Brevet FR3083865A1 — publié le 20200117

Domaine de l'invention L'invention concerne un système d'imagerie acousto-optique comprenant un ensemble de transducteurs aptes à produire des ondes ultrasonores modulées dans une zone d'observation. En particulier, l'invention vise à être utilisée pour imager des zones d'observation in-vivo. L'invention concerne également un procédé d'imagerie acousto-optique utilisant un tel système d'imagerie. Présentation de l'Art Antérieur Le principe de l'imagerie acousto-optique (Acousto-Optic Imaging, A01) implique un faisceau ultrasonore qui induit une modulation de phase sur la lumière diffuse qui le traverse, menant à la génération de photons marqués. Une partie des photons incidents de l'onde lumineuse qui traverse le faisceau ultrasonore deviennent des photons marqués. Les photons marqués sont décalés en fréquence par rapport aux photons incidents avec un écart correspondant à la fréquence ultrasonore du faisceau ultrasonore. Les photons marqués peuvent être détectes par détection incohérente, par exemple en utilisant un filtrage spectral qui les sépare des photons incidents non marqués puis un dispositif de mesure d'intensité lumineuse. Dans ce cas, l'image acousto-optique est construite à partir d'un signal directement proportionnel à la puissance lumineuse des photons marqués détectés. Il est possible aussi de les détecter par détection interférométrique, par exemple une détection par interférométrie de speckle (tavelures optiques) qui enregistre un signal de battement à la fréquence ultrasonore résultant de l'interférence entre les photons marqués et un faisceau de référence. On connait de l'art antérieur l'exemple d'un ASIC dédié à l'analyse en temps réel des tavelures optique comme dans la demande FR 1052535. Les faisceaux ultrasonores couramment utilisés dans les techniques d'imagerie acousto-optique ont une enveloppe focalisée en un point du milieu à imager. La résolution spatiale dépend de l'extension spatiale de l'onde acoustique, la meilleure résolution spatiale étant obtenue autour de la zone de focalisation, là où l'extension transverse de l'onde acoustique est la plus petite. La présence d'un point focal de l'onde ultrasonore soulève plusieurs problématiques. L'intensité acoustique, qui est le rapport de la puissance acoustique sur la surface 2 transverse du faisceau, c'est-à-dire la surface transverse à la direction de propagation, est maximale en ce point. Cette intensité peut être limitée dans le milieu, par exemple pour respecter des normes médicales. La présence du point focal impose alors une limite sur la 5 puissance de l'onde acoustique, ainsi que sur le rapport signal-à-bruit du signal acousto-optique détecté. Par ailleurs, il est difficile de focaliser une onde acoustique à proximité des transducteurs qui la génèrent, et donc de faire une imagerie acoustooptique de qualité à proximité des transducteurs. 10 Présentation de l'invention Un but général de l'invention est de pallier les inconvénients des systèmes d'imagerie acousto-optique de l'état de la technique. Notamment, un but de l'invention est de pouvoir augmenter la puissance de l'onde acoustique utilisée pour améliorer la qualité de l'image acousto-optique. 15 Un autre but encore est de proposer un système d'imagerie acousto-optique capable d'obtenir des images à proximité des transducteurs acoustiques. Un autre but également est de proposer un système d'imagerie acoustooptique permettant de réaliser des images acousto-optiques en trois dimensions. Les buts sont atteints dans le cadre de la présente invention grâce à un système 20 d'imagerie acousto-optique d'une zone d'observation d'un milieu, comprenant : - Un ensemble de transducteurs ultrasonores aptes à produire ensemble, dans la zone d'observation, une onde ultrasonore se propageant selon une direction de propagation (Dz) ; - Une source lumineuse produisant une onde lumineuse incidente, de 25 préférence monochromatique, rencontrant ladite onde ultrasonore dans la zone d'observation pour produire des photons marqués ; - Un dispositif de commande configure pour piloter chaque transducteur ultrasonore avec un signal de commande de fréquence ultrasonore; - Un système de détection d'une partie des photons marqués, lesdits photons 30 marqués portant une modulation temporelle transmise par l'onde ultrasonore rencontrant l'onde lumineuse ; - Un moyen de traitement d'un signal d'acquisition acousto-optique reçu du système de détection, apte à démoduler ledit signal d'acquisition acoustooptique, 3 et dans lequel le dispositif de commande est configuré pour : - piloter chaque transducteur ultrasonore par le signal de commande de fréquence ultrasonore, le signal de commande étant constitué d'une porteuse de fréquence 5 ultrasonore (fus), identique pour tous les transducteurs, et modulée par un signal de modulation temporelle périodique de fréquence temporelle donnée, ce signal de modulation temporelle ayant un déphasage dont la valeur est spécifique à chaque transducteur ultrasonore et est une fonction de la position du transducteur ultrasonore, de sorte que l'onde ultrasonore émise par l'ensemble des transducteurs 10 ultrasonores présente une modulation, selon une direction orthogonale à la direction de propagation, qui a une périodicité spatiale (Pmx) et dont la valeur est déterminée par la fonction entre le déphasage et la position du transducteur ultrasonore ; - le dispositif de commande est en outre configuré pour générer différentes ondes ultrasonores correspondant à différentes valeurs de la fréquence temporelle donnée 15 du signal de modulation temporelle et, pour chaque fréquence temporelle donnée, générer différentes fonctions reliant le déphasage et la position du transducteur ultrasonore, de façon à déterminer avec le moyen de traitement des composantes de Fourier d'une image acousto-optique de la zone d'observation, et pour reconstruire ladite image par transformation de Fourier inverse 20 Un tel système d'imagerie acousto-optique permet un protocole d'imagerie sans point focal de l'onde ultrasonore dans le milieu. Un tel système est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : 25 - la position du transducteur ultrasonore est définie par une première coordonnée (x) selon une première direction (Dx) orthogonale à la direction de propagation (Dz) et une deuxième coordonnée (y) selon une deuxième direction (Dy) orthogonale à la direction de propagation (Dz), le déphasage (cp) est une fonction affine des première et deuxième coordonnées (x, y) du 30 transducteur ultrasonore de la forme w = (po +ax+ b y, où po, a et b sont des paramètres définissant la relation affine, le choix de ces paramètres permettant de déterminer la période spatiale de la modulation de l'onde ultrasonore selon une direction orthogonale à la direction de propagation (Dz). 4 les transducteurs ultrasonores sont alignés et répartis uniquement selon la première direction (Dx), le paramètre b étant nul, et l'onde ultrasonore se propage dans un plan d'imagerie défini par la direction de propagation (Dz) et la première direction (Dx). les transducteurs ultrasonores forment un réseau dans le plan défini par les première et deuxième directions (Dx, Dy) et l'onde ultrasonore se propage dans un volume d'imagerie défini par la direction de propagation (Dz) et les première et deuxième direction (Dx, Dy). le signal de modulation temporelle est un signal carré ou sinusoïdal. la position du transducteur ultrasonore est définie par une première coordonnée (x) selon une première direction (Dx) orthogonale à la direction de propagation et une deuxième coordonnée (y) selon une deuxième direction (Dy) orthogonale à la direction de propagation (Dz) et à la première direction (Dx), ce système d'imagerie permet la mesure de composantes de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associées à une première fréquence spatiale (vx) suivant la première direction (Dx), à une deuxième fréquence spatiale (vy) suivant la deuxième direction (Dy), et une troisième fréquence spatiale (vz) non nulle suivant la direction de propagation (Dz), le signal de modulation temporelle est un signal périodique en créneau, dont la fréquence temporelle (f) est égale au produit de la troisième fréquence spatiale (vz) par la vitesse (u) de propagation de l'onde ultrasonore dans le milieu, alternant les valeurs +1 et 0 à chaque demi-période temporelle (11(20), 25 le déphasage ((p) est une fonction affine des première et deuxième coordonnées (x, y) du transducteur ultrasonore de la forme p = (po - 27c vx x - 27 vy, y, le signal d'acquisition acousto-optique reçu du système de détection est directement proportionnel à la puissance lumineuse des photons marqués 30 détectés par le système de détection, le moyen de traitement multiplie le signal d'acquisition acousto-optique reçu du système de détection par une fonction de démodulation temporelle, intègre le résultat sur un intervalle de temps prédéterminé qui est un multiple de la - 5 - 10 - - 15 20 5 période temporelle de la modulation temporelle (1/f), pour obtenir un signal démodulé, la composante de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associée à une première, deuxième et troisième fréquences spatiales (v., vy, 5 v,) est obtenue à partir d'un signal démodulé ou de plusieurs signaux démodulés correspondant à différentes valeurs du paramètre po . - la fonction de démodulation temporelle est exp(-27c j f t), le signal démodulé étant alors un nombre complexe, et la composante de Fourier étant simplement proportionnelle au signal démodulé obtenu pour po =7-c/2. 10 - la fonction de démodulation temporelle est sin(27c f t), la composante de Fourier étant alors proportionnelle à la somme du signal démodulé obtenu pour (po=0 et de j (nombre imaginaire) multiplié par le signal démodulé obtenu pour cpo=-7c/2 . - la position du transducteur ultrasonore est définie par une première 15 coordonnée (x) selon une première direction (Dx) orthogonale à la direction de propagation (Dz) et une deuxième coordonnée (y) selon une deuxième direction (Dy) orthogonale à la direction de propagation (Dz) et à la première direction (Dx), ce système d'imagerie permet la mesure de composantes de Fourier de 20 l'image acousto-optique de la zone d'observation associées à une première fréquence spatiale (vx) associée à la première direction (Dx), à une deuxième fréquence spatiale (Vy) associée à la deuxième direction (Dy), et une troisième fréquence spatiale (v,) non nulle associée à la direction de propagation (Dz), le signal de modulation temporelle est un signal périodique en créneau, dont 25 la fréquence temporelle (f) est égale à la moitié du produit de la fréquence spatiale v, par la vitesse (u) de propagation de l'onde ultrasonore dans le milieu, alternant les valeurs -1 et +1 à chaque demi-période temporelle (1/(2f)), le déphasage (p) est une fonction affine des première et deuxième coordonnées (x, y) des transducteurs ultrasonores de la forme cp = (po - 7C Vx x 30 - 7r Vy y , le signal d'acquisition acousto-optique reçu du système de détection est un signal interférométrique entre des photons marqués détectés par le système 6 de détection et une onde lumineuse de référence de même longueur d'onde que l'onde lumineuse incidente dans la zone d'observation, le moyen de traitement multiplie le signal d'acquisition acousto-optique reçu du système de détection par une fonction de démodulation temporelle, intègre 5 le résultat sur un intervalle de temps prédéterminé qui est un multiple de la demi-période temporelle de la modulation temporelle (1/(2f)), pour obtenir un signal démodulé, le signal démodulé est multiplié par lui-même, ou par un signal démodulé enregistré antérieurement dans des conditions identiques, pour obtenir un 10 signal démodulé élevé au carré, qui est une quantité proportionnelle à l'énergie lumineuse des photons marqués détectés par le système de détection pendant l'intervalle de temps prédéterminé, la composante de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associée à une première, deuxième et troisième fréquences spatiales (v., vs,, 15 vz) est obtenue à partir de plusieurs signaux démodulés élevés au carré et correspondants à différentes valeurs du paramètre po. - la fonction de démodulation temporelle est sin(27r f t) multiplié par cos(az fus t+y), où fus est la fréquence de la porteuse du signal de commande de fréquence ultrasonore et ijr une phase, ladite composante de Fourier étant 20 alors proportionnelle à la somme du signal démodulé élevé au carré obtenu pour p,=0 et de j (nombre imaginaire) multiplié par le signal démodulé élevé au carré obtenu pour po=-R/4 , auquel on aura retranché la somme du signal démodulé élevé au carré obtenu pour (p0=7-r/2 et de j (nombre imaginaire) multiplié par le signal démodulé élevé au carré obtenu pour To=n/4. 25 - la reconstruction de l'image par transformation de Fourier inverse est effectuée en utilisant une moyenne de composantes de Fourier obtenues pour différentes valeurs de phase kif, toutes choses étant égales par ailleurs. - l'onde lumineuse incidente rencontrant l'onde ultrasonore dans la zone d'observation produite par la source lumineuse est monochromatique. 30 L'invention porte également sur un procédé d'imagerie acousto-optique d'une zone d'observation d'un milieu qui utilise les systèmes tels qu'on les a décrits dans cette section. 7 En particulier l'invention porte sur un procédé d'imagerie acousto-optique d'une zone d'observation d'un milieu comprenant les étapes suivantes : - Une étape de génération d'une onde lumineuse incidente, de préférence monochromatique, dans la zone d'observation, 5 - Une étape de génération par un ensemble de transducteurs ultrasonores d'une onde ultrasonore avec une fréquence ultrasonore (fus), se propageant selon une direction de propagation (Dz), - Une étape de génération de photons marqués et portant une modulation temporelle transmise par l'onde ultrasonore rencontrant l'onde lumineuse, 10 - Une étape de détection d'une partie des photons marqués et de génération d'un signal d'acquisition acousto-optique par un système de détection, - Une étape de traitement dudit signal d'acquisition acousto-optique fourni par ledit système de détection comprenant une étape de démodulation temporelle dudit signal d'acquisition acousto-optique en utilisant un signal de 15 démodulation temporelle, Telle que (i) dans l'étape de génération tous les transducteurs ultrasonores sont pilotés par un signal de commande constitué d'une porteuse de fréquence ultrasonore (fus) identique pour tous les transducteurs, et modulée par un signal de modulation 20 temporelle périodique de fréquence temporelle donnée, ce signal de modulation temporelle ayant un déphasage ((p) dont la valeur est spécifique à chaque transducteur ultrasonore et est une fonction de la position du transducteur ultrasonore, de sorte que l'onde ultrasonore émise par l'ensemble des transducteurs ultrasonores présente une modulation, selon une direction orthogonale 25 à la direction de propagation (Dz), qui a une périodicité spatiale et dont la valeur de la période spatiale est déterminée par la fonction entre le déphasage ((p) et la position du transducteur ultrasonore; (ii) le procédé comprenant en outre plusieurs répétitions des étapes précédentes, pour différentes valeurs de la fréquence temporelle donnée du signal 30 de modulation temporelle et, pour chaque fréquence temporelle donnée, pour différentes fonctions reliant le déphasage ((p) et la position du transducteur ultrasonore, de façon à déterminer des composantes de Fourier d'une image acousto- 8 optique de la zone d'observation, et à reconstruire de ladite image par transformation de Fourier inverse. Avantageusement, mais facultativement, le procédé peut en outre comprendre au moins l'une des étapes suivantes : la position du transducteur ultrasonore est définie par une première coordonnée (x) selon une première direction (Dx) orthogonale à la direction de propagation (Dz) et une deuxième coordonnée (y) selon une deuxième direction (Dy) orthogonale à la direction de propagation (Dz) et à la première direction (Dx), le déphasage (w) est une fonction affine des première et deuxième coordonnées (x, y) du transducteur ultrasonore : w = wo +ax+ b y , où po , a et b sont des paramètres définissant la relation affine, le choix de ces paramètres permettant de déterminer la période spatiale de la modulation de l'onde ultrasonore selon une direction orthogonale à la direction de propagation (Dz). les transducteurs ultrasonores sont alignés et uniquement répartis selon la première direction (Dx), respectivement la deuxième direction (Dy), le paramètre b, respectivement a, étant nul, et l'onde ultrasonore se propage dans un plan d'imagerie défini par la direction de propagation (Dz) et la première direction (Dx), respectivement la deuxième direction (Dy). les transducteurs ultrasonores forment un réseau dans le plan défini par les première et deuxième directions (Dx, Dy) et l'onde ultrasonore se propage dans un volume d'imagerie défini par la direction de propagation (Dz) et les première et deuxième direction (Dx, Dy). le signal de modulation temporelle est un signal carré ou un signal sinusoïdal. le procédé d'imagerie permet la mesure de composantes de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associées à une première fréquence spatiale (vx) suivant la première direction (Dx), à une deuxième fréquence spatiale (vy) suivant la deuxième direction (Dy), et une troisième fréquence spatiale (vz) non nulle suivant la direction de propagation (Dz), le signal de modulation temporelle est un signal périodique en créneau, dont la fréquence temporelle (f) est égale au produit de la fréquence spatiale vz par la vitesse (u) de propagation de l'onde ultrasonore dans le milieu, alternant les valeurs +1 et 0 à chaque demi-période temporelle (11(20), 5 - 10 15 - 20 - - 25 - 30 9 le déphasage ((p) est une fonction affine des première et deuxième coordonnées (x, y) du transducteur ultrasonore (cp = (po - 27c vx x - 21.c vy y), le signal d'acquisition acousto-optique issu de l'étape de détection est directement proportionnel à la puissance lumineuse des photons marqués 5 détectés à l'étape de détection, l'étape de traitement consiste à multiplier le signal d'acquisition acoustooptique issu de l'étape de détection par une fonction de démodulation temporelle, et à intégrer le résultat sur un intervalle de temps prédéterminé qui est un multiple de la période de modulation temporelle (110, pour obtenir un 10 signal démodulé, la composante de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associée à une première, deuxième et troisième fréquences spatiales (vx, vs,, vz) est obtenue à partir d'un signal démodulé ou de plusieurs signaux démodulés correspondant à différentes valeurs du paramètre po. 15 - la fonction de démodulation temporelle est exp(-27t j f t), le signal démodulé étant alors un nombre complexe, et la composante de Fourier étant simplement proportionnelle au signal démodulé obtenu pour wo=7c/2. - la fonction de démodulation temporelle est sin(27t f t), la composante de Fourier étant alors proportionnelle à la somme du signal démodulé obtenu 20 pour po=0 et de j (nombre imaginaire) multiplié par le signal démodulé obtenu pour po=-7c/2 . - la position du transducteur ultrasonore est définie par une première coordonnée (x) selon une première direction (Dx) orthogonale à la direction de propagation (Dz) et une deuxième coordonnée (y) selon une deuxième 25 direction (Dy) orthogonale à la direction de propagation (Dz) et à la première direction (Dx), ce procédé d'imagerie permet la mesure de composantes de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associées à une première fréquence spatiale (v.) suivant la première direction (Dx), à une deuxième 30 fréquence spatiale (VO suivant la deuxième direction (Dy), et une troisième fréquence spatiale (vz) non nulle suivant la direction de propagation (Dz), le signal de modulation temporelle est un signal périodique en créneau, dont la fréquence temporelle (f) est égale à la moitié du produit de la fréquence 10 spatiale vz par la vitesse (u) de propagation de l'onde ultra-sonore dans le milieu, alternant les valeurs -1 et +1 à chaque demi-période temporelle (11(20), le déphasage ((p) est une fonction affine des première et deuxième coordonnées (x, y) du transducteur ultrasonore (cp = (po - it vx x - ir vy y), 5 le signal d'acquisition acousto-optique issu de l'étape de détection est un signal interférométrique entre des photons marqués détectés à l'étape de détection et une onde lumineuse de référence de même longueur d'onde que l'onde lumineuse incidente dans la zone d'observation, l'étape de traitement consiste à multiplier le signal d'acquisition acousto- 10 optique issu de l'étape de détection par une fonction de démodulation temporelle, et à intégrer le résultat sur un intervalle de temps prédéterminé qui est un multiple de la demi-période temporelle de modulation temporelle (1/(2f)), pour obtenir un signal démodulé, le signal démodulé est multiplié par lui-même, ou par un signal démodulé 15 enregistré antérieurement dans des conditions identiques, pour obtenir un signal démodulé élevé au carré, qui est une quantité proportionnelle à l'énergie lumineuse des photons marqués détectés à l'étape de détection pendant l'intervalle de temps prédéterminé, la composante de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation 20 associée à une première, deuxième et troisième fréquences spatiales (vx, vy, vz) est obtenue par combinaison linéaire des signaux démodulés élevés au carré et correspondants à différentes valeurs du paramètre (po. - la fonction de démodulation temporelle est sin(2n f t) multiplié par cos(2n fus t+y), où fus est la fréquence de la porteuse du signal de commande de 25 fréquence ultrasonore et w un déphasage, la composante de Fourier étant alors proportionnelle à la somme du signal démodulé élevé au carré obtenu pour (p0=0 et de j (nombre imaginaire) multiplié par le signal démodulé élevé au carré obtenu pour (p0=-7c/4 , auquel on aura retranché la somme du signal démodulé élevé au carré obtenu pour cps=-Frr/2 et de j (nombre imaginaire) 30 multiplié par le signal démodulé élevé au carré obtenu pour To=t7/4. - la reconstruction de l'image par transformation de Fourier inverse est effectuée en utilisant une moyenne de composantes de Fourier obtenues pour différentes valeurs du déphasage y, toutes choses étant égales par ailleurs. 11 - l'onde lumineuse incidente générée dans la zone d'observation au cours de l'étape El est monochromatique. Il est proposé un procédé et un dispositif d'imagerie acousto-optique utilisant une 5 onde plane comme porteuse de l'onde ultrasonore. Ceci permet d'éviter les problématiques liées à la présence d'un point focal de l'onde ultrasonore, comme la difficulté à réaliser une imagerie à proximité du transducteur, ou le dépassement de l'intensité ultrasonore au-delà des normes. L'onde plane considérée ici peut être une onde de pression se dirigeant selon une 10 direction de propagation (Dz) normale à la surface du milieu à imager. Cette onde peut être créée par un ensemble de transducteurs. Ladite onde, notée par exemple A(x, y, z, t) peut s'écrire, en fonction de variables spatiales (x, y, z) et du temps (t) sous la forme suivante en notation complexe : A (x, y, z, = a(x, y, z) exp [2 71- fus (t - -uz 15 où a(x, y, z) désigne l'amplitude de l'onde, exp désigne la fonction exponentielle, j désigne le nombre imaginaire tel que j2=-1, fus est la fréquence de l'onde ultrasonore, et u est la vitesse de propagation de l'onde ultrasonore dans le milieu. Cette porteuse peut aussi être une fonction périodique non sinusoïdale, telle que par exemple une fonction créneau. L'amplitude a(x, y, z) peut être une fonction lentement variable de 20 l'espace, en particulier dans le cadre d'une imagerie tridimensionnelle. Dans le cadre d'une imagerie bidimensionnelle dans le plan (x, z), la fonction a(x, y, z) peut être localisée autour de y = 0 afin de matérialiser une coupe dans le plan (x, z). Il est proposé ici de moduler l'onde porteuse, à savoir ladite onde plane, par une 25 fonction périodique, cette fonction de modulation pouvant par exemple être - un signal carré de fréquence f / 2 alternant entre les valeurs +1 et -1, dans le cas d'une détection de type interférométrique, ou un signal carré de fréquence f alternant entre les valeurs +1 et 0, dans le cas d'une détection de type incohérente. 30 La fonction de modulation peut porter un déphasage cp dépendant linéairement : - de la position x de la direction Dx selon laquelle sont répartis les transducteurs ultrasonores dans le cas d'une l'imagerie bidimensionnelle, ou 12 des positions x et y des directions Dx et Dy selon lesquelles sont répartis les transducteurs ultrasonores dans le cas d'une l'imagerie tridimensionnelle. Une telle modulation peut être mise en oeuvre avec une sonde échographique mulfiéléments. 5 Un signal d'acquisition acousto-optique est généré selon des moyens connus de l'art antérieur pour faire ce type de mesure, mais une étape de démodulation supplémentaire peut être introduite. Présentation des figures 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente de manière schématique un système d'imagerie acousto-optique selon un mode de réalisation de l'invention ; 15 la figure 2 représente de manière schématique un système d'imagerie acousto-optique selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 représente de manière schématique une onde ultrasonore générée par un système d'imagerie acousto-optique selon un mode de réalisation de l'invention; 20 la figure 4a représente la simulation du champ de pression généré par un système d'imagerie selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 4b représente la simulation d'une fonction de marquage rendant compte de l'effet d'une modulation et d'une démodulation sur la lumière traitée par un système d'imagerie selon un mode de réalisation de l'invention ; 25 la figure 5 représente la simulation de l'image bidimensionnelle d'un objet que l'on aurait obtenue par un système d'imagerie acousto-optique selon un mode de réalisation de l'invention ; les figures 6a et 6b représentent les images acousto-optiques d'un même objet obtenues d'une part par un système d'imagerie selon l'art antérieur 30 (figure 6a) et d'autre part par un système d'imagerie selon un mode de réalisation de l'invention (figure 6b); Description détaillée Description générale du système d'imagerie acousto-optique 13 La figure 1 représente un système d'imagerie acousto-optique proposé qui comprend un ensemble de transducteurs ultrasonores 1 et un dispositif de commande 7 configuré pour piloter chaque transducteur ultrasonore 1 avec un signal de commande constitué d'une même porteuse oscillant à une fréquence ultrasonore fus. 5 L'ensemble des transducteurs ultrasonores 1 produit une onde ultrasonore 2 qui se propage selon une direction de propagation Dz. L'onde ultrasonore 2 traverse la zone d'observation 3 du milieu. Le système d'imagerie acousto-optique comprend une source lumineuse 4 qui produit une onde lumineuse 5. 10 L'onde lumineuse 5 traverse la zone d'observation 3 du milieu et rencontre l'onde ultrasonore 2. La rencontre entre l'onde ultrasonore 2 et l'onde lumineuse 5 génère des photons marqués 6. Une partie des photons incidents de l'onde lumineuse 5 qui traverse l'onde ultrasonore 2 deviennent des photons marqués 6. Les photons marqués sont 15 décalés en fréquence par rapport aux photons incidents avec un écart correspondant à la fréquence ultrasonore fus. Le système d'imagerie acousto-optique comprend un système de détection 8 d'une partie des photons marqués 6. Le système de détection 8 est un système dit de type incohérent et produit un signal 20 d'acquisition acousto-optique 9 directement proportionnel à la puissance lumineuse des photons marqués 6 détectés par le système de détection 8. Le système de détection 8 peut par exemple filtrer spectralement les photons incidents sur le système de détection et ne laisser passer que les photons marqués. Un tel filtrage spectral peut être réalisé par des dispositifs de type « hole burning » 25 spectral ou bien par des dispositifs d'holographie adaptative faisant intervenir par exemple un cristal photoréfractif. Les photons marqués qui traversent l'élément de filtrage peuvent être envoyés sur un capteur lumineux qui délivre un signal d'acquisition acousto-optique 9 proportionnel à la puissance lumineuse de ces photons. 30 Le système d'imagerie acousto-optique comprend un moyen de traitement 10 du signal d'acquisition acousto-optique 9 reçu du système de détection 8. Le moyen de traitement 10 peut notamment démoduler le signal d'acquisition acousto-optique 9 et à, cet effet, multiplier le signal d'acquisition acousto-optique 9 reçu du système de détection 8 par une fonction de démodulation temporelle 20. 14 La modulation du signal d'acquisition acousto-optique 9 peut provenir d'une modulation temporelle de l'onde ultrasonore 2 qui a été transmise aux photons marqués 6. Le moyen de traitement 10 peut produire une image acousto-optique 21 de la zone 5 d'observation du milieu 3. La figure 2 représente un système d'imagerie acousto-optique qui comprend un ensemble de transducteurs ultrasonores 11 piloté par un dispositif de commande 17 et qui produit une onde ultrasonore 12, une source lumineuse 14 qui produit une onde 10 lumineuse 15, ladite onde lumineuse 15 étant de préférence monochromatique pour produire des interférences. Le système d'imagerie acousto-optique comprend un système de détection 18 d'une partie des photons marqués 16 générés dans la zone d'observation du milieu 13 où se rencontrent l'onde ultrasonore 12 et l'onde lumineuse 15. 15 Le système de détection 18 est un système dit de type interférométrique, dans lequel les photons marqués 16 détectés par le système de détection 18 sont combinés avec une onde lumineuse de référence 122. Cela génère des interférences lumineuses qui peuvent être mesurées par un capteur lumineux. Le signal obtenu contient la contribution de la lumière diffuse, c'est-à-dire des photons non marqués qui sont 20 rentrés dans le système de détection 18. L'onde ultrasonore 12 peut être modulée par une modulation temporelle. Cette modulation est alors transmise aux photons marqués 16. On peut utiliser la modulation temporelle portée par les photons marqués 16 pour éliminer la contribution de la lumière diffuse et obtenir un signal d'acquisition acousto- 25 optique 19. Il est possible aussi d'obtenir un signal d'acquisition acousto-optique par interférométrie de speckle (tavelures optiques) comme décrit dans la demande FR1052535. L'onde lumineuse de référence 122 possède la même longueur d'onde que l'onde 30 lumineuse 15. L'onde lumineuse 122 peut aussi être décalée en fréquence par rapport à l'onde lumineuse 15, le traitement du signal d'acquisition acousto-optique 19 devant alors être adapté en conséquence. Le système d'imagerie acousto-optique comprend un 15 moyen de traitement 110 du signal d'acquisition acousto-optique 19 reçu du système de détection 18. Le moyen de traitement 110 peut notamment démoduler le signal d'acquisition acousto-optique 19 et à, cet effet multiplier le signal d'acquisition acousto-optique 19 5 reçu du système de détection 18 par une fonction de démodulation temporelle 120. Le moyen de traitement 110 peut produire une image acousto-optique 121 de la zone d'observation du milieu 13. Modulation de l'onde ultrasonore Dans les systèmes d'imagerie acousto-optique correspondant aux figures 1 et 2, le 10 signal d'acquisition acousto-optique 9, 19 est modulé car l'onde ultrasonore 2, 12 porte une modulation qui est transmise aux photons marqués 6, 16. La modulation de l'onde ultrasonore peut être réalisée lorsque le dispositif de commande 7, 17 est configuré pour piloter chaque transducteur ultrasonore par un signal de commande constitué d'une même porteuse modulée par un signal de 15 modulation temporelle périodique fréquence temporelle donnée. En particulier, le signal de commande utilisé par le dispositif de commande 7, 17 pour piloter chaque transducteur ultrasonore 1,11 peut être un signal carré oscillant à une fréquence ultrasonore fus, modulé par un signal de modulation temporelle de fréquence f=- 20 Le signal de modulation temporelle peut être un signal carré ou sinusoïdal. Il peut notamment être : un signal carré de fréquence f alternant entre les valeurs -1 et +1 , pour le cas des systèmes de détection de type interférométrique ; un signal carré de fréquence f alternant entre les valeurs 0 et +1 pour le cas 25 des systèmes de détection de type incohérent. La figure 3 représente de manière schématique une onde ultrasonore qui porte une modulation dans lequel le signal de modulation temporelle est un signal carré de fréquence f alternant entre les valeurs -1 et +1. En référence à la figure 3 un système d'imagerie acousto-optique comprend un 30 ensemble de transducteurs Ti, T2 ...Tn répartis selon une direction Dx. Les transducteurs Ti, T2 ...Tn émettent les signaux ultrasonores Si, S2 ...Sn dans la direction de propagation Dz qui peut être perpendiculaire à la direction Dx. 16 Les signaux Si, S2 ...Sn ont été représentés en fonction du temps t. Ils possèdent tous la même forme, et dépendent de différentes périodes caractéristiques : - la période ultrasonore Pus correspond à la fréquence ultrasonore fus, soit fus J. PUS 5 la période de modulation Pmz est la période du signal de modulation temporelle de fréquence f des signaux Si, Sz ...Sn , soit f =--. Les porteuses des signaux Si, Sz ...Sn oscillent en phase à la fréquence ultrasonore fus, en revanche leur modulation temporelle est décalée d'un signal à l'autre. La valeur du déphasage de la modulation temporelle est spécifique à chaque transducteur 10 ultrasonore et est une fonction de la position du transducteur ultrasonore. En particulier, le déphasage dans la modulation temporelle de deux signaux peut dépendre linéairement de la distance selon la direction Dx séparant les transducteurs ultrasonores correspondants. La courbe 30 sur la figure 3 représente une dépendance linéaire du déphasage ou retard dans la modulation temporelle en 15 fonction de la position du transducteur selon la direction Dx. La position du transducteur ultrasonore peut être définie par une première coordonnée x selon une première direction Dx orthogonale à la direction de propagation Dz. Le déphasage p est une fonction affine de la première coordonnée x du transducteur ultrasonore de la forme ({) = (po + a x, où (fin et a sont des paramètres 20 définissant la relation affine. Dans cette situation, il est possible de définir une période spatiale Pmx qui correspond à une distance séparant deux transducteurs qui oscillent en phase à la fréquence ultrasonore fus, avec des modulations temporelles décalées d'une période de modulation Pmz. 25 Le contrôle individuel des transducteurs Ti, T2 ...Tn et la génération de signaux ultrasonores Si, S2 ...Sn dont on contrôle le déphasage permet de générer une onde acoustique qui ne se focalise pas au cours de sa propagation selon la direction Dz. L'introduction de la modulation temporelle d'une part et l'introduction d'un déphasage dans la modulation temporelle permet d'introduire dans cette onde acoustique des 30 fréquences spatiales : - Une première fréquence spatiale qui est associée à la direction Dx et à la dépendance linéaire du déphasage. 17 - Une autre fréquence spatiale qui est associée à la direction Dz et à la fréquence de modulation temporelle. Modulation de l'onde ultrasonore avec trois fréquences spatiales 5 La position du transducteur ultrasonore peut être définie en outre par une deuxième coordonnée y selon une deuxième direction Dy orthogonale à la direction de propagation Dz et à la première direction Dx. Le déphasage p peut être une fonction affine des première et deuxième coordonnées x, y du transducteur ultrasonore de la forme p= po+ ax+ b y, où po, a et b sont des 10 paramètres définissant la relation affine. Le contrôle individuel des transducteurs et la génération de signaux ultrasonores dont on contrôle le déphasage permet de générer une onde acoustique plane qui ne se focalise pas au cours de sa propagation selon la direction Dz. L'introduction d'un déphasage dans la modulation temporelle sous cette forme 15 particulière permet d'introduire dans cette onde acoustique les fréquences spatiales : Une première fréquence spatiale qui est associée à la direction Dx et à la dépendance linéaire du déphasage. Une deuxième fréquence spatiale qui est associée à la direction Dy et à la dépendance linéaire du déphasage. 20 Une troisième fréquence spatiale est associée à la direction Dz et à la fréquence de modulation temporelle. Dans le cas où b, respectivement a, est nul dans l'expression cp = cpo + a x + b y, la modulation de l'onde ultrasonore ne comporte que deux fréquences spatiales et l'onde ultrasonore se propage dans un plan d'imagerie défini par la direction de 25 propagation Dz et la première direction Dx, respectivement la deuxième direction Dy. Les transducteurs ultrasonores peuvent former un réseau dans le plan défini par les première et deuxième directions Dx, Dy. Dans ce cas l'onde ultrasonore se propage dans un volume d'imagerie défini par la direction de propagation Dz et les première et deuxième direction Dx, Dy. 30 Mesure et démodulation du signal acousto-optique L'onde ultrasonore 2,12 somme de l'ensemble des ondes S1, S2,... Sn se propage selon la direction Dz, sans présenter un phénomène de focalisation, jusqu'à rencontrer l'onde lumineuse 5,15 dans la zone d'observation du milieu à imager. Des 18 photons marqués 6,16 sont générés et portent une modulation temporelle transmise par l'onde ultrasonore 2,12 rencontrant l'onde lumineuse 5,15. Une partie des photons marqués générés dans cette zone entrent dans le système de détection. Le système de détection peut être issu de l'art antérieur, de type incohérent ou 5 interférométrique. Une démodulation spécifique est nécessaire pour prendre en compte la modulation et les fréquences spatiales portées par les photons marqués 6,16. Une telle démodulation peut faire appel à une fonction de démodulation hm(t). On peut notamment utiliser pour un système de détection de type interférométrique : 10 une multiplication par le produit d'une fonction sinusoïdale de fréquence et par une fonction de démodulation hin(t) de fréquence f, par exemple cos(2wfust + tp) * sin(2ifft), où 1,1) est une phase. une intégration sur une période T telle que fr est un entier, ou un filtrage spectral passe-bas. 15 une élévation au carré, c'est-à-dire une multiplication du résultat de l'intégration (ou du filtrage) par lui-même, avantageusement suivie d'une moyenne sur plusieurs acquisitions, de façon à obtenir un signal acousto-optique démodulé élevé au carré e qui est proportionnel l'énergie des photons marqués. Ce signal constitue le signal d'acquisition acousto-optique 19. Une alternative pourra consister à multiplier le 20 résultat de l'intégration (ou du filtrage) par un signal démodulé enregistré antérieurement dans des conditions identiques. On peut notamment utiliser pour un système de détection de type incohérent : une multiplication par une fonction de démodulation h',(0 de fréquence f, telle que par exemple hm(t) = sin(2n-f0 ou hm(t) = exp(-27rjf0. Dans cette 25 dernière expression, la constante j correspond au nombre imaginaire tel que une intégration sur une période T telle que fr est un entier, ou un filtrage spectral passe-bas de façon à obtenir un signal acousto-optique démodulé (1)d. Ce signal constitue le signal d'acquisition acousto-optique 9. 30 Quel que soit le type de système de détection utilisé, à l'issue de la démodulation, on obtient un signal d'acquisition acousto-optique (Pd référencé 9 sur la figure 1 ou (1)à référencé 19 sur la figure 2. 19 Ce signal d'acquisition acousto-optique correspond à l'intégrale sur la zone d'observation du produit de l'image acousto-optique S(x,y,z) que l'on cherche à reconstruire par une fonction de marquage M(x,y,z). Une fonction de marquage est une fonction qui rend compte de l'effet de la modulation 5 et de la démodulation sur les photons marqués issus d'un point de coordonnées (x,y,z) dans la zone d'observation du milieu qui est imagée. Selon le type de système de détection utilisé et le type de démodulation appliquée, différentes fonctions de marquage acousto-optiques de la lumière M(x,y,z) peuvent être obtenues. 10 La fonction de marquage dépend de la modulation de l'onde ultrasonore et plus particulièrement, d'une part, des paramètres (po, a, b) de la dépendance linéaire du déphasage p= (po + a x+ b y, et d'autre part de la fréquence de modulation temporelle f Le signal d'acquisition acousto-optique dépend des mêmes paramètres po, a, b, et f 15 que la fonction de marquage M, et peut donc s'écrire sous la forme (13d(po, a, b, f) (éventuellement sous la forme cPà (p0, a, b, f) pour le cas interférométrique). A partir de l'expression de la fonction de marquage, on peut établir les signaux d'acquisition acousto-optiques à acquérir, et les opérations algébriques à effectuer sur ces signaux démodulés, pour déterminer une composante de la transformée de 20 Fourier de l'image acousto-optique. La composante de Fourrier g(vz,vy,v,) de l'image acousto-optique correspond aux fréquences spatiales y, associée à la première direction Dx, v3, associée à la deuxième direction Dy, et vz associée à la direction de propagation Dz. 25 Mesure et démodulation du signal acousto-optique avec deux fréquences spatiales Ce cas correspond à la situation dans laquelle a ou bien b, est nul dans l'expression = +ax+by. On choisit de décrire la situation où le paramètre b est nul, l'ensemble des éléments proposés pouvant bien évidemment s'appliquer à n'importe quelle direction Dx 30 orthogonale à la direction de propagation Dz. Dans cette situation la fonction de marquage, qui peut s'écrire M(x,z), est une fonction qui rend compte de l'effet de la modulation et de la démodulation sur les photons 20 marqués issus d'un point de coordonnées (x,z) dans la zone d'observation du milieu qui est imagée. M(x,z) dépend de la modulation de l'onde ultrasonore et plus particulièrement, d'une part, des paramètres (po, a) de la dépendance linéaire du déphasage ep = + a x, et 5 d'autre part de la fréquence de modulation temporelle f. Le signal d'acquisition acousto-optique correspond à l'intégrale sur la zone d'observation du produit de la fonction de marquage M(x,z) par l'image acoustooptique S(x,z) que l'on cherche à reconstruire. Le signal d'acquisition acousto-optique dépend des mêmes paramètres po, a, et f 10 que la fonction de marquage M, et peut donc s'écrire sous la forme rt)a((po, a, f) (éventuellement sous la forme (1).,21(ç'0, a, b, f) pour le cas interférométrique). A partir de l'expression de la fonction de marquage, on peut établir les signaux d'acquisition acousto-optiques à acquérir, et les opérations algébriques à effectuer sur ces signaux démodulés, pour déterminer une composante de la transformée de 15 Fourier de l'image acousto-optique. La composante de Fourrier g(v vz) de l'image acousto-optique correspond aux fréquences spatiales ti' associée à la première direction Dx et u,, associée à la direction de propagation Dz. 20 Pour un système de détection de type interférométrique où : la porteuse du signal de commande est un signal carré de fréquence ultrasonore fus, le signal de modulation temporelle est un signal carré de fréquence f =- Pni Pm alternant entre les valeurs -1 et +1 à chaque demi-période temporelle -2 = -2t 25 - le déphasage cp dépend de la coordonnée x selon cp = + a x - la fonction de démodulation est cos(2n- fust + ip)* sin(2n10 où tp est une phase, on peut utiliser - une fonction de marquage associée au point de coordonnées (x,z) 30 proportionnelle à l'expression 2/rf z 1 ( 2f a M(x,z) = cos2 (po - ax) = -2(cos (2n (- z - - - 4)0) + 1) u TC 21 une composante de Fourier S'(v,,v,) de l'image acousto-optique qui peut être déterminée en choisissant a =-n-vx , f =v et à partir du calcul suivant : 2 = CD d2 (0, a, f) + j. (Dd2 (-1T-4, a, f) (e'd2 (4a f) crid2 (+ ff-4 f)) 5 une moyenne des composantes de Fourier obtenues pour différentes valeurs de phase tv, voire pour plusieurs acquisitions, toutes choses étant égales par ailleurs. Cette moyenne est utile pour éliminer tout effet lié à l'onde porteuse, et peut également améliorer, par effet statistique, le rapport signal à bruit. 10 La figure 4a représente la simulation du champ de pression généré par les transducteurs d'un système d'imagerie dans la situation d'un signal acousto-optique avec deux fréquences spatiales. La figure 4b représente la simulation de la fonction de marquage associée à l'onde sonore simulée sur la figure 4a. 15 La première direction Dx correspond à l'axe supérieur horizontal des figures 4a et 4b. La direction de propagation Dz correspond à la direction verticale horizontal des figures 4a et 4b. L'onde sonore générée par les transducteurs présente une extension spatiale correspondant environ au couloir vertical des figure 4a et 4b compris entre les valeurs 20 200 et 600 référencées sur les axes horizontaux. La section horizontale de ce couloir est sensiblement constante, ce qui correspond au fait que l'onde ultrasonore ne présente pas un phénomène de focalisation. Les couloirs des figures 4a et 4b sont parcourus de stries obliques. La distance verticale entre deux stries correspond à la périodicité associée à la direction Dz, et la 25 pente des stries obliques correspond à la périodicité associée à la direction Dx. Pour un système de détection de type incohérent où : la porteuse du signal de commande est un signal carré de fréquence ultrasonore fus, 30 le signal de modulation temporelle est un signal carré de fréquence f = - alternant entre les valeurs +1 et 0 à chaque demi-période temporelle 22 Pr' 1 2 2F le déphasage w dépend de la coordonnée x selon cp = po + a x la fonction de démodulation est sil-1(2/110, on peut utiliser 5 une fonction de marquage associé au point de coordonnées (x,z) proportionnelle à l'expression M(x, z) = cos (27=rz (po ax). une composante de Fourrier .e(vx, vz) de l'image acousto-optique qui peut être déterminée en choisissant a = , f = uv, et à partir du calcul suivant : 10 .S"(vx, vz) = (1pd (0, a, f) + j. (t) d - , a, f) Pour un système de détection de type incohérent où : la porteuse du signal de commande est un signal carré de fréquence ultrasonore fus, 15 le signal de modulation temporelle est un signal carré de fréquence f=- alternant entre les valeurs +1 et 0 à chaque demi-période temporelle Pm 1 2 2f le déphasage cp dépend de la coordonnée x selon w = po + a x la fonction de démodulation est exp( -2n] f 20 on peut utiliser une fonction de marquage associé au point de coordonnées (x,z) proportionnelle à l'expression M(x,z) = - j exp (-2111117 + j po + jax) u une composante de Fourier .S"(vx, vz) de l'image acousto-optique qui peut être 25 déterminée en choisissant a = -2n-vx ,f = uv, et à partir du calcul suivant : = Le dispositif de commande 7,17 peut être configuré pour générer, à une fréquence de modulation temporelle f donnée du signal de modulation temporelle, les différentes ondes ultrasonores correspondant aux différentes fonctions reliant le 23 déphasage ((p) et la position du transducteur ultrasonore nécessaires pour déterminer la composante de Fourier g(v,c, vz) de l'image acousto-optique. Mesure et démodulation du signal acousto-optique avec trois fréquences spatiales 5 Ce cas correspond à la situation dans laquelle a et b sont non nuls dans l'expression (4)= (po +ax+by. Pour un système de détection de type interférométrique où : - la porteuse du signal de commande est un signal carré de fréquence 10 ultrasonore fus, - le signal de modulation temporelle est un signal carré de fréquence f= alternant entre les valeurs -1 et +1 à chaque demi-période temporelle Pm 1 2 2f - le déphasage cp dépend des coordonnées x et y selon w= po +ax+by 15 la fonction de démodulation est cos(2n-fust + tp)* sin(27/10 où tp est une phase, on peut utiliser - une fonction de marquage associée au point de coordonnées (x, y, z) proportionnelle à l'expression irfz 20 M(x, y, z) = cos2 (2 1.1 - (po - ax - by) = -12 (cos (27r (-21( z - -a x b y) 40) + 1) n- IT - une composante de Fourrier ,..(t),,vy, vz) de l'image acousto-optique qui peut être déterminée en choisissant a = -n-b, , b = -Truy , f= u=z et à partir du 2 calcul suivant : vy, vz) = (Dd2 (0, a, b, + j. (I) d2 (- a, b, f) 25 - ((l)d2 (+7i-, a, b, + j. (Pd2 une moyenne des composantes de Fourier obtenues pour différentes valeurs de phase Ilf, voire pour plusieurs acquisitions, toutes choses étant égales par ailleurs. 30 Pour un système de détection de type incohérent où : 24 la porteuse du signal de commande est un signal carré de fréquence ultrasonore fus, - le signal de modulation temporelle est un signal carré de fréquence f alternant entre les valeurs +1 et 0 à chaque demi-période temporelle Prit 1 2 2F le déphasage p dépend des coordonnées x et y selon (f) = po + a x + b y - la fonction de démodulation est sin(27rf t), on peut utiliser une fonction de marquage associé au point de coordonnées (x, y, z) 10 proportionnelle à l'expression M (x, y, z) = cos (2÷.z - ax - by). une composante de Fourrier S'(ux, vz) de l'image acousto-optique qui peut être déterminée en choisissant a = -27rvx. , b = -27rvy, f = uuz et à partir du calcul suivant : 15 .qvx, v, vz) = ci)d (0, a, la, j") + j. dad (- -1;, a, b, Pour un système de détection de type incohérent où : - la porteuse du signal de commande est un signal carré de fréquence ultrasonore fus, 20 - le signal de modulation temporelle est un signal carré de fréquence f alternant entre les valeurs 0 et +1 à chaque demi-période temporelle Pin 1 2 2f - le déphasage cp dépend des coordonnées x et y selon (f) = po + a x +b y la fonction de démodulation est exp(-27rj f 25 on peut utiliser une fonction de marquage associé au point de coordonnées (x,y,z) proportionnelle à l'expression M(x, y, z) = -jexp ( 2Ttitz jcpo + jax + j by) 5 25 une composante de Fourrier g(v.,,,vy, vz) de l'image acousto-optique qui peut être déterminée en choisissant a = -2n-v, , b = -27rvy f = uv, et à partir du calcul suivant : vy, vz) = (+ a, b, 5 Le dispositif de commande 7,17 peut être configure pour générer, à une fréquence de modulation temporelle f donnée du signal de modulation temporelle, les différentes ondes ultrasonores correspondant aux différentes fonctions reliant le déphasage (p) et la position du transducteur ultrasonore nécessaires pour déterminer la composante de Fourrier S'(ux, vy, vz) de l'image acousto-optique. 10 Le dispositif de commande 7,17 peut être configuré en outre pour générer les différentes ondes ultrasonores correspondant à différentes valeurs de la fréquence temporelle f donnée du signal de modulation temporelle de façon à déterminer avec le moyen de traitement 10,110 des composantes de Fourier 15 d'une image acousto-optique de la zone d'observation, et à reconstruire de ladite image par transformation de Fourier inverse. La figure 5 représente la simulation de l'image bidimensionnelle d'un objet obtenue par un système d'imagerie acousto-optique selon un mode de réalisation de 20 l'invention. L'objet est une grille dont la maille est de 2.5 millimètres. 12880 composantes de Fourier, correspondant à 161 valeurs de fréquence spatiale v, et 80 valeurs de fréquence spatiale vz , ont été calculées pour construire une image de la grille. 25 Pour chaque composante de Fourier, la propagation de l'onde ultrasonore correspondante est simulée, la fonction de marquage correspondante est déterminée en utilisant une démodulation sinusoïdale. L'image obtenue fait apparaître un objet bien résolu, y compris à proximité des 30 transducteurs. Les zones en bordure de champ, à droite et à gauche de l'image, apparaissent atténuées, mais ne sont pas brouillées. En dehors des bordures, la grille n'est pas déformée. 26 Le rapport signal sur bruit est à peu près constant sur l'ensemble de la grille. La résolution ne se dégrade pas à partir du centre de l'image, il n'y a pas de limitation de l'extension spatiale de la zone observable. 5 Les figures 6a et 6b représentent les images acousto-optiques d'un même objet qui est un échantillon diffusant de 2,5cm d'épaisseur, avec deux inclusions absorbantes de 3mm de diamètre et séparées de 3mm. La figure 6a est obtenue par un système d'imagerie selon une technique standard d'ultrasons focalisés de l'art antérieur. 10 Pour chaque acquisition, quelques transducteurs voisins produisent de manière synchronisée 3 périodes d'une onde ultrasonore. Cela permet d'imager une partie de l'objet. Pour l'acquisition suivante, d'autres transducteurs sont utilisés. On forme ainsi peu à peu l'image de l'objet. Relativement peu d'énergie est envoyée à chaque acquisition de sorte que le signal 15 acousto-optique récupéré est relativement faible. Par ailleurs, l'onde est focalisée et l'intensité ultrasonore est relativement importante. La figure 6b est obtenue par un système d'imagerie selon un mode de réalisation de l'invention. Il s'agit d'une détection incohérente par holographie adaptative. 20 Pour chaque acquisition, l'ensemble des transducteurs est utilisé et une composante de la transformée de Fourier est déterminée. Beaucoup plus d'énergie est envoyé vers le système de sorte que le signal acoustooptique récupéré est relativement important. De plus l'onde n'étant pas focalisée, l'intensité ultrasonore reste relativement faible. 25 Les inclusions apparaissent beaucoup plus contrastées sur la figure 6b. Le rapport signal sur bruit dans la figure 6b est donc bien plus important que dans la figure 6a, alors que l'intensité ultrasonore maximale est bien inférieure dans le cas de la figure 6b que dans le cas de la figure 6a. 30 La zone observable est plus étendue dans le cas de la figure 6b que dans le cas de la figure 6a. Exemple d'acquisition d'une image à deux dimensions. L'exemple 1 correspond au cas de la figure 5; l'exemple 2 au cas de la figure 6b. 27 Grandeur Notation/Formule Exemple 1 Exemple 2 Taille de la zone d'observation selon l'axe Dz Lz 80mm 30mm Taille de la zone d'observation selon l'axe Dx (ou Dy) Lx (ou Ly) 80mm 38,4mm Résolution spatiale suivant Dz - longueur du plus petit détail à imager selon Dz Ai 0 5mm 1,75mm Ax (Ay) 0.5mm 3,5mm Résolution spatiale suivant Dx (ou Dy) - longueur du plus petit détail à imager selon Dx (ou Dy) Fréquences spatiales Vz vz = k/Lz (*) avec k entier kx0,125cm-1 kx0,33cm-1 Fréquence vz maximale 10cm-1 2,85cm-1 1/(2Az) Nombre de fréquences vz différentes Lz /(2Az) 80 8 Vitesse de propagation des ultrasons 1500m/s 1500m/s Fréquence de modulation temporelle f=uvz=ku/L, kx18,75kHz kx50kHz Fréquence f maximale u/(2Az) 1500kHz 400kHz Fréquences spatiales vx (ou vy) vx = k/Lx (ou Vy = k/Ly) kx0,125cm 1 kx0,26cm-1 28 avec k entier Fréquence vz (ou vs) maximale lys,' 0 et on utilise : S(-v, -vs, -vz)= S*(vz,vs,vz). La valeur S(vx, vs, 0) est obtenue par extrapolation. (**) Le nombre de composantes de Fourier à déterminer est égal au produit du nombre de fréquences vz différentes à déterminer par le nombre de fréquences vz 5 (ou vs) différentes à déterminer. Le nombre d'acquisitions dépend de la résolution spatiale et de la taille de l'image. Il est environ égal au produit des rapports pour les différentes directions de la taille de l'image dans une direction divisée par la résolution dans cette direction. 10 Plus la résolution est faible et plus le nombre d'acquisitions est important. Plus la taille de l'image est importante et plus le nombre d'acquisitions REVENDICATIONS1. Système d'imagerie acousto-optique d'une zone d'observation (3, 13) d'un milieu, comprenant : - Un ensemble de transducteurs ultrasonores (1, 11) aptes à produire ensemble, dans la zone d'observation, une onde ultrasonore (2, 12) se propageant selon une direction de propagation (Dz) ; - Une source lumineuse (4, 14) produisant une onde lumineuse incidente (5, 15), rencontrant ladite onde ultrasonore dans la zone d'observation pour produire des photons marqués (6, 16) ; - Un dispositif de commande (7, 17) configuré pour piloter chaque transducteur ultrasonore avec un signal de commande de fréquence ultrasonore (fus) ; - Un système de détection (8, 18) d'une partie des photons marqués, lesdits photons marqués portant une modulation temporelle transmise par l'onde ultrasonore rencontrant l'onde lumineuse ; - Un moyen de traitement (10, 110) d'un signal d'acquisition acousto-optique (9, 19) reçu du système de détection, apte à démoduler ledit signal d'acquisition acoustooptique ; Caractérisé en ce que le dispositif de commande (7, 17) est configuré pour : - piloter chaque transducteur ultrasonore par le signal de commande, ledit signal de commande étant constitué d'une porteuse de fréquence ultrasonore (fus), identique pour tous les transducteurs, et modulée par un signal de modulation temporelle périodique de fréquence temporelle donnée, ce signal de modulation temporelle ayant un déphasage ( w) dont la valeur est spécifique à chaque transducteur ultrasonore et est une fonction de la position du transducteur ultrasonore, de sorte que l'onde ultrasonore émise par l'ensemble des transducteurs ultrasonores présente une modulation, selon une direction orthogonale à la direction de propagation (Dz), qui a une périodicité spatiale (Pmx) et dont la valeur est déterminée par la fonction entre le déphasage ((p) et la position du transducteur ultrasonore, 30 - générer différentes ondes ultrasonores correspondant à différentes valeurs de la fréquence temporelle donnée du signal de modulation temporelle et, - pour chaque fréquence temporelle donnée, générer différentes fonctions reliant 5 le déphasage (y) et la position des transducteurs ultrasonores, de façon à déterminer avec le moyen de traitement (10, 110) des composantes de Fourier d'une image acousto-optique (21, 121) de la zone d'observation, pour reconstruire ladite image par transformation de Fourier inverse. 10 2. Système d'imagerie acousto-optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la position du transducteur ultrasonore est définie par une première coordonnée (x) selon une première direction (Dx) orthogonale à la direction de propagation (Dz) et une deuxième coordonnée (y) selon une deuxième direction (Dy) orthogonale à la direction de propagation (Dz), le déphasage ((p) est une fonction 15 affine des première et deuxième coordonnées (x, y) du transducteur ultrasonore de la forme y = (po +a x+ by, où po, a et b sont des paramètres définissant la relation affine, le choix de ces paramètres permettant de déterminer la période spatiale de la modulation de l'onde ultrasonore selon une direction orthogonale à la direction de propagation (Dz). 20 3. Système d'imagerie acousto-optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les transducteurs ultrasonores sont alignés et répartis uniquement selon la première direction (Dx), le paramètre b étant nul, et en ce que l'onde ultrasonore se propage dans un plan d'imagerie défini par la direction de propagation (Dz) et la 25 première direction (Dx). 4. Système d'imagerie acousto-optique selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les transducteurs ultrasonores forment un réseau dans le plan défini par les première et deuxième directions (Dx, Dy), et en ce que l'onde 30 ultrasonore se propage dans un volume d'imagerie défini par la direction de propagation (Dz) et les première et deuxième direction (Dx, Dy). 31 5. Système d'imagerie acousto-optique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le signal de modulation temporelle est un signal carré ou sinusoïdal. 5 6. Système d'imagerie acousto-optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que : -la position du transducteur ultrasonore est définie par une première coordonnée (x) selon une première direction (Dx) orthogonale à la direction de propagation et une deuxième coordonnée (y) selon une deuxième direction (Dy) orthogonale à la 10 direction de propagation (Dz) et à la première direction (Dx), ce système d'imagerie permet la mesure de composantes de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associées à une première fréquence spatiale (vx) suivant la première direction (Dx), à une deuxième fréquence spatiale (vy) suivant la deuxième direction (Dy), et une troisième fréquence spatiale (vz) non 15 nulle suivant la direction de propagation (Dz), - le signal de modulation temporelle est un signal périodique en créneau, dont la fréquence temporelle (f) est égale au produit de la troisième fréquence spatiale (vz) par la vitesse (u) de propagation de l'onde ultrasonore dans le milieu, alternant les valeurs +1 et 0 à chaque demi-période temporelle (1/(2f)), 20 - le déphasage (p) est une fonction affine des première et deuxième coordonnées (x, y) du transducteur ultrasonore de la forme cp = (po - 2R vx x - 2R vy y, - le signal d'acquisition acousto-optique (9) reçu du système de détection est directement proportionnel à la puissance lumineuse des photons marqués détectés par le système de détection, 25 - le moyen de traitement multiplie le signal d'acquisition acousto-optique reçu du système de détection par une fonction de démodulation temporelle (20), intègre le résultat sur un intervalle de temps prédéterminé qui est un multiple de la période temporelle de la modulation temporelle (1/f), pour obtenir un signal démodulé, - la composante de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation 30 associée à une première, deuxième et troisième fréquences spatiales (vx, vy, vz) est obtenue à partir d'un signal démodulé ou de plusieurs signaux démodulés correspondant à différentes valeurs du paramètre c.po. 32 7. Système d'imagerie acousto-optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fonction de démodulation temporelle est exp(-2x j f t), le signal démodulé étant alors un nombre complexe, et la composante de Fourier étant simplement proportionnelle au signal démodulé obtenu pour po =n12. 5 8. Système d'imagerie acousto-optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fonction de démodulation temporelle est sin(27c f t), la composante de Fourier étant alors proportionnelle à la somme du signal démodulé obtenu pour po=0 et de j (nombre imaginaire) multiplié par le signal démodulé obtenu pour po=-7[12 10 9. Système d'imagerie acousto-optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que : -la position du transducteur ultrasonore est définie par une première coordonnée (x) selon une première direction (Dx) orthogonale à la direction de propagation 15 (Dz) et une deuxième coordonnée (y) selon une deuxième direction (Dy) orthogonale à la direction de propagation (Dz) et à la première direction (Dx), - ce système d'imagerie permet la mesure de composantes de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associées à une première fréquence spatiale (v.) associée à la première direction (Dx), à une deuxième fréquence spatiale 20 (VO associée à la deuxième direction (Dy), et une troisième fréquence spatiale (vz) non nulle associée à la direction de propagation (Dz), - le signal de modulation temporelle est un signal périodique en créneau, dont la fréquence temporelle (f) est égale à la moitié du produit de la fréquence spatiale y, par la vitesse (u) de propagation de l'onde ultrasonore dans le milieu, alternant les 25 valeurs -1 et +1 à chaque demi-période temporelle (1/(2f)), - le déphasage (p) est une fonction affine des première et deuxième coordonnées (x, y) des transducteurs ultrasonores de la forme cp = p - 7r Vx X - t Vy - le signal d'acquisition acousto-optique (19) reçu du système de détection est un signal interférométrique entre des photons marqués détectés par le système de 30 détection et une onde lumineuse de référence (122) de même longueur d'onde que l'onde lumineuse incidente dans la zone d'observation, - le moyen de traitement multiplie le signal d'acquisition acousto-optique reçu du système de détection par une fonction de démodulation temporelle (120), intègre le 33 résultat sur un intervalle de temps prédéterminé qui est un multiple de la demi-période temporelle de la modulation temporelle (11(20), pour obtenir un signal démodulé, - le signal démodulé est multiplié par lui-même, ou par un signal démodulé enregistré antérieurement dans des conditions identiques, pour obtenir un signal 5 démodulé élevé au carré, qui est une quantité proportionnelle à l'énergie lumineuse des photons marqués détectés par le système de détection pendant l'intervalle de temps prédéterminé, - la composante de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associée à une première, deuxième et troisième fréquences spatiales (vx, v,' vt) est 10 obtenue à partir de plusieurs signaux démodulés élevés au carré et correspondants à différentes valeurs du paramètre po. 10. Système d'imagerie acousto-optique selon la revendication 9, caractérisé en ce que la fonction de démodulation temporelle est sin(2zr f t) multiplié par cos(27c fus 15 t+w), où fus est la fréquence de la porteuse du signal de commande de fréquence ultrasonore et w une phase, ladite composante de Fourier étant alors proportionnelle à la somme du signal démodulé élevé au carré obtenu pour wo=0 et de j (nombre imaginaire) multiplié par le signal démodulé élevé au carré obtenu pour To=-7d4 , auquel on aura retranché la somme du signal démodulé élevé au carré obtenu pour 20 po=n/2 et de j (nombre imaginaire) multiplié par le signal démodulé élevé au carré obtenu pour po=-Fit/4. 11. Système d'imagerie acousto-optique selon la revendication 10, caractérisé en ce que la reconstruction de l'image par transformation de Fourier inverse est effectuée 25 en utilisant une moyenne de composantes de Fourier obtenues pour différentes valeurs de phase iy, toutes choses étant égales par ailleurs. 12. Procédé d'imagerie acousto-optique d'une zone d'observation (3, 13) d'un milieu, le procédé comprenant : 30 - Fi: Une étape de génération d'une onde lumineuse (5, 15) incidente dans la zone d'observation, 34 - E2 : Une étape de génération par un ensemble de transducteurs ultrasonores (1, 11) d'une onde ultrasonore (2, 12) avec une fréquence ultrasonore (fus), se propageant selon une direction de propagation (Dz), - E3: Une étape de génération de photons marqués (6, 16) et portant une 5 modulation temporelle transmise par l'onde ultrasonore rencontrant l'onde lumineuse, - E4 : Une étape de détection d'une partie des photons marqués et de génération d'un signal d'acquisition acousto-optique (9, 19) par un système de détection (8, 18), - E5 : Une étape de traitement dudit signal d'acquisition acousto-optique fourni 10 par ledit système de détection comprenant une étape de démodulation temporelle dudit signal d'acquisition acousto-optique en utilisant un signal de démodulation temporelle (20, 120), caractérisé en ce que :- (i) dans l'étape de génération (E2) tous les transducteurs ultrasonores sont pilotés 15 par un signal de commande constitué d'une porteuse de fréquence ultrasonore (fus), identique pour tous les transducteurs, et modulée par un signal de modulation temporelle périodique de fréquence temporelle donnée, ce signal de modulation temporelle ayant un déphasage (p) dont la valeur est spécifique à chaque transducteur ultrasonore et est une fonction de la position du 20 transducteur ultrasonore, de sorte que l'onde ultrasonore émise par l'ensemble des transducteurs ultrasonores présente une modulation, selon une direction orthogonale à la direction de propagation (Dz), qui a une périodicité spatiale et dont la valeur de la période spatiale est déterminée par la fonction entre le déphasage (p) et la position du transducteur ultrasonore; 25 (ii) le procédé comprenant en outre une étape E6 où les étapes précédentes El à E5 sont répétées plusieurs fois, pour différentes valeurs de la fréquence temporelle donnée du signal de modulation temporelle et, pour chaque fréquence temporelle donnée, pour différentes fonctions reliant le déphasage (p) et la position du transducteur ultrasonore, de façon à déterminer des composantes de Fourier d'une 30 image acousto-optique (21, 121) de la zone d'observation, et à reconstruire ladite image par transformation de Fourier inverse. 13. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 12, caractérisé en ce que la position du transducteur ultrasonore est définie par une première coordonnée (x) selon une première direction (Dx) orthogonale à la direction de propagation (Dz) et une deuxième coordonnée (y) selon une deuxième direction (Dy) 5 orthogonale à la direction de propagation (Dz) et à la première direction (Dx), le déphasage ((p) est une fonction affine des première et deuxième coordonnées (x, y) du transducteur ultrasonore : p = (po +ax+ b y , où po , a et b sont des paramètres définissant la relation affine, le choix de ces paramètres permettant de déterminer la période spatiale de la modulation de l'onde ultrasonore selon une direction 10 orthogonale à la direction de propagation (Dz). 14. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une des revendications 12 à 13, caractérisé en ce que les transducteurs ultrasonores sont alignés et uniquement répartis selon la première direction (Dx), respectivement la deuxième direction (Dy), 15 le paramètre b, respectivement a, étant nul, et en ce que l'onde ultrasonore se propage dans un plan d'imagerie défini par la direction de propagation (Dz) et la première direction (Dx), respectivement la deuxième direction (Dy). 15. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une des revendications 12 à 13, 20 caractérisé en ce que les transducteurs ultrasonores forment un réseau dans le plan défini par les première et deuxième directions (Dx, Dy) et en ce que l'onde ultrasonore se propage dans un volume d'imagerie défini par la direction de propagation (Dz) et les première et deuxième direction (Dx, Dy). 25 16. Procédé d'imagerie acousto-optique selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que le signal de modulation temporelle est un signal carré ou un signal sinusoïdal. 17. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 16, caractérisé en ce 30 que : - ce procédé d'imagerie permet la mesure de composantes de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associées à une première fréquence spatiale (vx) suivant la première direction (Dx), à une deuxième fréquence spatiale 36 (vy) suivant la deuxième direction (Dy), et une troisième fréquence spatiale (vz) non nulle suivant la direction de propagation (Dz), - le signal de modulation temporelle est un signal périodique en créneau, dont la fréquence temporelle (f) est égale au produit de la fréquence spatiale vz par la vitesse 5 (u) de propagation de l'onde ultrasonore dans le milieu, alternant les valeurs +1 et 0 à chaque demi-période temporelle (1/(2f)), - le déphasage (p) est une fonction affine des première et deuxième coordonnées (x, y) du transducteur ultrasonore (cp = - 27c v, x - 27c vy y), - le signal d'acquisition acousto-optique (9) issu de l'étape de détection est 10 directement proportionnel à la puissance lumineuse des photons marqués détectés à l'étape de détection, - l'étape de traitement consiste à multiplier le signal d'acquisition acousto-optique issu de l'étape de détection par une fonction de démodulation temporelle, et à intégrer le résultat sur un intervalle de temps prédéterminé qui est un multiple de la période 15 de modulation temporelle (lff), pour obtenir un signal démodulé, - la composante de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associée à une première, deuxième et troisième fréquences spatiales (vx, vy, vz) est obtenue à partir d'un signal démodulé ou de plusieurs signaux démodulés correspondant à différentes valeurs du paramètre po. 20 18. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 17, caractérisé en ce que la fonction de démodulation temporelle est exp(-27t j f t), le signal démodulé étant alors un nombre complexe, et la composante de Fourier étant simplement proportionnelle au signal démodulé 25 obtenu pour cp0=7c/2. 19. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 17, caractérisé en ce que la fonction de démodulation temporelle est sin(27t f t), la composante de Fourier étant alors proportionnelle à la somme du signal démodulé obtenu pour 30 p0=0 et de j (nombre imaginaire) multiplié par le signal démodulé obtenu pour p0=- rc/2 . 37 20. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 16, caractérisé en ce que : - la position du transducteur ultrasonore est définie par une première coordonnée (x) selon une première direction (Dx) orthogonale à la direction de propagation 5 (Dz) et une deuxième coordonnée (y) selon une deuxième direction (Dy) orthogonale à la direction de propagation (Dz) et à la première direction (Dx), - ce procédé d'imagerie permet la mesure de composantes de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associées à une première fréquence spatiale (vx) suivant la première direction (Dx), à une deuxième fréquence spatiale 10 (VO suivant la deuxième direction (Dy), et une troisième fréquence spatiale (vz) non nulle suivant la direction de propagation (Dz), - le signal de modulation temporelle est un signal périodique en créneau, dont la fréquence temporelle (f) est égale à la moitié du produit de la fréquence spatiale vz par la vitesse (u) de propagation de l'onde ultra-sonore dans le milieu, alternant les 15 valeurs -1 et +1 à chaque demi-période temporelle (1/(2f)), - le déphasage ((p) est une fonction affine des première et deuxième coordonnées (x, y) du transducteur ultrasonore (q) = (po - 7E Vx X - TE Vy y), - le signal d'acquisition acousto-optique (19) issu de l'étape de détection est un signal interférométrique entre des photons marqués détectés à l'étape de détection 20 et une onde lumineuse de référence de même longueur d'onde que l'onde lumineuse incidente dans la zone d'observation, - l'étape de traitement consiste à multiplier le signal d'acquisition acousto-optique issu de l'étape de détection par une fonction de démodulation temporelle, et à intégrer le résultat sur un intervalle de temps prédéterminé qui est un multiple de la demi- 25 période temporelle de modulation temporelle (11(20), pour obtenir un signal démodulé, - le signal démodulé est multiplié par lui-même, ou par un signal démodulé enregistré antérieurement dans des conditions identiques, pour obtenir un signal démodulé élevé au carré, qui est une quantité proportionnelle à l'énergie lumineuse 30 des photons marqués détectés à l'étape de détection pendant l'intervalle de temps prédéterminé, - la composante de Fourier de l'image acousto-optique de la zone d'observation associée à une première, deuxième et troisième fréquences spatiales (vx, vs,, va) est 38 obtenue par combinaison linéaire des signaux démodulés élevés au carré et correspondants à différentes valeurs du paramètre (po. 21. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 20, caractérisé en ce 5 que la fonction de démodulation temporelle est sin(27c f t) multiplié par COS(27c fus t+t), où fus est la fréquence de la porteuse du signal de commande de fréquence ultrasonore et kif un déphasage, la composante de Fourier étant alors proportionnelle à la somme du signal démodulé élevé au carré obtenu pour (1)0=0 et de j (nombre imaginaire) multiplié par le signal démodulé élevé au carré obtenu 10 pour (p0=-7r14 , auquel on aura retranché la somme du signal démodulé élevé au carré obtenu pour (p0=-Fit/2 et de j (nombre imaginaire) multiplié par le signal démodulé élevé au carré obtenu pour po=+n/4. 22. Procédé d'imagerie acousto-optique selon la revendication 21, caractérisé en ce 15 que la reconstruction de l'image par transformation de Fourier inverse est effectuée en utilisant une moyenne de composantes de Fourier obtenues pour différentes valeurs du déphasage ip, toutes choses étant égales par ailleurs.