Mesure des propri

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Mesure des propriétés optiques de milieux
diffusants stratifiés par lanalyse de la
rétrodiffusiondimpulsions infrarouges
subpicosecondes

• Equipe OPTIMA (L.P.L, Université Paris 13, CNRS,
  UMR 7538)
• E. Tinet, S. Avrillier, J.M. Tualle, D. Ettori,
  P. Berthaud, H.L Nghien, C. Schäfauer, J.
  Prat

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Présentation du cadre de l'étude
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• Particularités des milieux biologiques
• Fortement diffusants dans le spectre visible.
• Faible absorption dans la fenêtre thérapeutique
• (située dans l infrarouge proche)

Diagnostic optique

• AVANTAGES
• Méthodes non invasives (Nature non ionisante de
  la lumière)
• Possibilité dun suivi fonctionnel

• DIFFICULTES
• Le caractère diffusant perturbe la propagation de
  la lumière

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• Adéquate pour l étude d organes épais tels que
• le muscle
• le cerveau

Mesure en réflectance
ou en transmittance
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Coefficients optiques à l échelle macroscopique

• Indice de réfraction n

• Coefficient d'absorption µa(cm-1)

• Coefficient de diffusion µs(cm-1)

• Coefficient d'anisotropie g ltcos?gt

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Oxymétrie
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• A l'échelle Macroscopique, les tissus humains
  ont souvent une structure en couche
• Peau / Graisse /Muscle
• Peau / Os / Cerveau

Modélisation par une succession de 3 couches
homogènes
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Méthode utilisée mesures de Réflectance
9
(No Transcript)
10
(No Transcript)
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Procédure d'inversion
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Plan général de lexposé
Modèles analytiques pour le calcul du problème
direct Tests de la procédure dinversion à partir
de simulations de Monte Carlo Mise en œuvre
expérimentale et résultats Conclusions et
perspectives
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Plan général de lexposé
Modèles analytiques pour le calcul du problème
direct Tests de la procédure dinversion à partir
de simulations de Monte Carlo Mise en œuvre
expérimentale et résultats Conclusions et
perspectives
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Equation du transfert radiatif
Intensité spécifique
15
Equation du transfert radiatif
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ltlgt1/?s
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(No Transcript)
18
(No Transcript)
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Conditions aux interfaces
Surface libre
z
Air
z-zb
milieu 1
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Conditions aux interfaces
Interface entre 2 milieux diffusants
milieu 1
milieu 2
21
Approximation de la diffusion en milieu
multicouche
l1
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Résolution dans lespace de Fourier
-Zb
0
Milieu 1
l1
Milieu 2
l2
Milieu N
Z
Sources
23
Résolution dans lespace de Fourier
24
Cas du milieu bicouche
Solution dans l'espace de Fourier
Pour la transformée inverse sur t, on utilisera
une FFT classique
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Test de notre modèle multicouche
(N3) (comparaison avec une simulation de M.C.)
e29mm
e26mm
e23mm
26
La méthode des images

• Cas du problème d'un milieu semi infini avec une
  interface libre

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La méthode des images

• Cas de l'interface entre deux milieux diffusants
  semi-infinis

28
La méthode des images
Milieu 1

• Cas du milieu bicouche

air
Milieu 1
Milieu 2
29
Comparaison avec des simulations de Monte Carlo
30
Comparaison des temps de calcul des différentes
méthodes calculant le problème direct Athlon
900Mhz
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Plan général de lexposé
Modèles analytiques pour le calcul du problème
direct Tests de la procédure dinversion à partir
de simulations de Monte Carlo Mise en œuvre
expérimentale et résultats Conclusions et
perspectives
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Résultats obtenus à partir d'expériences
numériques (simulations de Monte Carlo)
33
Résultats obtenus à partir d'expériences
numériques (simulations de Monte
Carlo) (utilisation de la nappe)
34
Résultats obtenus à partir d'expériences
numériques (simulations de Monte
Carlo) (utilisation de la nappe)
35
Résultats obtenus à partir d'expériences
numériques (simulations de Monte
Carlo) (utilisation de la nappe)
36
Résultats obtenus à partir d'expériences
numériques (simulations de Monte
Carlo) (utilisation de la nappe)
Origine spatiale variable
Pour une telle convergence, il faut connaître ?
l origine temporelle ? l origine spatiale
Observons par exemple l influence d une
variation de l origine spatiale sur la
convergence des résultats des paramètres de la
couche profonde
? Précision d au moins 500µm
37
Résultats obtenus à partir d'expériences
numériques (simulations de Monte
Carlo) (utilisation de 3 profils 1,2 et 3cm)
38
Résultats obtenus à partir d'expériences
numériques (simulations de Monte
Carlo) (Conclusions)
Possibilité a priori d obtenir de bons résultats
avec une sonde comportant 3 fibres

• Avantages
• Facile à manipuler
• Connaissance exacte de l origine spatiale

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Plan général de lexposé

• Modèles analytiques pour le calcul du problème
  direct
• Tests de la procédure dinversion à partir de
  Simulations de Monte Carlo
• Mise en œuvre expérimentale et résultats
• Présentation de lexpérience
• Fabrication des échantillons
• Techniques expérimentales
• Résultats expérimentaux
• Conclusions et perspectives

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Montage expérimental
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Caractéristiques du matériel utilisé

• Laser Ti-Sa (Vitesse Coherent)
• ?800nm, P200mw
• largeur de pulse100fs
• cadence 80 Mhz

• Caméra à balayage de fente (Hamamatsu)
• synchronisée sur 80Mhz (photodiode rapide et
  ligne à retard)
• modes balayage et focus
• objectif type "macro" NIKON

• Fibre émettrice
• Monomode à 800 nm (S.E.D.I)
• Øcoeur 4.9µm, ncoeur 1.54, ngaine 1.53
• coupleur muni de vis nanométriques
• objectif de microscope ?20

• Fibres réceptrices
• multimodes SCHOTT à saut d'indices
• O.N 0.22, Øcoeur 220µm, Øgaine 240µm
• dispersion max 30ps

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Echantillons synthétisés (Phantom optique)
Notre choix de composants Matrice transparente
? Silicone à 2 composants Particules diffusantes
? Poudre Al2O3 Absorbant ? Encre de chine
éthanol
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Techniques expérimentales acquisition de nappes
de réflectance

• Adaptation de l intensité du signal à la
  dynamique de la caméra
• Prise de l'origine temporelle
• Prise de shading

densité optique
44
(No Transcript)
45
Techniques expérimentales acquisition de nappes
de réflectance

• Adaptation de l intensité du signal à la
  dynamique de la caméra
• Prise de l'origine temporelle
• Prise de shading

?préalable à chaque acquisition
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Techniques expérimentales acquisition de nappes
de réflectance

• Adaptation de l intensité du signal à la
  dynamique de la caméra
• Prise de l'origine temporelle
• Prise de shading

Non homogénéité de la réponse de la caméra
? prise d'une image de "shading"
Cette image est réalisée à l'aide d'une sphère
intégrante (éclairage uniforme de la fente) et
dans les mêmes conditions expérimentales que les
nappes de réflectance.
? On réalise alors numériquement une division
pixel par pixel des nappes par l'image de shading
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Déroulement des mesures expérimentales

• Milieu semi infini
• (phantom seul ou solution de lait dilué seule)
• Milieu bicouche à épaisseur variable
• (3,4,....,12mm)

48
Résultats d'inversion sur un milieu
bicouche Analyse des nappes de réflectance

• Inversion sur 5 paramètres (tous)
• Inversion sur 4 paramètres (µ s et µa des 2
  couches)
• Inversion sur 3 paramètres (µ s et µa couche
  profonde épaisseur)
• Inversion sur 2 paramètres (µ s et µa couche
  profonde)

Epaisseur expérimentale (mm)
Epaisseur expérimentale (mm)
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Résultats d'inversion sur un milieu
bicouche Analyse des nappes de réflectance

• Inversion sur 5 paramètres (tous)
• Inversion sur 4 paramètres (µ s et µa des 2
  couches)
• Inversion sur 3 paramètres (µ s et µa couche
  profonde épaisseur)
• Inversion sur 2 paramètres (µ s et µa couche
  profonde)

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Résultats d'inversion sur un milieu
bicouche Analyse des nappes de réflectance

• Inversion sur 5 paramètres (tous)
• Inversion sur 4 paramètres (µ s et µa des 2
  couches)
• Inversion sur 3 paramètres (µ s et µa couche
  profonde épaisseur)
• Inversion sur 2 paramètres (µ s et µa couche
  profonde)

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Inversion sur 3 paramètres (µ s et µa couche
profonde épaisseur)
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Résultats d'inversion sur un milieu
bicouche Analyse des nappes de réflectance

• Inversion sur 5 paramètres (tous)
• Inversion sur 4 paramètres (µ s et µa des 2
  couches)
• Inversion sur 3 paramètres (µ s et µa couche
  profonde épaisseur)
• Inversion sur 2 paramètres (µ s et µa couche
  profonde)

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Discussion des résultats d'inversion sur les
nappes expérimentales

• Grande sensibilité aux erreurs systématiques
• ? Inhomogénéité des phantoms optiques
• ? Faible dynamique de la caméra à balayage de
  fente
• ? Dérive temporelle de la caméra

54
(No Transcript)