OCT: Tomographie optique de cohérence

FOCUS
OCT: Tomographie optique de cohérence
Les procédures d’imageries médicales ont amélioré le diagnostic médical plus que toute autre
technologie. Depuis longtemps déjà la tomographie permet des images en coupe 3D du corps, la
qualité de celles-ci va en s’améliorant grâce aux rayons, aux ultrasons et à la résonnance magnétique. La «tomographie optique de cohérence» promet même une vue dans les microstructures de
tissu et la HESB-TI collabore aux recherches dans ce domaine d’actualité.
de référence. En juxtaposant plusieurs scans dans le sens
de la profondeur, on obtient des images en coupe dont la
qualité est comparable aux coupes histologiques.
Christoph Meier
Prof. de physique et d‘optique
Photo: Simon Lütolf
L’OptoLab de la Haute école spécialisée bernoise, Technique et informatique s’occupe traditionnellement de la
technologie optique des capteurs et de l’intégration des
technologies établies dans des systèmes complexes. Le
design opto-mécanique et optoélectronique fait partie de
nos compétences clés. Depuis peu, nous nous occupons
toutefois aussi intensivement du développement d’une
jeune technologie, qui fait apparaître des détails micro­
scopiques à l’intérieur du corps. La «tomographie optique
de cohérence» (angl. optical coherence tomography,
OCT) est une procédure qui permet d’obtenir des images
de tissus biologiques à forte résolution. L’OCT se distingue par une profondeur de pénétration relativement élevée (1–3 mm) dans le tissu avec une excellente résolution
(2-15 micromètres) et une vitesse de mesure élevée (20–
300 kvoxel/s).
Scanner point par point en profondeur
L’OCT ressemble à l’imagerie médicale par ultrasons – les
ondes qui irradient le tissu sont toutefois lumineuses et
non sonores. La lumière réfléchie dans le bras de mesure
est superposée à la lumière du bras de référence dans un
interféromètre. Cette superposition permet de détecter
des quantités de lumière extrêmement faibles: le peu de
lumière du tissu est multiplié par la lumière forte du bras
Développement rapide de la technologie
Le développement de la technique OCT a débuté en 1991;
après cinq années de recherche, le premier appareil commercial (STRATUS OCT TM) de Carl Zeiss Meditec se
trouvait déjà sur le marché. STRATUS a permis d’illustrer
pour la première fois la structure de la rétine sans narcose
locale, ce qui a ouvert de nouvelles perspectives de diagnostic aux oculistes. Depuis 2002, le spectre des utilisations possibles de l’OCT a rapidement évolué grâce aux
développements techniques, mais aussi en raison de la
disponibilité de nouvelles sources de lumière à large bande. En plus des innovations techniques, la situation en
matière de brevet a favorisé une forte augmentation du
volume du marché: grâce aux publications scientifiques,
les nouveaux systèmes OCT à mesure spectrale ne sont
plus protégés par les dépôts de brevet. En 2006, le premier Frequency Domain OCT-System commercial de l’entreprise polonaise OPTOPOL Technologie S.A. sera sur le
marché ; la vitesse d’enregistrement des images y est
multipliée par cent. Sur le marché mondial, il y a momentanément 18 entreprises actives et la quote-part du volume du marché augmente chaque année de plus de 30
pourcent. L’OptoLab de la HESB-TI n’échappe pas à la
fascination de ce nouveau domaine d’application Hightech. Divers projets pour développer de nouveaux appa-
Coupe à travers une rétine humaine,
à vif sans narcose.
(B) Tomogramme avec une procédure Time-Domain,
situation à la fin des années 90 (C) Procédure
moderne Frequency-Domain.
Source: Drexler, Fujimoto, State-of-the-art retinal optical
coherence tomography, Elsevier, 2007
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reils technico-médicaux sur la base de l’OCT sont sur le
point de démarrer en collaboration avec des partenaires
de l’industrie et de la recherche.
Diagnostic des yeux et des vaisseaux
Actuellement l’OCT est surtout appliquée en ophtalmologie, pour le diagnostic précoce du cancer et les examens
de la peau. Dans tous les cas, la réflexion lumineuse est
enregistrée sur les surfaces qui séparent deux types de
corps – par ex. entre les membranes, couches de cellules
ou limites d’organes – et est reconstruite à partir des données sous forme d’image tridimensionnelle appelée tomogramme.
L’imagerie médicale cardiovasculaire est un terrain d’utilisation relativement nouveau pour l’OCT. Elle utilise la lumière infrarouge, pour représenter des artères d’une résolution de 10–20 micromètres. L’OCT dans un cathéter
permet au médecin d’atteindre le cœur du patient par les
vaisseaux et d’y procéder à un examen. Les premières
études ont montré qu’au moyen de l’OCT il était possible
d’identifier plaques et trombes et de mesurer le diamètre
des vaisseaux ainsi que les dimensions.
À l’avenir l’OCT devrait en partie remplacer les radiographies en odontologie. Les rayons X dangereux pour la
santé seront supprimés: il n’y aura plus de coûteux et
longs développements d’images. Le dentiste fait un tomogramme d’une dent et passe uniquement la perceuse
à l’endroit où la carie doit être enlevée.
Principe de fonction OCT
Pour déterminer la période d’action d’un photon qui est reflété à
la limite d’une couche d’un tissu, il faut comparer sa période
d’action avec celle d’un photon d’un parcours de référence. En
optique, cette indication s’appelle interférométrie. La lumière du
bras de mesure est superposée à la lumière du bras de
référence. Les deux ondes lumineuses peuvent interférer de
manière constructive ou destructive. Si on utilise comme source
de lumière un laser à large spectre, donc une lumière «multicolore» ou blanche, ces interférences ne peuvent apparaître que si
les deux bras d’interféromètre sont de même longueur. On
utilise une propriété physique fondamentale: plus le spectre
d’une source lumineuse est large, plus les interférences seront
localisées. En optique, cette propriété est décrite par le terme
cohérence.
Procédure Time-Domain
Avec ce système, le miroir de référence détermine la plage de
mesure. Les positions de miroir auxquelles apparaissent des
interférences, correspondent aux positions à l’intérieur du tissu
où la lumière est reflétée.
Procédure Frequency-Domain
Au lieu d’un miroir mobile, on place un spectromètre à la sortie
de l’interféromètre. Celui-ci fractionne la lumière en composantes spectrales – différentes couleurs –. Il est ainsi possible de
reconstruire la structure du tissu reflété au moyen d’un
important traitement des signaux, et ce sans décalage
mécanique et en très peu de temps. Les systèmes modernes
arrivent à plus de 50’000 tomogrammes par secondes.
Contact
>E-Mail: [email protected]
L’image montre nettement une «plaque
vulnérable». Cette couche enflammée peut se
détacher et provoquer un infarctus.
Source: LightLab Imageing Inc, 2008
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