FR2995998A1 - Systeme d'imagerie comprenant un support de reception de l'echantillon, un photodetecteur matriciel et un materiau d'adaptation d'indice dispose entre le support et le photodetecteur - Google Patents

Abstract

Ce système d'imagerie (20) comprend : - une source de lumière (24) spatialement cohérente, propre à éclairer un échantillon (22), - un photodétecteur matriciel (26), propre à établir une figure de diffraction transmise par l'échantillon (22) éclairé selon une direction verticale (Z), la figure de diffraction correspondant à une image des ondes diffractées par l'échantillon (22) lorsqu'il est éclairé, et - un support (28) de réception de l'échantillon (22), le support (28) étant disposé entre la source de lumière (24) et le photodétecteur (26) selon la direction verticale (Z). Le système d'imagerie (20) comprend en outre un matériau d'adaptation d'indice (29) disposé entre le support (28) et le photodétecteur matriciel (26) selon la direction verticale (Z), le matériau d'adaptation d'indice (29) étant transparent à la longueur d'onde de l'illumination et présentant un premier indice de réfraction, le premier indice de réfraction étant compris entre 1,2 et 1,7, de préférence compris entre 1,3 et 1,6, de préférence encore compris entre 1,4 et 1,5, de préférence encore égal à 1,45.

Description

Système d'imagerie comprenant un support de réception de l'échantillon, un photodétecteur matriciel et un matériau d'adaptation d'indice disposé entre le support et le photodétecteur La présente invention concerne un système d'imagerie comprenant une source de lumière spatialement cohérente propre à éclairer un échantillon, un photodétecteur matriciel propre à établir une figure de diffraction transmise par l'échantillon éclairé selon une direction verticale, la figure de diffraction correspondant à une image des ondes diffractées par l'échantillon lorsqu'il est éclairé, et un support de réception de l'échantillon, le support étant disposé entre la source de lumière et le photodétecteur matriciel selon la direction verticale. L'invention s'applique par exemple à la reconstruction d'un échantillon comportant des objets diffractants baignant dans un milieu liquide contenu dans le support, le support comportant une surface transparente et les objets diffractants étant au contact de la surface transparente du support. Il s'agit notamment de la reconstruction de propriétés optiques de particules, notamment des particules biologiques, tel que des cellules, des bactéries ou encore des virus. Ces particules biologiques présentent une taille de l'ordre de 10 lm pour les cellules et de l'ordre 1 lm pour les bactéries. Par propriétés optiques, on entend notamment l'absorption de l'objet ou le retard de phase introduit par l'objet, sachant que ces paramètres représentent respectivement le module et l'argument de la fonction d'opacité complexe de l'objet. L'invention permet notamment de déterminer la distribution spatiale de ces paramètres. L'invention concerne l'imagerie sans lentille, également appelé imagerie de contact, c'est-à-dire l'acquisition, par le photodétecteur matriciel, d'images formées par le rayonnement transmis directement par l'échantillon, en l'absence d'une optique de grossissement disposée entre l'échantillon et le photodétecteur matriciel. Le photodétecteur matriciel est également appelé dans ce cas dispositif d'imagerie sans lentille, et apte à former une image de l'échantillon tout en étant placé à une faible distance de celui-ci. Par faible distance, on entend une distance comprise entre 100 lm et quelques centimètres, de préférence inférieure à 1cm. On connait un système d'imagerie du type précité. La source de lumière spatialement cohérente est une diode électroluminescente également appelée LED (de l'anglais Light-Emitting Diode) ou encore un laser. Le support de réception de l'échantillon est placé au-dessus du photodétecteur matriciel qui acquiert des images de figures de diffraction transmises par l'échantillon lorsque celui-ci est éclairé par la source de lumière placée au-dessus du support de réception. La distance entre le support de réception et le photodétecteur matriciel est de l'ordre de quelques centimètres, le support de réception et le photodétecteur matriciel sont séparés par de l'air. Toutefois, les images des figures de diffraction acquises par le photodétecteur matriciel présentent des artefacts de mesure qui perturbent la reconstruction des propriétés optiques, les artefacts étant particulièrement nombreux lorsque la source de lumière est un laser. Le but de l'invention est donc de proposer un système d'imagerie permettant de réduire le nombre d'artefacts de mesure dans les images de diffraction acquises par le photodétecteur matriciel, afin d'améliorer l'image obtenue.

A cet effet, l'invention a pour objet un système d'imagerie du type précité, dans lequel le système comprend en outre un matériau d'adaptation d'indice disposé entre le support et le photodétecteur matriciel selon la direction verticale, le matériau d'adaptation d'indice étant transparent à la longueur d'onde de l'illumination et présentant un premier indice de réfraction, le premier indice de réfraction étant compris entre 1,2 et 1,7, de préférence compris entre 1,3 et 1,6, de préférence encore compris entre 1,4 et 1,5, de préférence encore égal à 1,45. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le système d'imagerie comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le support comporte une surface transparente contre laquelle l'échantillon est destiné à être agencé, la surface transparente présentant un deuxième indice de réfraction, et le premier indice de réfraction est égal au deuxième indice de réfraction à plus ou moins 20%, de préférence à plus ou moins 10%, de préférence encore à plus ou moins 5 (3/0 ; - la source de lumière est un laser ; - le matériau d'adaptation d'indice s'étend du support jusqu'au photodétecteur matriciel selon la direction verticale ; - le matériau d'adaptation d'indice occupe sensiblement tout le volume compris entre le support et le photodétecteur matriciel à l'intérieur d'un cylindre défini par une génératrice parallèle à la direction verticale, la génératrice décrivant un contour transversal du photodétecteur matriciel, le contour transversal délimitant le photodétecteur matriciel suivant un plan transversal perpendiculaire à la direction verticale ; - la distance entre le support et le photodétecteur matriciel selon la direction verticale est inférieure à 1 cm ; - le matériau d'adaptation d'indice est un liquide, le liquide comportant de préférence une huile ; - le matériau d'adaptation d'indice comporte un polymère ; - l'échantillon comporte des objets diffractants baignant dans un milieu liquide contenu dans le support, le support comportant une surface transparente et les objets diffractants étant au contact de la surface transparente du support ; et - le système comprend des moyens de reconstruction des propriétés optiques suivant un algorithme de reconstruction à partir de l'intensité mesurée, l'algorithme de reconstruction étant fonction d'une hauteur de reconstruction, la hauteur de reconstruction présentant une valeur strictement inférieure à celle de la distance entre le support et le photodétecteur matriciel selon la direction verticale, de préférence inférieure à 0,9 fois ladite distance, de préférence encore inférieure à 0,8 fois ladite distance. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un système d'imagerie selon l'invention, comprenant une source de lumière propre à éclairer un échantillon et un photodétecteur matriciel propre à établir une figure de diffraction transmise par l'échantillon éclairé, - la figure 2 est une image d'une figure de diffraction de l'échantillon, acquise par un photodétecteur matriciel d'un premier système d'imagerie de l'état de la technique dont la source de lumière est une diode électroluminescente, - la figure 3 est un agrandissement de la zone encadrée III de la figure 2, - la figure 4 est une image d'une figure de diffraction de l'échantillon, acquise par un photodétecteur matriciel d'un deuxième système d'imagerie de l'état de la technique dont la source de lumière est un laser, - la figure 5 est un agrandissement de la zone encadrée V de la figure 4, - la figure 6 est une image d'une figure de diffraction de l'échantillon, acquise par le photodétecteur matriciel du système d'imagerie de la figure 1 lorsque la source de lumière est un laser, - la figure 7 est un agrandissement de la zone encadrée VII de la figure 6, - la figure 8 est une vue d'une image de l'échantillon obtenue par reconstruction à l'aide du premier système d'imagerie de l'état de la technique, - la figure 9 est un agrandissement de la zone encadrée IX de la figure 8, - la figure 10 est une vue d'une image de l'échantillon obtenue par reconstruction à l'aide du deuxième système d'imagerie de l'état de la technique, - la figure 11 est un agrandissement de la zone encadrée XI de la figure 10, - la figure 12 est une vue de l'image de l'échantillon obtenue par reconstruction à l'aide du système d'imagerie de la figure 1, - la figure 13 est un agrandissement de la zone encadrée XIII de la figure 12, - la figure 14 est une vue d'une image de référence de l'échantillon, obtenue à l'aide d'un système d'imagerie par fluorescence, et - la figure 15 est un agrandissement de la zone encadrée XV de la figure 14. De façon conventionnelle, dans la présente demande, l'expression « sensiblement égale à» exprimera une relation d'égalité à plus ou moins 5%. Sur la figure 1, un système d'imagerie 20 comprend une source de lumière 24 spatialement cohérente propre à éclairer un échantillon 22 et un photodétecteur matriciel 26 propre à établir une figure de diffraction transmise par l'échantillon 22 éclairé selon une direction verticale Z. Le système d'imagerie 20 comprend un support 28 de réception de l'échantillon 22, le support de réception 28 étant disposé entre la source de lumière 24 et le photodétecteur matriciel 26 selon la direction verticale Z. Le support de réception 28 est destiné à recevoir l'échantillon à analyser. Le système d'imagerie 20 comprend en outre, selon l'invention, un matériau d'adaptation d'indice 29 disposé entre le support 28 et le photodétecteur matriciel 26 selon la direction verticale Z.

Le système d'imagerie 20 comprend également une unité de traitement d'informations 30 comportant un processeur 32 et une mémoire 34 apte à stocker un logiciel 36 de reconstruction des propriétés optiques de l'échantillon 22, les propriétés optiques étant reconstruites suivant un algorithme de reconstruction à partir d'une intensité I mesurée par le photodétecteur 26.

Le système d'imagerie 20 comprend un boîtier de protection, non représenté, à l'intérieur duquel sont disposés notamment le photodétecteur 26 et l'unité de traitement d'informations 30. L'échantillon 22 comporte des objets diffractants 38, les objets diffractants 38 étant, par exemple, des particules, telles que des particules biologiques, c'est-à-dire des cellules (par exemple des globules rouges, des globules bancs ou des plaquettes), des bactéries ou colonies bactériennes, des cellules ou agrégats de cellules. En variante, les particules diffractantes 38 sont des microbilles. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, l'échantillon 22 comporte un milieu liquide 40 contenu dans le support 28, les objets diffractants 38 baignant dans le milieu liquide 40. Le milieu liquide est par exemple un liquide corporel, tel que du sang.

La source de lumière 24 est propre à émettre un faisceau lumineux 41 selon la direction verticale Z, afin d'éclairer l'échantillon 22 comprenant les objets diffractants 38. La source de lumière 24 est disposée à une première distance D1 du support de réception 28 selon la direction verticale Z. La première distance D1 présente de préférence une valeur comprise entre 1 mm et 30 cm. La source de lumière 24 est de préférence une source de lumière spatialement et temporellement cohérente, telle qu'une diode laser (DL) ou encore une diode laser de type VCSEL (de l'anglais Vertical Cavity Surface Emitting Laser). La diode laser présente une longueur d'onde par exemple sensiblement égale à 670 nm. Lorsque la source de lumière 24 est une diode laser, la première distance D1 est, par exemple, égale à 1 cm. L'homme du métier notera que la valeur de la première distance D1, c'est-à-dire de la distance entre la source de lumière 24 et l'échantillon 22, n'a aucune incidence sur l'image de diffraction, étant donné que l'onde émise par la source de lumière 24 est une onde plane, et ce quelle que soit la position de la source de lumière 24.

En variante, la source de lumière 24 est une source spatialement cohérente et comporte, par exemple, une source ponctuelle telle qu'une diode électroluminescente, non représentée, également appelée LED (de l'anglais Light-Emitting Diode), et un diaphragme, non représenté, disposé au contact de la LED. Le diaphragme a un diamètre compris entre 50 lm et 500 11m, et est placé au contact de la source de la LED. Cela permet d'augmenter la cohérence spatiale du rayonnement lumineux. Lorsque la source de lumière 24 comporte la LED, la première distance D1 est, par exemple, égale à 8 cm. En variante encore, la source de lumière 24 est constituée de la diode électroluminescente, et ne comporte pas de diaphragme. La diode électroluminescente présente alors des dimensions suffisamment réduites pour être considérée comme spatialement cohérente, le diamètre de la diode électroluminescence étant inférieur au dixième de la première distance D1 séparant cette diode électroluminescente du support de réception 28. Le photodétecteur matriciel 26 comporte une pluralité de pixels, non représentés. Chaque pixel du photodétecteur 26 présente des dimensions inférieures ou égales à 10 pm, voire 4 pm. Chaque pixel est, par exemple, en forme d'un carré dont le côté est de valeur inférieure ou égale à 10 pm, voire à 4 pm. En variante, chaque pixel est en forme d'un carré de 2,2 i..tm de côté. Le photodétecteur 26 est disposé à une deuxième distance D2 du support de réception 28 selon la direction verticale Z. La deuxième distance D2 présente une valeur comprise entre 100 i..tm et quelques centimètres, de préférence inférieure à 1 cm, et de préférence encore comprise entre 100 lm et 2 mm. Dans l'exemple de réalisation décrit, la deuxième distance D2 est sensiblement égale à 300 iim. Le fait de privilégier une deuxième distance D2 de faible valeur, c'est-à-dire une distance courte entre le photodétecteur matriciel 26 et le support de réception 28, permet de limiter les phénomènes d'interférence entre différentes figures de diffraction lorsque le milieu 24 est éclairé. Le photodétecteur matriciel 26 est propre à acquérir des images du rayonnement transmis par l'échantillon 22 éclairé par le faisceau lumineux 41. Par rayonnement transmis, on entend le rayonnement traversant l'échantillon 22 de telle sorte que le photodétecteur matriciel 26 et la source de lumière 24 sont situés de part et d'autre de l'échantillon 22. Le photodétecteur matriciel 26 est un capteur d'images en deux dimensions, à savoir dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal X. Le photodétecteur matriciel 26 est un capteur d'images pixélisé, par exemple un capteur CMOS (de l'anglais Complementary Metal-Oxyde Semiconductor). En variante, le photodétecteur matriciel 26 est un capteur CCD (de l'anglais Charged-Coupled Device). Le photodétecteur matriciel 26 comporte en complément des microlentilles, non représentées, chaque microlentille étant disposée au-dessus d'un pixel correspondant. De telles microlentilles sont intégrées au capteur. Elles permettent d'améliorer le rendement de collecte et ne forment pas une optique de grossissement disposée entre le support de réception 28 et le photodétecteur 26. Les images acquises par le photodétecteur matriciel 26 sont formées par le rayonnement transmis directement par l'échantillon 22, en l'absence d'une optique de grossissement disposée entre le support de réception 28 et le photodétecteur matriciel 26.

Le photodétecteur 26 est également appelé dispositif d'imagerie sans lentille, et est apte à former une image de l'échantillon 22, tout en étant placé à une faible distance de ce dernier. Par faible distance, on entend, comme indiqué précédemment, une distance inférieure à quelques centimètres, de préférence inférieure à 1 cm, la deuxième distance D2 étant par exemple égale à 300 iim.

Le photodétecteur matriciel 26 est propre à établir une figure de diffraction transmise par l'échantillon 22, la ou chaque figure de diffraction correspondant à une image des ondes diffractées par un ou plusieurs objets diffractants 38, l'image étant formée au niveau du photodétecteur 26 lors de l'éclairement de l'échantillon 22. Le support de réception 28 comporte une surface transparente 42 contre laquelle l'échantillon 22 est destiné à être agencé. La première distance D1 correspond alors à la distance entre la source de lumière 24 et la surface transparente 42 selon la direction verticale Z. La deuxième distance D2 correspond alors à la distance entre le photodétecteur 26 et la surface transparente 42 selon la direction verticale Z. Le support de réception 28 est disposé entre la source de lumière 24 et le photodétecteur matriciel 26, et la surface transparente 42 est sensiblement perpendiculaire à la direction verticale Z correspondant à la direction d'éclairement de l'échantillon 22 par la source de lumière 24, comme représenté sur la figure 1. Le matériau d'adaptation d'indice 29 est transparent à la longueur d'onde de la source et, de préférence, aux longueurs d'onde du spectre visible. Il présente un premier indice de réfraction In, le premier indice de réfraction In 1 étant compris entre 1,2 et 1,7, de préférence compris entre 1,3 et 1,6, de préférence encore compris entre 1,4 et 1,5, de préférence encore égal à 1,45, lorsque le support de réception 28 est réalisé en matériau plastique transparent. Plus généralement, le premier indice de réfraction In 1 dépendra de l'indice optique du matériau du support de réception 28. La surface transparente 42 présente un deuxième indice de réfraction Ir2, et le premier indice de réfraction In 1 est, par exemple, égal au deuxième indice de réfraction Ir2 à plus ou moins 20%, de préférence à plus ou moins 10%, de préférence encore à plus ou moins 5 `Vo. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, le matériau d'adaptation d'indice 29 s'étend du support de réception 28 jusqu'au photodétecteur matriciel 26 selon la direction verticale Z. Le matériau d'adaptation d'indice 29 occupe, par exemple, sensiblement tout le volume V compris entre le support de réception 28 et le photodétecteur matriciel 26 à l'intérieur d'un cylindre 44 défini par une génératrice parallèle à la direction verticale Z, la génératrice décrivant un contour transversal du photodétecteur matriciel 26, le contour transversal délimitant le photodétecteur matriciel 26 suivant un plan transversal perpendiculaire à la direction verticale Z. Le matériau d'adaptation d'indice 29 est, par exemple, un liquide, tel que de l'huile, tel que de l'eau ou encore tel qu'un mélange d'eau et de diméthyle suif oxyde, également appelé DMSO (de l'anglais dimethyl sulfoxide). Le matériau d'adaptation d'indice 29 est particulièrement adapté lorsqu'il est liquide, le liquide venant remplir les éventuels défauts de la surface transparente 42. En variante, le matériau d'adaptation d'indice 29 comporte un polymère. Le polymère présente, de préférence, une viscosité apte à le rendre deformable, afin de s'adapter de manière analogue aux éventuelles aspérités de la surface transparente 42 et d'éviter des sauts d'indice de réfraction entre l'échantillon 22 et le photodétecteur matriciel 26. Le polymère est, par exemple, l'éthylène glycol, ou encore un polyéthylène glycol défini par la formule H(-0CH2 CH2-),OH où n représente le nombre de motif(s) d'oxyéthylène du polymère. Le nombre n de motifs d'oxyéthylène est, par exemple, égal à 4, et le polymère est appelé polyéthylène glycol 200, également noté PEG 200, le PEG 200 présentant un poids moléculaire de l'ordre de 200 g/mol.

En variante, le matériau d'adaptation d'indice 29 est un matériau solide. Il s'agit, par exemple, d'un polymère solide, d'un plastique, d'un verre ou encore d'un matériau de type sol-gel. De manière générale, le matériau d'adaptation d'indice 29 permet d'adapter l'indice optique de l'espace situé entre l'échantillon 22 et le photodétecteur matriciel 26 afin d'éviter les sauts d'indice. Lorsque le matériau d'adaptation d'indice 29 est un liquide, il comble les éventuels défauts de la surface transparente 42 et les rend alors optiquement invisibles, car ils ne peuvent plus dévier la lumière. Le logiciel de reconstruction 36 est propre à reconstruire les propriétés optiques de l'échantillon 22, suivant l'algorithme de construction, à partir de l'intensité mesurée I.

L'algorithme de reconstruction est fonction d'une hauteur de reconstruction Zr. L'algorithme de reconstruction est connu en soi, et il vérifie l'équation suivante : 1(x, y)* (x , y) =e j27t- -Zr ( 2Zr j2K- 1- a(x, y) - e 2 .a* (x, Y)* h-2z, (x Y) (1) où I représente l'intensité mesurée par le photodétecteur matriciel 28, x, y représentent les coordonnées dans un plan perpendiculaire à la direction verticale Z, * désigne le produit de convolution, Zr représente la hauteur de reconstruction, À représente la longueur d'onde de la source de lumière 26, j représente le nombre imaginaire unitaire, a représente la fonction d'opacité complexe d'un objet 22, a* représente le complexe conjugué de a, et h, est défini par l'équation suivante : 1 ./271- x2 + y2 \ hz(x, y) = e exp( ) . (2) J2z 2z L'équation (1) est obtenue à l'aide des équations suivantes : A,(x, y) = t(x, y)* hz(x, y) où Az est la transformée de Fresnel de la transmittance t(x,y). Des coefficients d'absorption a(x,y) et de transmission t(x,y) sont alors la manière suivante : (3) définis de t(x, y) = (1- a(x, y)) (4) Az(x, y) = t(x, y)* hz(x, y) = (1- a(x, y)) * hz (x, y) (5) = 1* hz(x, y) - a(x, y)* hz(x, y) = e 2 - a(x, y)* hz(x, y) L'intensité I est alors définie de la manière suivante : I = A.A* = 1 - e .a* * h z - e .a * hz +(a* hz).(a* * h* z ) (6) zz Les propriétés duales de la transformée de Fresnel correspondant aux équations suivantes : h* *h =h *h z z -z z (7) hz *h =h2 permettent alors d'obtenir l'équation de reconstruction (1) : ( j2z-z * - j2z-z * h_z 1-e 2 .a* * hz _ e 2 .a *i z n *h-z 2 -2 * 2 (8) = e .a * h - e .a* h * h -z z -z j2z-z - j2A-- e . 2 .a = e * h * h -e -z -z - ( j2A--2z 2 1- a - e 2 .a h_2z Les objets diffractants 38 présentent un diamètre de préférence inférieur à 20 lm. Le diamètre des objets diffractants 38 est, par exemple, compris entre 100 nm et 10 lm. Les bactéries présentent un diamètre de l'ordre de 1 lm et les cellules présentent un diamètre de l'ordre de 10 L'objet 38 comprend une première structure et une deuxième structure, non représentées. Lorsque l'objet 38 est une cellule, la première structure est un noyau et la deuxième structure est un cytoplasme. Le faisceau lumineux 41 est propre à éclairer directement l'échantillon 22, en l'absence d'une optique de grossissement disposée entre la source de lumière 26 et le support de réception 28.

La surface transparente 42 est, par exemple, fonctionnalisée pour permettre une meilleure adhérence des objets diffractants 38 à la surface 42. Par fonctionnalisation de la surface transparente 42, on entend une préparation de la surface 42 afin de permettre cette meilleure adhérence des objets diffractants 38 à la surface 42. Des protéines de fibronectine sont, par exemple, déposées sur la surface 42 après un nettoyage préalable de la surface 42 au plasma, puis avec de la soude. En variante, d'autres techniques connues de fonctionnalisation sont appliquées, telles que l'utilisation d'antigène-anticorps, l'utilisation d'ADN. La surface transparente 42 est, par exemple, en forme d'une lame transparente, présentant une épaisseur sensiblement égale à 170 lm selon la direction verticale Z.

La figure 2 représente une image 100 de figures de diffraction correspondant aux objets diffractants 38, acquise par un premier système d'imagerie de l'état de la technique dont la source de lumière est une diode électroluminescente, et la figure 3 est un agrandissement de la zone encadrée III de la figure 2. L'image acquise 100 présente quelques artefacts 102, visibles sur la figure 3.

La diode électroluminescente du premier système d'imagerie de l'état de la technique présente une longueur d'onde sensiblement égale à 670nm. La figure 4 représente une image 110 de figures de diffraction correspondant aux objets diffractants 38, acquise par un deuxième système d'imagerie de l'état de la technique dont la source de lumière est un laser, et la figure 5 est un agrandissement de la zone encadrée V de la figure 4. L'image acquise 110 montre un nombre important d'artefacts 112, visibles sur la figure 5. En effet, le laser est une source spatialement et temporellement cohérente qui est particulièrement sensible aux petits objets, ce qui engendre un nombre important d'artefacts de mesure 112. La diode laser du deuxième système d'imagerie de l'état de la technique est identique à celle de la source de lumière 24 du système d'imagerie 20 selon l'invention, et présente également une longueur d'onde égale à 670nm. La figure 6 représente une image 120 de figures de diffraction correspondant aux objets diffractants 38, acquise par le photodétecteur matriciel 26 du système d'imagerie 20 selon l'invention, et la figure 7 est un agrandissement de la zone encadrée VII de la figure 6. L'image 120 présente peu d'artefacts de mesure 122 de par la présence du matériau d'adaptation d'indice 29 disposé entre le support de réception 28 et le photodétecteur matriciel 26. Dans l'exemple de réalisation des figures 6 et 7, ainsi que des figures 12 et 13 décrites par la suite, le premier indice de réfraction In 1 est égal à 1,51. La deuxième distance D2 est sensiblement égale à 300pm. La comparaison des figures 2 et 6 montre qu'avec le système d'imagerie 20 selon l'invention, les anneaux de diffraction acquis sont plus nombreux et plus prononcés que le premier système d'imagerie de l'état de la technique, tout en ayant très peu d'artefacts de mesure 122.

Le système d'imagerie 20 selon l'invention permet d'acquérir une image des figures de diffraction avec un nombre d'artefacts de mesure 122 légèrement inférieur par rapport au premier système d'imagerie de l'état de la technique où la source de lumière est une diode électroluminescente, et nettement inférieur par rapport au deuxième système d'imagerie de l'état de la technique où la source de lumière est un laser. Autrement dit, pour une même source de lumière, la présence du matériau d'adaptation d'indice 29 permet de réduire de manière significative le nombre d'artefacts de mesure. Par ailleurs, le système d'imagerie 20 selon l'invention permet de disposer la diode laser 24 à une faible distance du support de réception 28, alors qu'avec le premier système d'imagerie de l'état de la technique, la diode électroluminescente est nécessairement disposée à une distance plus importante du support de réception, afin de garantir une cohérence suffisante de la lumière pour former l'image de diffraction sur le capteur, le ratio entre la distance source de lumière - support de réception et le rayon de la surface émettrice diode électroluminescente devant être nettement supérieur à 10. La figure 8 représente une image 200 de l'échantillon 22 obtenue par reconstruction à l'aide du premier système d'imagerie de l'état de la technique, et la figure 9 est un agrandissement de la zone encadrée IX de la figure 8. La figure 9 illustre la présence de deux artefacts de mesure 202 dans l'image 200 de l'échantillon reconstruit. La figure 10 représente une image 210 de l'échantillon 22 obtenue par reconstruction à l'aide du deuxième système d'imagerie de l'état de la technique, et la figure 11 est un agrandissement de la zone encadrée XI de la figure 10. La figure 11 montre une multitude d'artefacts de mesure 212. La figure 12 représente une image 220 de l'échantillon 22 obtenue par reconstruction à l'aide du système d'imagerie 20 selon l'invention, et la figure 13 est un agrandissement de la zone encadrée XIII de la figure 12. La figure 13 montre un seul artefact de mesure 222.

Enfin, la figure 14 représente une image de référence 230 de l'échantillon 22 obtenue à l'aide d'un système d'imagerie par fluorescence, et la figure 15 est un agrandissement de la zone encadrée XV de la figure 14. L'image de référence 230 ne comporte pas d'artefact de mesure. Le système d'imagerie 20 selon l'invention permet de reconstruire une image 220 avec un nombre d'artefacts de mesure 222 légèrement inférieur par rapport au premier système d'imagerie de l'état de la technique où la source de lumière est une diode électroluminescente, et nettement inférieur par rapport au deuxième système d'imagerie de l'état de la technique où la source de lumière est un laser. Autrement dit, pour une même source de lumière, la présence du matériau d'adaptation d'indice 29 permet de réduire de manière significative le nombre d'artefacts de mesure 222.

Ainsi, en comparaison avec le premier système d'imagerie de l'état de la technique, le système d'imagerie 20 selon l'invention offre une compacité bien meilleure, et en comparaison avec le deuxième système d'imagerie de l'état de la technique, le système d'imagerie 20 selon l'invention présente une qualité bien meilleure de l'image acquise des figures de diffraction, le nombre d'artefacts de mesure étant bien plus faible avec le système d'imagerie 20 selon l'invention qu'avec le deuxième système d'imagerie de l'état de la technique. Le système d'imagerie 20 selon l'invention présente encore de nombreux avantages. Il permet notamment d'observer un grand nombre d'objets diffractants 38 à la fois, le nombre de cellules 38 observé étant par exemple de l'ordre de 10000 avec un capteur matriciel 26 présentant une surface de quelques millimètres carrés. Le système d'imagerie 20 présente en outre un encombrement réduit, le boîtier de protection présentant notamment un diamètre de l'ordre de 10 cm perpendiculairement à la direction verticale Z et une hauteur de l'ordre de 2 cm selon la direction verticale Z.

Le système d'imagerie 20 est alors directement insérable dans un incubateur. Ceci évite d'avoir à retirer les cellules 38 de l'incubateur lorsqu'on souhaite les observer, et la croissance des cellules 38 n'est en outre pas stoppée lors de leur observation. De plus, le fait d'observer un grand nombre d'objets 38 à la fois permet d'effectuer une analyse statistique de paramètres des structures reconstruites.

On conçoit ainsi que le système d'imagerie 20 selon l'invention permet de réduire le nombre d'artefact de mesure dans les images de diffraction acquises par le photodétecteur matriciel 26, ce qui permet d'améliorer l'image obtenue, et le cas échéant la reconstruction des propriétés optiques. Selon un aspect complémentaire de l'invention, et à la différence de l'état de la technique, la hauteur de reconstruction Zr présente une valeur strictement inférieure à celle de la deuxième distance D2 entre la surface transparente 42 et le photodétecteur matriciel 26 selon la direction verticale Z. La hauteur de reconstruction Zr est de préférence inférieure à 0,9 fois la deuxième distance D2, de préférence encore inférieure à 0,8 fois la deuxième distance D2.

Dans l'état de la technique, la hauteur de reconstruction Zr est habituellement égale à la distance entre l'objet à observer et le capteur matriciel, voire supérieure à cette distance entre l'objet et le capteur matriciel. Il a été constaté avec surprise que lorsque la hauteur de reconstruction Zr est, selon cet aspect complémentaire de l'invention, strictement inférieure à la deuxième distance D2, c'est-à-dire à la distance entre l'objet 22 et le capteur matriciel 26, de préférence inférieure à 0,9 fois la deuxième distance D2, cela permet de reconstruire les propriétés optiques de structures composants les objets diffractants 38, et notamment de reconstruire les propriétés optiques de la première structure et/ou de la deuxième structure desdits objets 38. Le logiciel de reconstruction 36 fait, par exemple, varier la valeur de la hauteur de reconstruction Zr entre la valeur nulle et une valeur prédéterminée strictement inférieure à la deuxième distance D2. Ladite valeur prédéterminée de la hauteur de reconstruction Zr est, par exemple, égale à 0,9 fois la deuxième distance D2. En complément de cet aspect complémentaire, les propriétés optiques de la première structure sont reconstruites pour une première valeur Zr1 de la hauteur de la reconstruction, et les propriétés optiques de la deuxième structure sont reconstruites pour une deuxième valeur Zr2 de la hauteur de reconstruction, la deuxième valeur Zr2 étant distincte de la première valeur Zr1. La propriété optique reconstruite est, par exemple, l'absorption de la particule, autrement dit le module de la fonction d'opacité complexe a définie ci après. Chaque image reconstruite représente alors la distribution spatiale de l'absorption dans le plan de reconstruction. Plus le niveau de gris est élevé, plus l'absorption est élevée. Lorsque les objets diffractants 38 sont des cellules, une image représentative du noyau est reconstruite pour un premier intervalle de valeurs comprises entre une première valeur minimale Zr1min et une première valeur maximale Zr1max. Une image représentative du cytoplasme est reconstruite pour un deuxième intervalle de valeurs comprises entre une deuxième valeur minimale Zr2min et une deuxième valeur maximale Zr2max. Le deuxième intervalle [Zr2min ; Zr2max] est distinct du premier intervalle [Zr1min ; Zr1max], le deuxième intervalle [Zr2min ; Zr2max] étant de préférence disjoint du premier intervalle [Zr1min ; Zr1max]. Les valeurs du premier intervalle [Zr1min ; Zr1max] sont de préférence encore inférieures à celles du deuxième intervalle [Zr2min ; Zr2max]. Autrement dit, la première valeur maximale Zr1max est inférieure à la deuxième valeur minimale Zr2min. Lorsque la deuxième distance D2 entre le milieu 24 et le photodétecteur matriciel 28 selon la direction verticale Z est sensiblement égale à 700 11m, le premier intervalle [Zr1min ; Zr1max] est l'intervalle de valeurs compris entre 280 pm et 350 pm, et le deuxième intervalle [Zr2min ; Zr2max] est l'intervalle de valeurs compris entre 410 pm et 450 En variante, lorsque la deuxième distance D2 est sensiblement égale à 500 pm, le premier intervalle [Zr1min ; Zr1max] est l'intervalle de valeurs compris entre 240 pm et 280 pm, et le deuxième intervalle [Zr2min ; Zr2max] est l'intervalle de valeurs compris entre 380 pm et 420 pm. En variante, lorsque la deuxième distance D2 est sensiblement égale à 2000 pm, le premier intervalle [Zr1min ; Zr1max] est l'intervalle de valeurs compris entre 1200 pm et 1300 pm, et le deuxième intervalle [Zr2min ; Zr2max] est l'intervalle de valeurs compris entre 1400 pm et 1500 pm. Les plages de valeurs précédentes sont déterminées expérimentalement, en fonction de la qualité des reconstructions obtenues. Le système d'imagerie 20 selon cet aspect complémentaire de l'invention est particulièrement efficace puisque les noyaux et les cytoplasmes présentent sensiblement la même forme et les mêmes dimensions dans le cas où leurs propriétés optiques sont reconstruites à l'aide du procédé de reconstruction et dans le cas où ils sont observés à l'aide d'un microscope, et ce même pour des objets présentant un diamètre inférieur à environ 20 pm, comme cela est décrit plus en détail dans la demande FR 12 56816 déposée le 13 juillet 2012 par la demanderesse. On conçoit ainsi que le système d'imagerie 20 selon cet aspect complémentaire de l'invention permet de reconstruire les propriétés optiques de particules 38 dont la taille est inférieure à environ 20 pm, telles que des cellules avec un diamètre de l'ordre de 10 pm, des bactéries avec un diamètre de l'ordre de 1 pm, ou encore des virus.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un système d'imagerie comprenant : - la source de lumière 24 spatialement cohérente, propre à éclairer l'échantillon 22, - le photodétecteur matriciel 26, propre à établir une figure de diffraction transmise par l'échantillon 22 éclairé selon la direction verticale Z, la figure de diffraction correspondant à une image des ondes diffractées par l'échantillon 22 lorsqu'il est éclairé, - le support 28 de réception de l'échantillon 22, le support 28 étant disposé entre la source de lumière 24 et le photodétecteur matriciel 26 selon la direction verticale Z, et comportant la surface transparente 42 contre laquelle l'échantillon 22 est destiné à être agencé, le système d'imagerie comprenant en outre le matériau d'adaptation d'indice 29 disposé entre le support 28 et le photodétecteur matriciel 26 selon la direction verticale Z, le matériau d'adaptation d'indice 29 étant transparent à la longueur d'onde de l'illumination, le matériau d'adaptation d'indice 29 présentant le premier indice de réfraction In, la surface transparente 42 présentant le deuxième indice de réfraction Ir2, et le premier indice de réfraction In 1 étant égal au deuxième indice de réfraction Ir2 à plus ou moins 20%, de préférence à plus ou moins 10%, de préférence encore à plus ou moins 5 `Vo. En complément et de manière facultative, le premier indice de réfraction In 1 est compris entre 1,2 et 1,7, de préférence compris entre 1,3 et 1,6, de préférence encore compris entre 1,4 et 1,5, de préférence encore égal à 1,45. En complément et de manière facultative, le matériau d'adaptation d'indice 29 s'étend du support jusqu'au photodétecteur matriciel 26 selon la direction verticale Z. Le matériau d'adaptation d'indice 29 occupe, par exemple, sensiblement tout le volume compris entre le support 28 et le photodétecteur matriciel 26 à l'intérieur du cylindre 44 défini par une génératrice parallèle à la direction verticale Z, la génératrice décrivant un contour transversal du photodétecteur matriciel 26, le contour transversal délimitant le photodétecteur matriciel 26 suivant un plan transversal perpendiculaire à la direction verticale Z. La distance D2 entre le support 28 et le photodétecteur matriciel 26 selon la direction verticale Z est de préférence inférieure à 1 cm. Le matériau d'adaptation d'indice 29 est, par exemple, un liquide, tel que de l'huile, tel que de l'eau ou encore tel qu'un mélange d'eau et de diméthyle suif oxyde, également appelé DMSO (de l'anglais dimethyl sulfoxide). Le matériau d'adaptation d'indice 29 est particulièrement adapté lorsqu'il est liquide, le liquide venant remplir les éventuels défauts de la surface transparente 42. En variante, le matériau d'adaptation d'indice 29 comporte un polymère. Le polymère présente, de préférence, une viscosité apte à le rendre deformable, afin de s'adapter de manière analogue aux éventuelles aspérités de la surface transparente 42 et d'éviter des sauts d'indice de réfraction entre l'échantillon 22 et le photodétecteur matriciel 26. Le polymère est, par exemple, l'éthylène glycol, ou encore un polyéthylène glycol défini par la formule H(-0CH2 CH2-),OH où n représente le nombre de motif(s) d'oxyéthylène du polymère. Le nombre n de motifs d'oxyéthylène est, par exemple, égal à 4, et le polymère est appelé polyéthylène glycol 200, également noté PEG 200, le PEG 200 présentant un poids moléculaire de l'ordre de 200 g/mol.

En variante, le matériau d'adaptation d'indice 29 est un matériau solide. Il s'agit, par exemple, d'un polymère solide, d'un plastique, d'un verre ou encore d'un matériau de type sol-gel. De manière générale, le matériau d'adaptation d'indice 29 permet d'adapter l'indice optique de l'espace situé entre l'échantillon 22 et le photodétecteur matriciel 26 afin d'éviter les sauts d'indice. Lorsque le matériau d'adaptation d'indice 29 est un liquide, il comble les éventuels défauts de la surface transparente 42 et les rend alors optiquement invisibles, car ils ne peuvent plus dévier la lumière. En complément et de manière facultative, l'échantillon 22 comporte des objets diffractants 38 baignant dans le milieu liquide 40 contenu dans le support 28, le support 28 comportant la surface transparente 42 et les objets diffractants 38 étant au contact de la surface transparente 42 du support. Le système comprend alors, par exemple, les moyens 36 de reconstruction des propriétés optiques suivant un algorithme de reconstruction à partir de l'intensité mesurée, l'algorithme de reconstruction étant fonction de la hauteur de reconstruction Zr, la hauteur de reconstruction Zr présentant une valeur strictement inférieure à celle de la distance D2 entre le support 28 et le photodétecteur matriciel 26 selon la direction verticale Z, de préférence inférieure à 0,9 fois ladite distance D2, de préférence encore inférieure à 0,8 fois ladite distance D2. On conçoit ainsi que le système d'imagerie selon cet autre aspect de l'invention permet de réduire le nombre d'artefact de mesure dans les images de diffraction acquises par le photodétecteur matriciel 26, ce qui permet d'améliorer l'image obtenue, et le cas échéant la reconstruction des propriétés optiques.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1.- Système d'imagerie (20) comprenant : - une source de lumière (24) spatialement cohérente, propre à éclairer un échantillon (22), - un photodétecteur matriciel (26), propre à établir une figure de diffraction transmise par l'échantillon (22) éclairé selon une direction verticale (Z), la figure de diffraction correspondant à une image des ondes diffractées par l'échantillon (22) lorsqu'il est éclairé, - un support (28) de réception de l'échantillon (22), le support (28) étant disposé entre la source de lumière (24) et le photodétecteur matriciel (26) selon la direction verticale (Z), caractérisé en ce que le système (20) comprend en outre un matériau d'adaptation d'indice (29) disposé entre le support (28) et le photodétecteur matriciel (26) selon la direction verticale (Z), le matériau d'adaptation d'indice (29) étant transparent à la longueur d'onde de l'illumination et présentant un premier indice de réfraction (In), le premier indice de réfraction (In) étant compris entre 1,2 et 1,7, de préférence compris entre 1,3 et 1,6, de préférence encore compris entre 1,4 et 1,5, de préférence encore égal à 1,45.
2. 2.- Système (20) selon la revendication 1, dans lequel le support (28) comporte une surface transparente (42) contre laquelle l'échantillon (22) est destiné à être agencé, la surface transparente (42) présentant un deuxième indice de réfraction (Ir2), et le premier indice de réfraction (In) est égal au deuxième indice de réfraction (Ir2) à plus ou moins 20%, de préférence à plus ou moins 10%, de préférence encore à plus ou moins 5 0/0.
3. 3.- Système (20) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la source de lumière (24) est un laser.
4. 4.- Système (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau d'adaptation d'indice (29) s'étend du support jusqu'au photodétecteur matriciel (26) selon la direction verticale (Z).
5. 5.- Système (20) selon la revendication 4, dans lequel le matériau d'adaptation d'indice (29) occupe sensiblement tout le volume compris entre le support (28) et lephotodétecteur matriciel (26) à l'intérieur d'un cylindre (44) défini par une génératrice parallèle à la direction verticale (Z), la génératrice décrivant un contour transversal du photodétecteur matriciel (26), le contour transversal délimitant le photodétecteur matriciel (26) suivant un plan transversal perpendiculaire à la direction verticale (Z).
6. 6.- Système (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la distance (D2) entre le support (28) et le photodétecteur matriciel (26) selon la direction verticale (Z) est inférieure à 1 cm.
7. 7.- Système (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau d'adaptation d'indice (29) est un liquide, le liquide comportant de préférence une huile.
8. 8.- Système (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le matériau d'adaptation d'indice (29) comporte un polymère.
9. 9.- Système (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'échantillon (22) comporte des objets diffractants (38) baignant dans un milieu liquide (40) contenu dans le support (28), le support (28) comportant une surface transparente (42) et les objets diffractants (38) étant au contact de la surface transparente (42) du support.
10. 10.- Système (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système comprend des moyens (36) de reconstruction des propriétés optiques suivant un algorithme de reconstruction à partir de l'intensité mesurée (I), l'algorithme de reconstruction étant fonction d'une hauteur de reconstruction (Zr), la hauteur de reconstruction (Zr) présentant une valeur strictement inférieure à celle de la distance (D2) entre le support (28) et le photodétecteur matriciel (26) selon la direction verticale (Z), de préférence inférieure à 0,9 fois ladite distance (D2), de préférence encore inférieure à 0,8 fois ladite distance (D2).