EULER equations, which are suitable for different methods allowing the numerical computation of the propagation of a sound wave . A similar method to that described by the author concerning the optical path would also allow to trace the sound path in a heterogeneous medium so as to simplify the technical and therapeutic approach.

De manière plus générale, en particulier dans les recherches pétrolières, l'analyse des sols bénéficiera largement des recherches en matière de chemin optique ou de chemin acoustique. More generally, especially in oil exploration, soil analysis will benefit greatly from optical path or acoustic path research.

Ainsi la méthode de calcul du chemin optique, grâce à l'établissement de graphe des chemins possibles entre deux points, permettant de trouver le chemin optiquement minimal entre deux points, permet de réaliser plusieurs opérations techniques: - le tracé dans un milieu dont les indices de réfraction de chaque zone est connu afin d'obtenir les coefficients d'absorption en tous points et d'identifier ainsi des singularité. Thus the method of calculating the optical path, by establishing a graph of the possible paths between two points, making it possible to find the optically minimal path between two points, makes it possible to carry out several technical operations: the plot in a medium whose indices The refraction of each zone is known in order to obtain the absorption coefficients at all points and thus to identify singularities.

- le calcul des indices de réfraction en tous points à partir d'estimation même imparfaites de ces indices obtenues par la connaissance du milieu que procure un scanner X, en effectuant un ensemble de balayages laser couvrant la surface étudiée et en réitérant ces balayages si nécessaire. the computation of the refractive indices at all points from even imperfect estimates of these indices obtained by the knowledge of the medium that an X-ray scanner provides, by performing a set of laser scans covering the studied surface and by reiterating these scans if necessary .

- la réalisation d'images optiques à haute définition en appliquant les méthodes décrites d'amplification et d'ajustement, facilitant ainsi la mise en oeuvre de scanner à laser infrarouge. the production of high definition optical images by applying the described methods of amplification and adjustment, thus facilitating the implementation of infrared laser scanners.

- l'utilisation de la méthode pour la détection rapide d'anomalies ou d'objets précis en milieu liquide ou gazeux. - the use of the method for the rapid detection of anomalies or specific objects in a liquid or gaseous medium.

- en matière thérapeutique, cette méthode permettra une action précise pour la destruction de cellules ou de groupes de cellules malignes ou non en permettant d'établir le chemin optique d'un rayon laser, par exemple infrarouge, et de le focaliser sur la cible que constitue la zone à détruire. in the therapeutic field, this method will allow a precise action for the destruction of cells or groups of malignant or non-malignant cells by making it possible to establish the optical path of a laser beam, for example infrared, and to focus it on the target that constitutes the area to be destroyed.

Etant donnée la similitude des lois de la propagation des sons et des lois de la propagation de la lumière, la méthode peut être étendue avec toute précaution d'usage, au tracé de chemin acoustique en milieu hétérogène. Dans ces conditions, la destruction de ces cellules peut s'effectuer aussi après ciblage, en faisant converger sur la zone à traiter un faisceau d'ultrasons à haute énergie, susceptible de provoquer un échauffement destructeur des cellules ciblés. Given the similarity of the laws of the propagation of sounds and the laws of the propagation of light, the method can be extended with every precaution of use, the acoustic path layout in heterogeneous medium. Under these conditions, the destruction of these cells can be carried out also after targeting, by converging on the area to be treated a high energy ultrasound beam, capable of causing a destructive heating of the targeted cells.

Moyennant toujours les précautions d'usage, la technique de tracé du chemin acoustique par une méthode similaire à celle décrite dans ce brevet peut aussi faciliter la recherche pétrolière par l'analyse des sols, notamment par sismique réfraction. By always using the usual precautions, the technique of drawing the acoustic path by a method similar to that described in this patent can also facilitate oil exploration by soil analysis, including seismic refraction.

Claims

1. A device for determining a refractive index at a large number of points p, for example 10000, of a physical medium (44), each point being marked by a fixed reference (48, 49) occupying the center of gravity of a elementary block where p elementary blocks (100) form a tiling of the physical environment, characterized in that it comprises: a luminous laser (37), for example an infrared ray, movable (42) of an elementary step according to a guide displacement (102) or fixed relative to a mirror (38) movable (42) of the elementary step along the displacement guide to perform a series of coplanar p shots each starting from a starting point Ap spotted with respect to the guide of moving and arriving at an arrival point Bp detected by detection means (40) after passing through the physical medium (44) along an optical path defined as being the shortest optical path between the two points Ap and Bp - a time counter (104) synchronized with each shot to record a time Tp where each shot reaches the end point Bp from an initial moment when the shot is from the starting point Ap; and a computer (106) duly programmed to perform the following steps: (1) search the optical path among optical paths all starting from the starting point Ap and all arriving at the arrival point Bp, each optical path being defined by a a sequence of elementary optical paths (L) each equal to the product of two terms where the first term is a module of a vector connecting two centroids of two adjacent elementary blocks and where the second term is an estimated refractive index in each centroid; (2) from p linear equations connecting, for each of the p optical paths sought, the elementary optical paths (L) and the refractive indices (N) at the crossing time Tp detected, construct a square matrix of the elementary optical paths [ L], a vector of the refractive indices of the elementary blocks [N] and a vector of the times of crossing of the luminous ray [T] and to solve the matrix equation: [N] * [L] = [T] with respect to the vector refractive indices of elementary blocks [N]; and (3) repeating steps (1) and (2) to search for new optical paths with the refractive indices of the elementary blocks computed during an immediately preceding iteration, solving the matrix equation with the new elementary optical paths corresponding to the new optical paths sought and obtain a new vector of the refractive indices of the elementary blocks until the matrix of the elementary optical paths [L] converges and the vector of the refractive indices of the elementary blocks [N] also converges.

2. Device according to claim 1, characterized in that, to determine an attenuation coefficient at any point of the physical medium (44) where a refractive index has been determined: - the detection means (40) is shaped to detect a variation in intensity (Alp) of each firing of the series between the starting point Ap and the arrival point Bp in consideration of an attenuation of luminous intensity along the elementary optical paths followed by each firing, function d an attenuation coefficient E assigned to each elementary block (106); and the computer (104) is duly programmed to perform the following additional step: (4) from p linear equations connecting the elementary optical paths (L) for which the vector of the refractive indices of the elementary blocks has converged to the step (3) and the attenuation coefficients (E) of the elementary blocks (100) to the variation of intensity (Alp) of each of the poutings of the series, construct a vector of the attenuation coefficients of the elementary blocks [E ] and a vector of the intensity variations [Alp] then by a mathematical method of linear algebra, solve the matrix equation: [E] * [L] = [Alp] with respect to the vector of the coefficients of attenuation of the cobblestones elementary [E].

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the computer (106) performs the step (1) being duly programmed to search the optical path by a method of calculating a minimum critical path from estimates of the refractive indices obtained by an imaging method using an X-ray scanner, a nuclear magnetic resonance imaging unit or an ultrasound unit.

4. Device according to claim 1 or 2, characterized in that, to lead to an estimation of the refractive indices at higher spatial resolution with respect to the physical medium: the displacement guide (102) is provided with a micro-actuator displacing the light laser (37) or the mirror (38) according to the displacement guide (102) of an elementary micro-step equal to the elementary step divided by an amplification factor K to perform two crossed series of shots X and Y shots respectively, all coplanar and each departing from a starting point Ax or Ay located with respect to the moving guide and arriving at a point of arrival Bx or By identified by the detection means after passing through the physical environment following a optical path defined as being the shortest optical path between the two points Ax and Bx or Ay and By, and the computer (106) is duly programmed to perform the following additional steps: (5) find the optical pathway among a large number of optical paths all starting from the starting point Ax or Ay and all arriving at the point of arrival Bx or By being defined by a sequence of micro-elementary optical paths (gL) each equal to the product of two terms where the first term is a module of a vector connecting two barycenters of two adjacent elementary micro-cobblestones and where the second term is a refractive index (N ') in each barycentre of each elementary micro-tile equal to the index of refraction of the elementary block from which the elementary micropatterns are derived after the division by the amplification factor K and for which the vector of the refractive indexes of the elementary blocks [N] converged in (3), and from K * p = X + Y linear equations connecting, for each of the optical paths sought for one X and the other Y of the two sets of shots, the micro-elementary optical paths (L) and the refractive indices of elementary micro-pavers (N ') at the crossing time Tx or Ty detected using the synchronized time counter with each shot reaching the end point Bx or By from an initial moment when the shot started from starting point Ax or Ay, constructing a square matrix of the micro-elementary optical paths [L], a vector of the refractive indices of the elementary microparticles [N '] and a vector [T] of the light beam crossing times; then (6) adjust the refractive index in each elementary micro-block by a least squares method, taking into account the constraints imposed by the edge values of the detected traversal times Tx or Ty using the following formula: Cij = Bij + ln * (pj EBJ) + (I] * (ci lm BJ) - nm * 15 (1m, pj ZJBij) where, in this formula, Cij = the value sought Bij = the estimated value initially (n) = the number of rows of a representative matrix of a table of 20 refractive indices of the micro-elementary blocks (m) = the number of columns of a representative matrix of a table of the refractive indices of the micro-elemental blocks -1Cij = pj for all the values of i, the stress of the column jm Cij = ci for all the values of j, the constraint of the line i j = 1

5. Device according to claim 4, characterized in that, to lead to an estimation of the attenuation coefficients at higher spatial resolution with respect to the physical environment: the computer (106) is duly programmed to perform the additional steps following: (7) from a variation of intensity (Aix, Aly) detected by the detection means for each shot of the two crossed series X and Y between the starting point Ax or Ay and the arrival point Bx or By in consideration of an attenuation of luminous intensity along the micro-elementary optical paths followed by each shot, a function of an attenuation coefficient (E ') assigned to each elementary micro-block being equal to the coefficient d attenuation (E) of the elementary block from which the elementary micropatterns are derived divided by the amplification factor K and from K * p = X + Y linear equations connecting, for each optical path sought X and Y of the two series of shots, the microelementary optical paths (L) and the attenuation coefficients of the elementary microparticles (E ') to the variations of luminous intensity (Alx, Aly ), construct a square matrix of the micro-elementary optical paths [L], a vector of the attenuation coefficients of the elementary microparticles [E '] and a vector of the luminous intensity variations [Al]; and (8) adjusting the attenuation coefficient in each elementary microlayer by a least squares method taking into account constraints imposed by the edge values of the detected luminous intensity variations Alx or Aly using the following formula : Cij = Bij + 1 (pj EBJ) + 1 * (ci Em BiU) - 1 nm nm (, UBJ) where, in this formula, Cij = the desired value Bij = the estimated value initially (n) = the number of lines of a representative matrix of a table of the attenuation coefficients of the micro-elementary blocks (m) = the number of columns of a representative matrix of a table of the attenuation coefficients of the micro-elementary blocks Iin -1Cij = pj for all the values of i, the stress of the column jm Cij = ci for all the values of j, the constraint of the line i. j = 1

6. Device according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that, in the case where the physical medium (44) is a part of the body of a human being or an animal and to treat a the singularity of the refractive indices representative of a tumor or other pathology of a part of this body, - it comprises a pulsed light treatment laser (108) for generating a beam for a very short time, for example 100 femtoseconds, and with a very high energy, mounted on the displacement guide (102) and provided with a lens (110) movable to adjust a focal length and converge the beam focal point; and the computer (106) is duly programmed to perform the following additional steps: (9) search for a singularity C among the refractive indices calculated at the end of step (3) or adjusted at the end of the step (6) or among the attenuation coefficients calculated at the end of step (4) or adjusted at the end of step (8) and identify the blocks or the micro-elementary blocks of singularity C with respect to the displacement guide (102), (10) searching, for several points of the lens, for the optical path between a starting point Aq and the singularity C considered as the arrival point and calculating a convergence angle (6) averaged over the different optical paths searched starting from the different points of the lens (110) and verifying a symmetry condition with respect to the beam, to adjust the focal length to a virtual focal point determined by the angle of convergence considering that the beam traveling in the r so as to focus the latter on the virtual focal point so that the singularity C coincides with a real focal point to be destroyed, for example by vaporization, under the effect of repeated pulses of the light laser.

7. Device according to claim 1 or 4, characterized in that the beam (37) pivots about an axis moving (42) itself linearly through a stepper motor or piezoelectric actuators.

8. Device according to claim 1 or 4, characterized in that it comprises multiple detection strips (40) for simultaneously producing a plurality of parallel images capable of individual or three-dimensional processing.

9. Device according to claim 1, 4 or 8, characterized in that it comprises supports (48,49) of laser light (37), including infrared (37) ultrasonic on which the stepper motors or the piezoelectric actuators make it possible to orient (a, R) a light beam or to move it.

10. Device according to claim 1 or 4, characterized in that a mirror (38) is moved by a stepper motor or a microactuator according to the displacement guide (102) and are rotated about a pivot by piezoelectric actuators for reflecting (45 ', 46') an infrared laser beam (45, 46) so as to effect the coplanar shots or the k * p = X + Y shots of the crossed series, the infrared rays in each series being parallel (45 ', 46') to each other and intersecting from one series X to the other Y.

11. Device according to claim 1, characterized in that it comprises two transparent plates (47,51), coated with anti-reflective layers to prevent reflection of the infrared beam (45 ') and parallel to limit a refraction of this beam the object to be examined (44) being disposed between the two plates and resting against one of them serving as a support plate (47).