WO2007147959A1 - Procede de caracterisation de l'anisotropie d'un milieu diffusant et dispositif pour la mise en œuvre d'un tel procede - Google Patents

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WO2007147959A1
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radiation
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diffusion
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Christophe Baravian
François CATON
Jérôme DILLET
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Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties

Definitions

  • the present invention belongs to the field of characterization of diffusing media.
  • An important property of diffusing media is their anisotropy. Indeed, when particles are deformable and / or anisotropic, two cases may occur. In the first case, the particles are oriented and randomly distributed, and the medium comprising these particles remains isotropic on a scale larger than the particle size. In this case, the propagation of light through the medium will be substantially identical in nature to that of isotropic particles randomly distributed. In the second case, the particles are oriented in a privileged direction of space. The oriented particles disadvantage the propagation of light in the direction of their orientation and favor it in all other directions. Thus, anisotropy of the propagation of light is observable on a large scale, for example when the diffusing medium is subjected to a shear or elongational flow.
  • a characterization of an isotropic scattering medium is provided by analyzing an image representative of a radiation diffused by the scattering medium for several polarization states of a radiation incident on the scattering medium to be analyzed.
  • the device and method of this document have the disadvantage of not allowing rapid access to the incoherent anisotropic transport induced by the scattering medium, and therefore only applies to static or slowly changing media.
  • the polarization effect of the incident radiation is combined with the anisotropic transport effect of the radiation induced by the anisotropies of the scattering medium and prevents access to transport. anisotropic radiation induced by the anisotropy of the medium.
  • the device of the aforementioned document involves calculations on all the coefficients of a Mueller matrix, as illustrated for example in Figure 15 of the aforementioned document.
  • the device of this document does not in any way to access the anisotropic transport of radiation induced by the anisotropy of a scattering medium.
  • the present invention aims to overcome these disadvantages of the prior art.
  • An object of the present invention is therefore to objectively measure the anisotropic transport of radiation associated with anisotropy of a scattering medium.
  • Another object of the present invention is to quantitatively measure the anisotropic transport of radiation associated with anisotropy of a scattering medium.
  • Another object of the present invention is to provide a quantification of the degree of anisotropy of a scattering medium.
  • Another object of the present invention is to perform measurements of the anisotropic transport effect of radiation associated with anisotropy of a non-intrusive and in situ diffusing medium.
  • Another object of the invention is to perform anisotropic transport measurements associated with anisotropy of a scattering medium without requiring the use of a polarization analyzer.
  • Another object of the invention is to determine the axes of anisotropy of anisotropic scattering medium.
  • the present invention which relates to a method for characterizing a diffusing medium comprising steps of: - generation of at least one incident electromagnetic radiation
  • said first image is representative of a non-polarized signal associated with said at least one electromagnetic diffusion radiation
  • processing step comprises substeps consisting of:
  • o determining a data representative of an angular variation of said first image; o generating a second image representative of a non-isotropic portion of said first image, said second image being calculated from said first image and said data representative of said angular variation; and in that - said characterizing step comprises sub-steps consisting of: o characterizing anisotropy of said scattering medium with the aid of said second image.
  • the treatments on the electromagnetic radiation diffused by the scattering medium are made for a non-polarized signal.
  • the data representative of the angular variation of the first image representing the non-polarized scattered radiation is representative of the purely isotropic part of the diffusion. This angular variation is particularly dependent on the nature of the medium and its concentration but not on its anisotropy. Having obtained this purely isotropic part, it is then possible, according to the invention, to calculate a second representative image of the non-isotropic part of the diffusion. This nonisotropic part represents the anisotropic transport of radiation induced by the medium at the time of diffusion.
  • the data representative of the angular variation of the first image is, for example, an angular average of the first image, or an angular standard deviation.
  • said second image is calculated by the difference between said first image and said data.
  • said processing step comprises steps of:
  • said step of generating at least one electromagnetic radiation comprises the steps of: generating a first incident electromagnetic radiation having a first polarization; generating a second incident electromagnetic radiation having a second polarization, said second polarization being antagonistic to said first polarization;
  • said step of collecting at least one diffusion electromagnetic radiation diffused by said diffusing medium comprises the steps of: collecting a first diffusion electromagnetic radiation corresponding to said first incident radiation diffused by said diffusing medium; o collecting a second diffusion electromagnetic radiation corresponding to said second incident radiation diffused by said scattering medium; and wherein said first image is representative of a non-polarized signal corresponding to said first diffusion electromagnetic radiation and said second diffusion electromagnetic radiation.
  • the aforementioned method comprises steps of:
  • said first image is equal to half the sum of said third image and said fourth image.
  • At least one source of electromagnetic radiation capable of generating at least one incident electromagnetic radiation
  • focusing means capable of transmitting said incident electromagnetic radiation onto a surface of said scattering medium; collection means capable of collecting at least one electromagnetic scattering radiation corresponding to said at least one electromagnetic radiation diffused by said diffusing medium;
  • generation means capable of generating a first representative image of said at least one electromagnetic scattering radiation; processing means able to process said first image;
  • characterization means able to characterize said diffusing medium
  • said first image is representative of a non-polarized signal associated with said at least one electromagnetic diffusion radiation
  • processing means comprise processing subunits able to: determine a datum representative of an angular variation of said first image; o generating a second image representative of a non-isotropic portion of said first image, said second image being calculated from said first image and said data; and and wherein
  • the characterization means comprise subunits able to: characterize an anisotropy of said scattering medium by means of said second image.
  • this device comprises
  • a radiation source capable of generating initial electromagnetic radiation
  • a first polarizer capable of polarizing said initial electromagnetic radiation so as to generate a first incident electromagnetic radiation having a first polarization
  • a second polarizer capable of biasing said initial electromagnetic radiation so as to generate a second incident electromagnetic radiation having a second polarization, said second polarization being antagonistic to said first polarization;
  • said collection means comprise a collection unit able to: collect a first diffusion electromagnetic radiation corresponding to said first incident radiation diffused by said diffusing medium; o collecting a second diffusion electromagnetic radiation corresponding to said second incident radiation diffused by said scattering medium; and wherein said first image is representative of a non-polarized signal corresponding to said first diffusion electromagnetic radiation and said second diffusion electromagnetic radiation.
  • the aforementioned device comprises a calculation unit able to:
  • FIG. 1 represents a device for characterizing the anisotropy of a diffusing medium according to FIG. invention
  • FIG. 2 represents an output field calculation as a function of an input field in a scattering medium using Mueller matrices
  • FIG. 3 represents a calculation of the output field following the passage through a scattering medium for an input field having a first polarization and a second antagonistic polarization
  • FIG. 4 is an exemplary image obtained at the level of a CCD camera according to the invention before processing
  • FIG. 5 is a representation of the characteristic elements of the image of FIG. 4;
  • FIG. 6 is a graph representing the angular average of the intensity of an image according to FIG. 4 as a function of the radius at the center of the image;
  • FIG. 7 is an exemplary characterization image of the anisotropy according to the invention after treatment
  • FIG. 8 is a representation of the characteristic elements of the image of FIG. 7;
  • FIG. 9 is a graph representing the intensity of the anisotropic image according to the invention as a function of the measurement angle, for a radius fixed at a diffusion distance;
  • FIG. 10 is a graph illustrating the evolution of the degree of polarization of a diffusing medium corresponding to a suspension of red blood cells as a function of the shear applied to the scattering medium of red blood cells.
  • a device 1 for characterizing the anisotropy of a scattering medium according to the invention comprises a laser diode 2 capable of emitting monochromatic electromagnetic radiation at 635 nm, and polarization means 3 comprising either a circular polarizer right 3A, a left circular polarizer 3B.
  • the device 1 also comprises a mirror 4, a beam splitter 5, capable of transmitting the electromagnetic radiation to an assembly comprising a scattering medium 8 to be characterized, positioned between a rheometer 9 and a glass plate 7.
  • the electromagnetic radiation is backscattered after its passage through the scattering medium 8 to the separator 5, which then transmits this backscattered beam to a CCD camera 6.
  • the CCD camera 6 is connected to calculation means 10, for example in the form of a calculator on which are loaded programs for analyzing the properties of the diffusing medium 8 via one or more analysis images generated by the CCD camera 6.
  • the rheometer 9 is able to apply a stress to the scattering medium 8. This constraint can be a tangential or radial constraint variable speed.
  • the rriij matrix is called the Mueller matrix.
  • This matrix is known per se in the theory of electromagnetic radiation.
  • the parallel and perpendicular component input field E s i and E s 2 respectively is given as a function of the parallel and perpendicular component input field respectively E 'i and E ! 2.
  • This also provides the intensity S s of the output field as a function of the intensity S 1 of the input field, as a function of the Mueller mij matrix.
  • a comprehensive description of this theory of electromagnetic interaction and an interpretation of the terms of the Mueller matrix can be found in publication CF Bohren and DR Huffman "Absorption and scattering of light by small particles", Wiley science (USA) ISBN 0-471-29340-7 (1983).
  • a first image h is acquired by means of the CCD camera 6 of the device 1 described in FIG. 1 when the polarization means are arranged so that the incident light radiation Ei on the medium 8 has a first parallel polarization, and a second image I 2 when the polarization means are arranged so that the incident light radiation E2 on the scattering medium 8 has a second perpendicular polarization.
  • the image I obtained using the calculation means 10 by the half-sum of the images I 1 and I 2 corresponds to a non-polarized incident light.
  • this unpolarized incident light is obtained using two beams of polarization.
  • the mn coefficient can also be obtained directly using a non-polarized incident light such as white light.
  • FIG. 4 is an image obtained on a real sample
  • FIG. 5 is a representation of the composition of the real image of FIG. 4.
  • the anisotropy is measured by difference between the image I corresponding to an oriented state, and an image of an isotropic or random reference state.
  • This reference state can be calculated by the angular average of the image I starting from the center of this image.
  • FIG. 6 illustrates the intensity of the image I 'corresponding to an angular average of the image I, as a function of the radius starting from the centroid of the image I.
  • the isotropic part of the diffusion does not depends only on the diffusion distance I *.
  • This diffusion distance I * is the characteristic distance between two diffusion events in a scattering medium.
  • FIGS. 7 and 8 illustrate the image I "obtained by subtracting the angular average I 'of the image I from the same image I.
  • FIG. 7 is an image obtained for a real sample
  • FIG. 8 is a representation schematic of the structure of the image of Figure 7.
  • the image I "of FIGS. 7 and 8 comprises two sets of positive and negative lobes defining preferred axes corresponding to the global orientation of the anisotropic particles of the scattering medium under the rheometer constraint.This orientation is defined by the corresponding Y axis. negative lobes.
  • FIG. 9 is a graph showing the intensity of the image I "as a function of the measurement angle, for a radius fixed at the diffusion distance I * . It is noted that the angular average of the intensity I" is null by definition.
  • the degree of polarization is then defined as the standard deviation of the intensity of the image I ", that is to say the standard deviation of the images of FIGS. 7 and 8.
  • This degree of anisotropy is a representative dimensional value of the anisotropic incoherent transport induced by the orientation under the effect of the rheometer. This parameter allows an objective and quantitative measurement of the degree of anisotropy of the medium broadcasting. It is noted that this degree of anisotropy is zero for an isotropic medium on average.
  • FIG. 10 is a graph illustrating the evolution of the degree of anisotropy of a diffusing medium corresponding to a suspension of red blood cells as a function of the shear applied to the medium by the rheometer 9.
  • This type of measurement therefore makes it possible to measure the deformability of red blood cells and thus to compare different types of blood with each other.
  • This measurement can notably be used in the detection of clinical or blood pathologies, since it has been demonstrated that a large number of these pathologies are related to the deformability of red blood cells, for example in the publication Langenfeld JE, Machiedo GW, Lyons M, Rush BF Jr, Dikdan G, Lysz TW. "Correlation between red blood cell deformability and changes in hemodynamic function", Surgery 1 16 (5): 859-67 (1994).
  • the method as just described thus makes it possible to characterize the anisotropy of an opaque system in visible light. It can be applied to any dispersion of anisotropic particles and / or deformable presenting collective orientations at the microscopic scale.
  • the anisotropic transport can be determined by the angular standard deviation calculated at the diffusion distance of the center of gravity.
  • the diffusion distance I * can be obtained from the image I as described above with reference to Figure 6.
  • any analysis of the angular anisotropy of the scattering of radiation diffused by the medium obtained by an analysis of the angular variation in the image I can be used in the context of the present invention.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de caractérisation d'un milieu diffusant. Selon l'invention, les traitements sur le rayonnement électromagnétique diffusé par le milieu diffusant sont réalisés pour un signal non polarisé. De la sorte, seul le transport incohérent anisotrope de rayonnement induit par le milieu diffusant est obtenue dans la caractérisation selon l'invention. Selon l'invention, la donnée représentative de la variation angulaire de la première image représentant le rayonnement diffusé non polarisé, est représentative de la partie purement isotrope de la diffusion. Ayant obtenu cette partie purement isotrope, il est alors possible, selon l'invention, de calculer une deuxième image représentative de la partie non isotrope de la diffusion. Cette partie non isotrope représente le transport anisotrope de rayonnement induit par le milieu au moment de la diffusion.

Description

PROCÉDÉ DE CARACTÉRISATION DE L'ANISOTROPIE D'UN MILIEU DIFFUSANT ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN ŒUVRE
D'UN TEL PROCÉDÉ
La présente invention appartient au domaine de la caractérisation des milieux diffusants.
Une propriété importante des milieux diffusants est leur anisotropie. En effet, lorsque des particules sont déformables et/ou anisotropes, deux cas peuvent se présenter. Dans le premier cas, les particules sont orientées et réparties aléatoirement, et le milieu comprenant ces particules reste isotrope à une échelle supérieure aux dimensions des particules. Dans ce cas, la propagation de la lumière à travers le milieu sera de nature sensiblement identique à celle de particules isotropes réparties aléatoirement. Dans le second cas, les particules s'orientent dans une direction privilégiée de l'espace. Les particules orientées défavorisent la propagation de la lumière dans la direction de leur orientation et la favorisent dans toutes les autres directions. Ainsi, une anisotropie de la propagation de la lumière est observable à grande échelle, par exemple lorsque le milieu diffusant est soumis à un écoulement cisaillé ou élongationnel.
On connaît dans l'art antérieur des procédés de caractérisation d'un milieu diffusant comprenant des étapes de :
- génération d'au moins un rayonnement électromagnétique incident
- focalisation dudit un rayonnement électromagnétique incident sur une surface dudit milieu diffusant ; - collecte d'au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit au moins un rayonnement électromagnétique diffusé par ledit milieu diffusant ; - génération d'une première image représentative dudit au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion ;
- traitement de ladite image ;
- caractérisation dudit milieu diffusant à partir dudit traitement.
Un tel procédé et un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé sont par exemple connus du brevet américain US 6,01 1 ,626.
Dans ce document, une caractérisation d'un milieu diffusant isotrope est fournie en analysant une image représentative d'un rayonnement diffusé par le milieu diffusant pour plusieurs états de polarisation d'un rayonnement incident sur le milieu diffusant à analyser.
Le dispositif et le procédé de ce document possèdent toutefois l'inconvénient de ne pas permettre un accès rapide au transport anisotrope incohérent induit par le milieu diffusant, et ne s'applique donc qu'aux milieux statiques ou en évolution lente.
En effet, puisque le rayonnement incident émis sur le milieu diffusant est lui-même polarisé, l'effet de polarisation du rayonnement incident se combine à l'effet de transport anisotrope du rayonnement induit par les anisotropies du milieu diffusant et empêche un accès au transport anisotrope de rayonnement induit par l'anisotropie du milieu.
En particulier, le dispositif du document précité implique des calculs sur l'ensemble des coefficients d'une matrice de Mueller, telle qu'illustrée par exemple figure 15 du document précité. Ainsi, le dispositif de ce document ne permet en aucun cas d'avoir accès au transport anisotrope de rayonnement induit par l'anisotropie d'un milieu diffusant.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Un but de la présente invention est donc de mesurer de façon objective le transport anisotrope de rayonnement associé à une anisotropie d'un milieu diffusant.
Un autre but de la présente invention est de mesurer de façon quantitative le transport anisotrope de rayonnement associé à une anisotropie d'un milieu diffusant.
Un autre but de la présente invention est de fournir une quantification du degré d'anisotropie d'un milieu diffusant.
Un autre but de la présente invention est de réaliser des mesures de l'effet de transport anisotrope de rayonnement associé à une anisotropie d'un milieu diffusant de façon non intrusive et in situ.
Un autre but de l'invention est de réaliser des mesures du transport anisotrope associé à une anisotropie d'un milieu diffusant sans nécessiter l'utilisation d'un analyseur de polarisation.
Un autre but de l'invention est de déterminer les axes d'anisotropie d'un milieu diffusant anisotrope.
Au moins un de ces buts est atteint par la présente invention qui a pour objet un procédé de caractérisation d'un milieu diffusant comprenant des étapes de : - génération d'au moins un rayonnement électromagnétique incident
- focalisation d'au moins un rayonnement électromagnétique incident sur une surface dudit milieu diffusant ; - collecte d'au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit au moins un rayonnement électromagnétique diffusé par ledit milieu diffusant ;
- génération d'une première image représentative dudit au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion ; - traitement de ladite image ;
- caractérisation dudit milieu diffusant à partir dudit traitement,
caractérisé en ce que
- ladite première image est représentative d'un signal non polarisé associé audit au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion ;
- ladite étape de traitement comprend des sous-étapes consistant à :
o déterminer une donnée représentative d'une variation angulaire de ladite première image ; o générer une deuxième image représentative d'une partie non isotrope de ladite première image, ladite deuxième image étant calculée à partir de ladite première image et de ladite donnée représentative de ladite variation angulaire; et en ce que - ladite étape de caractérisation comprend des sous-étapes consistant à : o caractériser une anisotropie dudit milieu diffusant à l'aide de ladite seconde image.
Ainsi, selon l'invention, les traitements sur le rayonnement électromagnétique diffusé par le milieu diffusant sont réalisés pour un signal non polarisé. De la sorte, seul le transport anisotrope de rayonnement induit par le milieu diffusant est obtenu dans la caractérisation selon l'invention. Selon l'invention, la donnée représentative de la variation angulaire de la première image représentant le rayonnement diffusé non polarisé, est représentative de la partie purement isotrope de la diffusion. Cette variation angulaire est notamment dépendante de la nature du milieu et de sa concentration mais non de son anisotropie. Ayant obtenu cette partie purement isotrope, il est alors possible, selon l'invention, de calculer une deuxième image représentative de la partie non isotrope de la diffusion. Cette partie non isotrope représente le transport anisotrope de rayonnement induit par le milieu au moment de la diffusion.
La donnée représentative de la variation angulaire de la première image est par exemple un moyenne angulaire de la première image, ou un écart-type angulaire.
On note que de la sorte, contrairement au procédé décrit dans le brevet US 6,01 1 ,626, il n'est pas nécessaire d'utiliser un analyseur de polarisation en sortie du milieu diffusant, puisque les traitements selon l'invention sont réalisés directement sur une image représentative du rayonnement diffusé. Dans un mode de réalisation permettant de calculer la partie non isotrope de la diffusion, ladite deuxième image est calculée par la différence entre ladite première image et ladite donnée.
Dans un mode de réalisation permettant de calculer la partie isotrope de la diffusion, ladite étape de traitement comprend des étapes consistant à :
- déterminer le barycentre de ladite première image ;
- déterminer ladite donnée représentative d'une variation angulaire de ladite première image à partir dudit barycentre.
Afin d'obtenir une première image qui soit représentative d'un signal non polarisé correspondant audit au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion, dans le procédé susmentionné,
- ladite étape de génération d'au moins un rayonnement électromagnétique comprend des étapes consistant à : o générer un premier rayonnement électromagnétique incident ayant une première polarisation ; o générer un deuxième rayonnement électromagnétique incident ayant une deuxième polarisation, ladite deuxième polarisation étant antagoniste à ladite première polarisation ;
- ladite étape de collecte d'au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion diffusé par ledit milieu diffusant comprend des étapes consistant à : o collecter un premier rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit premier rayonnement incident diffusé par ledit milieu diffusant; o collecter un deuxième rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit deuxième rayonnement incident diffusé par ledit milieu diffusant ; et dans lequel ladite première image est représentative d'un signal non polarisé correspondant audit premier rayonnement électromagnétique de diffusion et audit deuxième rayonnement électromagnétique de diffusion.
Afin de simuler un rayonnement de diffusion non polarisé à partir de rayonnements incidents polarisé, le procédé susmentionné comprend des étapes consistant à :
- générer une troisième image représentative dudit premier rayonnement électromagnétique de diffusion ;
- générer une quatrième image représentative dudit deuxième rayonnement électromagnétique de diffusion
dans lequel ladite première image est égale à la demi-somme de ladite troisième image et de ladite quatrième image.
L'invention concerne également un dispositif pour la caractérisation de l'anisotropie d'un milieu diffusant comprenant
- au moins une source de rayonnement électromagnétique apte à générer au moins un rayonnement électromagnétique incident;
- des moyens de focalisation aptes à transmettre ledit rayonnement électromagnétique incident sur une surface dudit milieu diffusant ; - des moyens de collecte aptes à collecter au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit au moins un rayonnement électromagnétique diffusé par ledit milieu diffusant ;
- des moyens de génération aptes à générer une première image représentative dudit au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion ; - des moyens de traitement aptes à traiter ladite première image ;
- des moyens de caractérisation aptes à caractériser ledit milieu diffusant,
dans lequel
- ladite première image est représentative d'un signal non polarisé associé audit au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion ;
- lesdits moyens de traitement comprennent des sous-unités de traitement aptes à: o déterminer une donnée représentative d'une variation angulaire de ladite première image ; o générer une deuxième image représentative d'une partie non isotrope de ladite première image, ladite deuxième image étant calculée à partir de ladite première image et de ladite donnée; et et dans lequel
- les moyens de caractérisation comprennent des sous-unités aptes à: o caractériser une anisotropie dudit milieu diffusant à l'aide de ladite seconde image.
Selon un mode de réalisation du dispositif susmentionné, celui-ci comprend
- une source de rayonnement apte à générer un rayonnement électromagnétique initial; - un premier polariseur apte à polariser ledit rayonnement électromagnétique initial de sorte à générer un premier rayonnement électromagnétique incident ayant une première polarisation ;
- un deuxième polariseur apte à polariser ledit rayonnement électromagnétique initial de sorte à générer un deuxième rayonnement électromagnétique incident ayant une deuxième polarisation, ladite deuxième polarisation étant antagoniste à ladite première polarisation ;
dans lequel,
- lesdits moyens de collecte comprennent une unité de collecte apte à: o collecter un premier rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit premier rayonnement incident diffusé par ledit milieu diffusant; o collecter un deuxième rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit deuxième rayonnement incident diffusé par ledit milieu diffusant ; et dans lequel ladite première image est représentative d'un signal non polarisé correspondant audit premier rayonnement électromagnétique de diffusion et audit deuxième rayonnement électromagnétique de diffusion.
Enfin, afin de simuler un rayonnement de diffusion non polarisé, le dispositif susmentionné comprend une unité de calcul apte à :
- générer une troisième image représentative dudit premier rayonnement électromagnétique de diffusion ;
- générer une quatrième image représentative dudit deuxième rayonnement électromagnétique de diffusion
et ladite première image est égale à la demi-somme de ladite troisième image et de ladite quatrième image. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ci-dessous en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente un dispositif pour la caractérisation de l'anisotropie d'un milieu diffusant selon l'invention ;
- la figure 2 représente un calcul de champ de sortie en fonction d'un champ d'entrée dans un milieu diffusant en utilisant des matrices de Mueller ; - la figure 3 représente un calcul du champ de sortie suite au passage par un milieu diffusant pour un champ d'entrée ayant une première polarisation et une deuxième polarisation antagoniste ;
- la figure 4 est un exemple d'image obtenue au niveau d'une caméra CCD selon l'invention avant traitement ;
- la figure 5 est une représentation des éléments caractéristiques de l'image de la figure 4 ;
- la figure 6 est un graphique représentant la moyenne angulaire de l'intensité d'une image selon la figure 4 en fonction du rayon au barycentre de l'image ;
- la figure 7 est un exemple d'image de caractérisation de l'anisotropie selon l'invention après traitement ;
- la figure 8 est une représentation des éléments caractéristiques de l'image de la figure 7 ; - la figure 9 est un graphique représentant l'intensité de l'image d'anisotropie selon l'invention en fonction de l'angle de mesure, pour un rayon fixé à une distance de diffusion ;
- la figure 10 est un graphique illustrant l'évolution du degré de polarisation d'un milieu diffusant correspondant à une suspension de globules rouges en fonction du cisaillement appliqué au milieu diffusant de globules rouges. Illustré figure 1 , un dispositif 1 pour la caractérisation de l'anisotropie d'un milieu diffusant selon l'invention comprend une diode laser 2 apte à émettre un rayonnement électromagnétique monochrome à 635 nm, et des moyens de polarisation 3 comprenant soit un polariseur circulaire droit 3A, soit un polariseur circulaire gauche 3B. Le dispositif 1 comprend également un miroir 4, une séparatrice de faisceau 5, apte à transmettre le rayonnement électromagnétique vers un ensemble comprenant un milieu diffusant 8 à caractériser, positionné entre un rhéomètre 9 et une plaque de verre 7. Le rayonnement électromagnétique est rétrodiffusé après son passage par le milieu diffusant 8 vers la séparatrice 5, qui transmet alors ce faisceau rétrodiffusé vers une caméra CCD 6. La caméra CCD 6 est reliée à des moyens de calcul 10, par exemple sous la forme d'un calculateur sur lequel sont chargés des programmes pour l'analyse des propriétés du milieu diffusant 8 via une ou plusieurs images d'analyse générées par la caméra CCD 6. Le rhéomètre 9 est apte à appliquer une contrainte au milieu diffusant 8. Cette contrainte peut être une contrainte tangentielle ou radiale à vitesse variable.
Illustré figure 2, on rappelle la relation entre le champ de sortie et le champ d'entrée à la traversée d'une particule diffusante. La matrice des rriij est appelée matrice de Mueller. Cette matrice est connue en soi dans la théorie du rayonnement électromagnétique. Sur la figure 2, le champ d'entrée de composante parallèle et perpendiculaire respectivement Esi et Es 2 est donné en fonction du champ d'entrée de composante parallèle et perpendiculaire respectivement E'i et E!2 . Ceci fournit également l'intensité Ss du champ de sortie en fonction de l'intensité S1 du champ d'entrée, en fonction de la matrice mij de Mueller. On trouvera un descriptif complet de cette théorie de l'interaction électromagnétique et une interprétation des termes de la matrice de Mueller dans la publication C. F. Bohren and D. R. Huffman « Absorption and scattering of light by small particles », Wiley science (USA) ISBN : 0-471 -29340-7 (1983).
Illustré figure 3, selon l'invention, on acquiert, à l'aide de la caméra CCD 6 du dispositif 1 décrit figure 1 , une première image h lorsque les moyens de polarisation sont agencés de sorte que le rayonnement lumineux incident Ei sur le milieu diffusant 8 ait une première polarisation parallèle, et une deuxième image I2 lorsque les moyens de polarisation sont agencés de sorte que le rayonnement lumineux incident E2 sur le milieu diffusant 8 ait une deuxième polarisation perpendiculaire.
La demi-somme de ces deux images h et I2 permet d'obtenir le coefficient mn de la matrice de Mueller.
L'image I obtenue à l'aide des moyens de calcul 10 par la demi- somme des images \-\ et I2 correspond à une lumière incidente non polarisée. Dans l'exemple décrit, cette lumière incidente non polarisée est obtenue à l'aide de deux faisceaux de polarisation antagoniste. Selon une variante non représentée, le coefficient mn peut également être obtenu directement à l'aide d'une lumière incidente non polarisée telle qu'une lumière blanche.
L'image I obtenue est telle que représentée figure 4 et figure 5. La figure 4 est une image obtenue sur un échantillon réel, et la figure 5 est une représentation de la composition de l'image réelle de la figure 4.
Illustré sur ces deux images, on observe une anisotropie angulaire sous la forme d'une zone centrale orientée 1 1. Cette zone centrale orientée 1 1 est entourée par une zone sensiblement circulaire 12. Cette image permet d'obtenir une caractérisation de l'anisotropie induite du milieu diffusant sous la contrainte du rhéomètre 9 de la figure 1. La Demanderesse a en effet découvert que lorsque l'image visualisée est isotrope angulairement, c'est que les objets sont soit sphériques, soit orientés aléatoirement. Lorsqu'une anisotropie angulaire existe, comme c'est le cas sur les figures 4 et 5, une orientation globale de particules ou d'objets diffusants anisotropes a lieu.
À l'aide de l'image I, on mesure l'anisotropie par différence entre l'image I correspondant à un état orienté, et une image d'un état isotrope ou aléatoire de référence.
Cet état de référence peut être calculé par la moyenne angulaire de l'image I en partant du barycentre de cette image.
La figure 6 illustre l'intensité de l'image I' correspondant à une moyenne angulaire de l'image I, en fonction du rayon partant du barycentre de l'image I. De façon connue en soi, la partie isotrope de la diffusion ne dépend que de la distance de diffusion I*. Cette distance de diffusion I* est la distance caractéristique entre deux événement de diffusion dans un milieu diffusant.
Sur cette figure, les points correspondent à une mesure réelle, et la courbe en trait plein correspond à une modélisation des points réels par exemple comme dans la publication C. Baravian, F. Caton, J. Dillet and J. Mougel. "Steady light transport under flow : caractérisation of evolving dense random média", Physical Review E 71 , 066603, 2005. Cette modélisation peut être utilisée pour déterminer la distance de diffusion I*. Les figure 7 et figure 8 illustrent l'image I" obtenue en soustrayant la moyenne angulaire I' de l'image I à cette même image I. La figure 7 est une image obtenue pour un échantillon réel, et la figure 8 est une représentation schématique de la structure de l'image de la figure 7.
L'image I" des figures 7 et 8 comprend deux séries de lobes positifs et négatifs définissant des axes privilégiés correspondant à l'orientation globale des particules anisotropes du milieu diffusant sous la contrainte de rhéomètre. Cette orientation est définie par l'axe Y correspondant aux lobes négatifs.
La figure 9 est un graphique représentant l'intensité de l'image I" en fonction de l'angle de mesure, pour un rayon fixé à la distance de diffusion I*. On note que la moyenne angulaire de l'intensité I" est nulle par définition.
On définit alors le degré de polarisation comme l'écart-type de l'intensité de l'image I", c'est-à-dire l'écart-type des images des figure 7 et figure 8.
Le degré d'anisotropie vaut donc d= _
Figure imgf000016_0001
Ce degré d'anisotropie est une valeur adimensionnelle représentative du transport incohérent anisotrope induit par l'orientation sous l'effet du rhéomètre. Ce paramètre permet une mesure objective et quantitative du degré d'anisotropie du milieu diffusant. On note que ce degré d'anisotropie est nul pour un milieu isotrope en moyenne.
La figure 10 est un graphique illustrant l'évolution du degré d'anisotropie d'un milieu diffusant correspondant à une suspension de globules rouges en fonction du cisaillement appliqué au milieu par le rhéomètre 9.
Sur cette figure, on observe que les globules rouges sphériques, représentés par des cercles hachurés et par exemple préparés par stress osmotique, se déforment moins que les globules rouges en disque représentés par des cercles pleins.
Représentés par des cercles vides, les deux types de globules ont été durcis et ne montrent pas d'anisotropie particulière.
Ce type de mesure permet donc de mesurer la déformabilité des globules rouges et donc de comparer différents types de sang entre eux.
Cette mesure peut notamment être utilisé dans la détection de pathologies cliniques ou sanguines, puisqu'il a été démontré qu'un grand nombre de ces pathologies sont liées à la déformabilité des globules rouges, par exemple dans la publication Langenfeld JE, Machiedo GW, Lyons M, Rush BF Jr, Dikdan G, Lysz TW. « Corrélation between red blood cell deformability and changes in hemodynamic function", Surgery 1 16(5):859-67 (1994).
Le procédé tel qu'il vient d'être décrit permet donc de caractériser l'anisotropie d'un système opaque en lumière visible. Il peut s'appliquer à toute dispersion de particules anisotropes et/ou déformables présentant des orientations collectives à l'échelle microscopique.
On décrit maintenant une variante de l'invention.
L'invention a été décrite ci-dessus en calculant l'écart-type angulaire de l'image I. Selon la variante, le transport anisotrope peut être déterminé par l'écart-type angulaire calculé à la distance de diffusion du barycentre de l'image I de la figure 9. La distance de diffusion I* peut être obtenue à partir de l'image I comme décrit plus haut en référence à la figure 6.
Oe façon plus générale, toute analyse de l'anisotropie angulaire du transport de rayonnement diffusée par le milieu obtenue par une analyse de la variation angulaire sur l'image I, est utilisable dans le cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de caractérisation d'un milieu diffusant comprenant des étapes de : - génération d'au moins un rayonnement électromagnétique incident
- focalisation dudit un rayonnement électromagnétique incident sur une surface dudit milieu diffusant ;
- collecte d'au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit au moins un rayonnement électromagnétique diffusé par ledit milieu diffusant ;
- génération d'une première image représentative dudit au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion ;
- traitement de ladite image ; - caractérisation dudit milieu diffusant à partir dudit traitement,
caractérisé en ce que
- ladite première image est représentative d'un signal non polarisé associé audit au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion ;
- ladite étape de traitement comprend des sous-étapes consistant à :
o déterminer une donnée représentative d'une variation angulaire de ladite première image ; o générer une deuxième image représentative d'une partie non isotrope de ladite première image, ladite deuxième image étant calculée à partir de ladite première image et de ladite donnée représentative de ladite variation angulaire; et en ce que
- ladite étape de caractérisation comprend des sous-étapes consistant à : o caractériser une anisotropie dudit milieu diffusant à l'aide de ladite seconde image.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel ladite donnée représentative d'une variation angulaire est une moyenne angulaire de ladite image ou un écart type angulaire associé à ladite image.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite deuxième image est calculée par différence entre ladite première image et ladite donnée.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite étape de traitement comprend des étapes consistant à :
- déterminer le barycentre de ladite première image ; - déterminer ladite donnée représentative d'une variation angulaire à partir dudit barycentre.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
- ladite étape de génération d'au moins un rayonnement électromagnétique comprend des étapes consistant à : o générer un premier rayonnement électromagnétique incident ayant une première polarisation ; o générer un deuxième rayonnement électromagnétique incident ayant une deuxième polarisation, ladite deuxième polarisation étant antagoniste à ladite première polarisation ;
- ladite étape de collecte d'au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion diffusé par ledit milieu diffusant comprend des étapes consistant à :
o collecter un premier rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit premier rayonnement incident diffusé par ledit milieu diffusant; o collecter un deuxième rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit deuxième rayonnement incident diffusé par ledit milieu diffusant ;
dans lequel ladite première image est représentative d'un signal non polarisé associé audit premier rayonnement électromagnétique de diffusion et audit deuxième rayonnement électromagnétique de diffusion.
6. Procédé selon la revendication 5, ledit procédé comprenant des étapes consistant à :
- générer une troisième image représentative dudit premier rayonnement électromagnétique de diffusion ;
- générer une quatrième image représentative dudit deuxième rayonnement électromagnétique de diffusion
dans lequel ladite première image est égale à la demi-somme de ladite troisième image et de ladite quatrième image.
7. Dispositif (1 ) pour la caractérisation de l'anisotropie d'un milieu diffusant (8) comprenant - au moins une source de rayonnement électromagnétique (2) apte à générer au moins un rayonnement électromagnétique incident;
- des moyens de focalisation (4, 5, 7) aptes à transmettre ledit rayonnement électromagnétique incident sur une surface dudit milieu diffusant ;
- des moyens de collecte (5, 6) aptes à collecter au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit au moins un rayonnement électromagnétique diffusé par ledit milieu diffusant ;
- des moyens de génération (6) aptes à générer une première image représentative dudit au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion ;
- des moyens de traitement (10) aptes à traiter ladite première image ;
- des moyens de caractérisation (10) aptes à caractériser ledit milieu diffusant,
caractérisé en ce que
- ladite première image est représentative d'un signal non polarisé associé audit au moins un rayonnement électromagnétique de diffusion ;
- lesdits moyens de traitement comprennent des sous-unités de traitement aptes à: o déterminer une donnée représentative d'une variation angulaire de ladite première image ; o générer une deuxième image représentative d'une partie non isotrope de ladite première image, ladite deuxième image étant calculée à partir de ladite première image et de ladite donnée représentative d'une variation angulaire; et en ce que
- les moyens de caractérisation comprennent des sous-unités aptes à: o caractériser une anisotropie dudit milieu diffusant à l'aide de ladite seconde image.
8. Dispositif selon la revendication 7, comprenant : - une source de rayonnement apte à générer un rayonnement électromagnétique initial;
- un premier polariseur apte à polariser ledit rayonnement électromagnétique initial de sorte à générer un premier rayonnement électromagnétique incident ayant une première polarisation ;
- un deuxième polariseur apte à polariser ledit rayonnement électromagnétique initial de sorte à générer un deuxième rayonnement électromagnétique incident ayant une deuxième polarisation, ladite deuxième polarisation étant antagoniste à ladite première polarisation ;
dans lequel
- lesdits moyens de collecte comprennent une unité de collecte apte à: o collecter un premier rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit premier rayonnement incident diffusé par ledit milieu diffusant; o collecter un deuxième rayonnement électromagnétique de diffusion correspondant audit deuxième rayonnement incident diffusé par ledit milieu diffusant ; et dans lequel ladite première image est représentative d'un signal non polarisé associé audit premier rayonnement électromagnétique de diffusion et audit deuxième rayonnement électromagnétique de diffusion.
9. Dispositif selon la revendication 8, comprenant une unité de calcul apte à :
- générer une troisième image représentative dudit premier rayonnement électromagnétique de diffusion ; - générer une quatrième image représentative dudit deuxième rayonnement électromagnétique de diffusion
dans lequel ladite première image est égale à la demi-somme de ladite troisième image et de ladite quatrième image.
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