La tomographie par cohérence optique pour l'endoscopie - École ...

16. Alexander Sergeev, V. Gelikonov, G. Gelikonov, Felix Feldchtein, R. Kuranov, N. Gladkova, N. Shakhova,
L. Snopova, A. Shakhov, I. Kuznetzova, A. Denisenko, V. Pochinko, Yu Chumakov, and O. Streltzova. In vivo
endoscopic oct imaging of precancerand cancer states of human mucosa. Opt. Express, 1(13) :432–440, 1997.
17. K. Aljasem, A. Werber, A. Seifert, and H. Zappe. Fiber optic tunable probe for endoscopic optical coherence
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18. Desmond C. Adler, Chao Zhou, Tsung-Han Tsai, Joe Schmitt, Qin Huang, Hiroshi Mashimo, and James G.
Fujimoto. Three-dimensional endomicroscopy of the human colon using optical coherence tomography. Optics
Express, 17(2) :784 – 786, 2009.
1. Introduction
Les technologies d’imagerie médicale sont en constante évolution. En effet, détecter et diagnostiquer
des maladies comme le cancer est un défi majeur qu’elles tentent de relever. Plusieurs
types de cancers apparaissent dans le tissu épithélial (tissu recouvrant la surface interne des
organes) [1]. Ces cancers se développent à faible profondeur, environ 600 µm sous la surface.
Pour les détecter, les technologies existantes sont l’imagerie par ultrasons, la vidéoendoscopie
et la biopsie combinée à l’histopathologie. L’imagerie par ultrasons permet d’imager en profondeur
de façon non invasive, mais est limitée à une résolution de 100 µm. La vidéoendoscopie
permet de voir la paroi interne des organes, mais pas de visualiser les tissus en profondeur.
Pour avoir cette information, on réalise une biopsie à des endroits potentiellemet cancéreux ;
une histopathologie permet alors de voir en détail les cellules. Cependant, la biopsie est invasive
et est limitée à un faible nombre d’échantillons, d’où un risque de faux négatif. De plus,
l’histopathologie prend quelques heures, et ainsi ne permet pas au chirurgien de visualiser le
tissu en temps réel.
Il y a donc un véritable besoin pour un nouveau système d’imagerie médicale. Celui-ci doit
pouvoir imager en profondeur de façon non-invasive, à haute résolution (environ 10 µm), en
temps réel et être assez petit pour être inséré dans un endoscope. Cet article montre que la
tomographie par cohérence optique (TCO) en endoscopie répond à ces multiples besoins.
Le principe de base de la TCO n’est pas récent, il remonte à la fin du XIX e siècle avec l’interféromètre
de Michelson [2]. L’interférométrie s’est ensuite développée avec l’introduction
de sources large bande, pour faire de l’interférométrie à faible cohérence. Ces principes ont été
appliqués à l’imagerie médicale à la fin des années 80. La première application clinique a été
l’imagerie de la rétine, qui a l’avantage d’être peu dispersive pour les longueurs d’onde du visible
[3]. Plus récemment, la TCO dans le domaine de Fourier a permis de réaliser de l’imagerie
en trois dimensions ou en temps réel.
Cet article présente le principe de la tomographie par cohérence optique, les considération
pratiques nécessaires à sa mise en œuvre, l’implémentation dans un endoscope et quelques
avancées récentes.
2. Principe de la tomographie par cohérence optique
Le principe de la tomographie par cohérence optique est bien connu et peut être expliqué en
décrivant les faisceaux incidents et réfléchis comme des combinaisons d’ondes monochromatiques.
Le livre Biomedical Optics : Principle and Imaging [4] est une référence en biophotonique
et possède un chapitre traitant de la TCO.
2.1. Interféromètre de Michelson
Le principe de base de la TCO est l’interféromètre de Michelson décrit sur la figure 1. Une
source de lumière est dirigée vers un cube séparateur de faisceau, qui sépare la lumière sur deux
bras, appelés bras de référence et bras de l’échantillon. À l’extrémité du bras de référence se
trouve un miroir mobile, qui sert de référence pour la position selon l’axe z de l’échantillon.
L’échantillon est placé à l’extrémité de l’autre bras. Les deux faisceaux sont ensuite recombinés