Brevet FR3097337A1 — publié le 20201218

Description Titre de l'invention : Système d'imagerie acousto-opti que Domaine technique [0001] La présente demande concerne le domaine de l'imagerie acousto-optique, notamment pour des applications médicales. Technique antérieure [0002] Dans un milieu biologique tel qu'un tissu humain ou animal, la lumière visible se propage selon un régime de diffusion. Dans ce régime, les photons empruntent des chemins optiques multiples, de sorte que leurs agencements relatifs sont modifiés tout au long de la propagation de la lumière à travers le milieu. Il est alors impossible, avec un capteur d'image standard, d'acquérir une image fidèle du milieu traversé par la lumière. [0003] Pour remonter à des informations d'absorption localisée dans le milieu, on a déjà proposé des techniques dites d'imagerie acousto-optique, dans lesquelles le milieu observé est éclairé par un faisceau de lumière cohérente, typiquement un faisceau laser, et une partie du milieu observé est soumise à une onde acoustique, typiquement une onde acoustique ultrasonore. La vibration des diffuseurs le long du chemin de propagation de l'onde acoustique, aussi appelé zone de marquage acoustique ou encore colonne acoustique de marquage, modifie alors la phase des photons diffusés. En sortie du milieu, on retrouve des photons porteurs de la modulation acoustique, appelés photons marqués, correspondant aux photons passés par la zone de marquage acoustique, et des photons non porteurs de la modulation acoustique, appelés photons non marqués, correspondant aux photons qui ne sont pas passés par la zone de marquage acoustique. On fait alors interférer le faisceau lumineux issu du milieu, appelé faisceau objet, avec un faisceau de référence issu de la même source lumineuse niais n'ayant pas traversé le milieu diffusant. Ceci permet de démoduler le faisceau objet et de ramener la pulsation des photons marqués à la fréquence de Fonde acoustique. Un capteur d'images est alors utilisé pour mesurer le signal lumineux modifié à la fréquence acoustique et en déduire des informations quant à l'absorption de la lumière dans la zone de marquage. [0004] Il serait souhaitable de pouvoir disposer d'un système d'imagerie acousto-optique, ce système palliant tout ou partie des inconvénients des systèmes d'imagerie acoustooptique connus. Résumé de l'invention 100051 Pour cela, un mode de réalisation prévoit un système d'imagerie, comportant : - une source de lumière cohérente fournissant un faisceau objet et un faisceau de 2 référence ; - un dispositif de modulation adapté à moduler tout ou partie du faisceau objet par un signal de modulation ; - un capteur d'images agencé pour recevoir une figure d'interférence résultant d'une combinaison du faisceau objet et du faisceau de référence ; et - un dispositif de démodulation de la partie modulée du faisceau objet, le système étant configure pour, lors d'une phase de mesure : - appliquer au signal de modulation, par l'intermédiaire du dispositif de modulation, une première séquence pseudo-aléatoire de sauts d'un paramètre choisi parmi la phase, la fréquence et l'amplitude ; et - appliquer simultanément à la partie modulée du faisceau objet, par l'intermédiaire du dispositif démodulation, une deuxième séquence pscudo-aléatoire de sauts dudit paramètre, dans lequel les première et deuxième séquences de sauts dudit paramètre sont non corrélées. [0006] Selon un mode de réalisation, le système est configure pour, lors d'une phase d'acquisition, mettre en oeuvre M phases de mesure successives, M étant un entier supérieur ou égal à 2, et, à chaque phase de mesure, acquérir, via le capteur d'images, une valeur représentative du champ complexe de la partie modulée du faisceau objet. [0007] Selon un mode de réalisation, le système comporte un dispositif de traitement configuré pour mettre en oeuvre une étape de reconstruction, à partir des M valeurs acquises lors de la phase d'acquisition, d'un jeu de L valeurs représentatives de l'absorption lumineuse à L positions distinctes sur le trajet optique de la partie modulée du faisceau objet, L étant un entier supérieur ou égal à 2. [0008] Selon un mode de réalisation, L est supérieur à M. [0009] Selon un mode de réalisation, le dispositif de modulation est un dispositif de mo- dulation acousto-optique. [0010] Selon un mode de réalisation, le dispositif de modulation comprend un transducteur ultrasonore, le signal de modulation étant une onde ultrasonore appliquée par le transducteur ultrasonore à une partie d'un échantillon à analyser, placé sur le trajet optique du faisceau objet. [0011] Selon un mode de réalisation, le dispositif de modulation comprend une pluralité de transducteurs ultrasonores agencés en barrette ou en matrice, et, lors de chaque phase de mesure, l'onde ultrasonore de modulation est émise par fraction par les différents transducteurs selon une fonction pseudo-aléatoire y. [0012] Selon un mode de réalisation, le dispositif de modulation comprend un modulateur acousto-optique placé sur le trajet optique du faisceau objet en amont d'une scène à analyser. 3 100131 Selon un mode de réalisation, le dispositif de démodulation est un dispositif de dé- modulation électronique intégré au capteur d'images. [0014] Selon un mode de réalisation, le dispositif de démodulation comprend un modulateur acousto-optique placé sur le trajet optique du faisceau de référence, en amont du capteur d'images. Brève description des dessins [0015] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : [0016] 1-fig.11 la figure 1 représente de façon schématique un exemple d'un système d'imagerie acousto-optique ; [0017] [fig.2] la figure 2 est un diagramme illustrant le fonctionnement du système de la figure 1 ; [0018] [fig.3] la figure 3 représente de façon schématique un autre exemple d'un système d'imagerie acousto-optique ; [0019] [fig.4] la figure 4 est un diagramme illustrant le fonctionnement du système de la figure 3 ; [0020] [fig.5] la figure 5 représente de façon schématique un exemple d'un système d'imagerie acousto-optique selon un premier mode de réalisation ; [0021] [fig.6] la figure 6 représente de façon schématique un exemple d'un système d'imagerie acousto-optique selon un deuxième mode de réalisation ; [0022] [fig.7] la figure 7 représente de façon schématique un exemple d'un système d'imagerie acousto-optique selon un troisième mode de réalisation ; [0023] [fig.8] la figure 8 illustre le fonctionnement d'une variante de réalisation d'un système d'imagerie acousto-optique ; et [0024] [fig.9] la figure 9 illustre plus en détail le fonctionnement de la variante de la figure 8. Description des modes de réalisation 100251 De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. 100261 Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les applications d'imagerie pouvant être mises en oeuvre à partir des capteurs décrits n'ont pas été détaillées, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les applications usuelles d'imagerie acousto-optique, dans le domaine médical ou dans d'autres domaines. [0027] Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés ou couplés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. [0028] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures, étant entendu que, en pratique, les dispositifs décrits peuvent être orientés différemment. [0029] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sen- siblement", et "de l'ordre de" signifient à 10% près, de préférence à 5 % près. [0030] La figure 1 représente de façon schématique un exemple d'un système d'imagerie acousto-optique. [0031] Le système de la figure 1 comprend une source lumineuse 101 (L) adaptée à générer un faisceau lumineux cohérent de fréquence f,,, par exemple une source laser. Le système comprend en outre un séparateur 103, par exemple une lame 103 partiellement transparente et partiellement réfléchissante placée à 45 degrés par rapport à la direction d'émission de la source 101, permettant de diviser le faisceau produit par la source 101 en un faisceau objet 0 et un faisceau de référence R. Le système est agencé de façon que le faisceau objet 0 illumine un objet ou un échantillon 105 à analyser, et que le faisceau de référence R ne passe pas par l'objet 105. Le faisceau de référence et le faisceau objet réfléchi ou transmis paf- l'objet 105 sont ensuite projetés sur un capteur d'images 109 comportant une matrice de pixels (non détaillée), de manière à produire une figure d'interférence dans le plan d'acquisition du capteur. [0032] Dans le système de la figure 1, une partie de l'objet ou échantillon 105 est excitée par une onde acoustique sinusoïdale de fréquence Fus, par exemple comprise entre 1 et 15 MHz, générée par exemple par un transducteur ultrasonore 120. Il en résulte que la fréquence des rayons du faisceau objet passant par la partie excitée de l'échantillon est décalée à la valeur f,,-FFus ou f,.-Fus, alors que la fréquence des rayons du faisceau objet passant par les parties non-excitées de l'échantillon reste à la valeur t",.. Ce décalage fréquentiel permet de "marquer" les photons du faisceau objet passés par la partie excitée de l'échantillon, appelée zone de marquage, par rapport aux autres photons du faisceau objet. On cherche alors à mesurer l'énergie portée par les photons marqués, pour en déduire des informations quant à l'absorption lumineuse dans la zone de marquage. [0033] La figure 2 est un diagramme illustrant plus en détail le fonctionnement du système de la figure]. [0034] Le diagramme de la figure 2 comprend une courbe 201 représentant l'évolution en fonction du temps t (en abscisse) de l'intensité lumineuse I (en ordonnée) reçue par un pixel du capteur 109 du système de la figure 1, lorsque le capteur 109 est éclairé par le faisceau objet et le faisceau de référence combinés. [0035] En fonctionnement, le capteur 109 voit une figure d'interférence aussi appelée figure de speckle, constituée de tâches résultant des interférences constructives ou destructives du faisceau objet diffus. Chaque tâche possède un module relativement constant sur toute l'étendue de la tâche, dépendant en premier lieu de l'absorption des photons dans la zone de marquage, et une phase aléatoire dépendant des chemins optiques empruntés par la lumière dans le milieu. L'échantillonnage spatial des tâches est de préférence tel que chaque tâche couvre au moins un pixel. L'interférence avec le faisceau de référence conduit à la création de franges d'interférences. On peut contrôler l'angle d'incidence du faisceau de référence sur le capteur afin d'obtenir la période spatiale interfranges souhaitée. La figure d'interférence vue par le capteur 109 présente une fréquence de battement égale à la fréquence de modulation acoustique Fus. Ainsi, comme cela apparaît sur la figure 2, l'intensité I reçue par chaque pixel évolue de façon sinusoïdale autour d'une valeur moyenne ou composante continue a0, avec une amplitude de crête de valeur al, à une fréquence égale à la fréquence de modulation acoustique Fus du système. Les intensités lumineuses reçues par différents pixels du capteur 109 peuvent avoir des composantes continues a0 distinctes et/ou des amplitudes al distinctes, mais fluctuent toutes de façon sinusoïdale à la fréquence de battement Fus, avec des déphasages propres. [0036] Chaque pixel du capteur 109 comprend une photodiode (non représentée) fournissant un courant représentatif de l'intensité lumineuse reçue par le pixel. [0037] Dans cet exemple, la mesure de la partie marquée du faisceau objet s'effectue pendant une période d'acquisition T', de durée N*Tus, où T,,s désigne la période de modulation acoustique du système, égale à 1/Fus, et où N est un entier, supérieur ou égal à 1, par exemple compris entre 100 et 10000. [0038] Chaque pixel comprend un circuit d'intégration configuré pour, à chaque période de modulation acoustique T,,s de la période d'acquisition T',,, intégrer le photocourant délivré par la photodiode successivement dans K=4 capacités CO, Cl, C2 et C3 distinctes (non représentées). Ce cycle d'intégration et d'échantillonnage à quatre phases est répété successivement N fois pendant la période Ta', étant entendu que les capacités d'intégration CO, Cl, C2 et C3 du pixel ne sont pas réinitialisées entre le début et la fin de la période Tact,. L'accumulation des échantillons sur un nombre N élevé de périodes du signal de modulation acoustique permet d'améliorer le rapport signal sur bruit de la mesure. Le nombre N est de préférence choisi de façon que la 6 durée de la phase d'acquisition Tui.' reste inférieure à une durée caractéristique de dé-corrélation du milieu, par exemple comprise entre 0,1 et 5 ms, par exemple de l'ordre de 1 ms, correspondant au temps au-delà duquel l'amplitude et la phase du signal mesuré risquent de varier du fait de variations physiologiques du milieu observé (par exemple du fait d'un mouvement de plaquettes sanguines). [0039] Sur la figure 2, pour chacune des N périodes T,,s de la phase d'acquisition T'u, on a désigné par les références i01,, il' i; et i3p, les quatre périodes d'intégration successives du photocourant fourni par la photodiode du pixel, respectivement dans les quatre capacités CO, Cl, C2 et C3 du pixel, où p est un entier allant de 1 à N désignant le rang de la période de modulation acoustique Tus considérée dans la phase d'acquisition T',. Dans cet exemple, les périodes d'intégration i0p, il, i; et i3' ont toutes sensiblement la même durée, de l'ordre de Tus/4. [0040] A la fin dc la phase d'acquisition T, chaque pixel du capteur fournit quatre valeurs IO, Il, 12 et 13 représentatives respectivement des tensions aux bornes des capacités CO, Cl, C2 et C3 du pixel. [0041] A partir de ces quatre valeurs, le champ complexe E0,, de la partie du faisceau objet marquée par la modulation acoustique peut être déterminée, pour chaque pixel du capteur, par la formule Em, = (1042) + el -13), i étant l'unité imaginaire. La composante 10-12 correspond à la partie réelle du champ E0,,, et la composante Il-13 correspond à la partie imaginaire du champ E0m. La phase Pem et l'amplitude A0,, du faisceau objet marqué reçu par chaque pixel du capteur peuvent être déterminées par les formules suivantes : [Math.1] - 13\ .F" 0 = arctan/0 -121 et Math .21 A om = - 12) 2 ± (I 1 _13)2 100421 La connaissance de l'amplitude A0m du faisceau objet marqué pennet en particulier d'obtenir des informations quant à l'absorption lumineuse clans la zone de marquage acoustique, par exemple en vue de détecter la présence éventuelle d'un corps absorbant, par exemple une tumeur, clans la zone de marquage. 100431 On notera que la technique d'acquisition décrite en relation avec les figures 1 et 2 permet uniquement de déterminer l'absorption moyenne au sein de la zone de marquage, mais ne permet pas d'obtenir d'informations sur l'absorption dans des régions localisées de la zone de marquage. 100441 La figure 3 représente de façon schématique un autre exemple d'un système d'imagerie acousto-optique, permettant de déterminer l'absorption dans des régions lo- 7 causées de la zone de marquage. [0045] Le système de la figure 3 diffère du système de la figure 1 principalement en ce que, dans le système de la figure 3, on applique à l'onde acoustique de marquage une séquence e de sauts de phase présentant un motif aléatoire ou pseudo-aléatoire, appelée séquence de modulation. A titre d'exemple, à chaque nouvelle période de modulation acoustique Tus, un saut de phase de valeur 0 ou Tr, choisie de façon aléatoire ou pscudo-aléatoire, est appliqué à l'onde acoustique de marquage. Au niveau du capteur 109, après interférence du faisceau objet avec le faisceau de référence, le signal est échantillonné selon la méthode de démodulation quatre phases exposée en relation avec la figure 2, adaptée pour tenir compte de la séquence t de sauts de phase appliquée à l'onde acoustique de marquage. [0046] La figure 4 est un diagramme illustrant plus en détail le fonctionnement du système de la figure 3. [0047] Le diagramme de la figure 4 comprend une courbe 301 représentant l'évolution, en fonction du temps t, en abscisse, de la contribution I(Zeibk.), en ordonnée, d'une position localisée Zci,,,, de la zone de marquage, au signal lumineux objet reçu par le capteur 109 après interférence avec le signal de référence. Dans cet exemple, la position Zcif', correspond à une position dans l'axe de propagation de l'onde acoustique de mndulation. [0048] L'intensité évolue de façon sinusoïdale autour d'une valeur moyenne ou composante continue a0, avec une amplitude de crête de valeur al, à une fréquence égale à la fréquence de modulation acoustique Fus du système. Dans cet exemple, à chaque nouvelle période Tus de la phase d'acquisition T',, l'intensité I(Zeil,,,) subit un saut de phase de 0 ou TE. La séquence ed de sauts de phase subie par l'intensité I(Zci,,,,) correspond à la séquence de sauts de phase e appliquée à l'onde acoustique de marquage, retardée d'un délai At=Z,',,Juis, uus désignant la vitesse de propagation de l'onde acoustique de marquage dans le milieu observé. [0049] Dans chaque pixel du capteur, le circuit d'intégration est configuré pour, à chaque période de modulation acoustique Tus de la période d'acquisition T',, intégrer le photocourant délivré par la photodiode successivement dans les quatre capacités CO, CI, C2 et C3, en tenant compte de la séquence sauts de phase retardée ed = ett-At), appelée séquence de démodulation, pour déterminer l'ordre dans lequel les capacités CO, Cl, C2 et C3 sont connectées à la photodiode. Plus particulièrement, dans cet exemple, à chaque saut de phase de valeur :7 dans la séquence ed, l'ordre d'intégration du photocourant dans les capacités CO et C2 d'une part et Cl et C3 d'autre part est inversé. [0050] A la fin de la phase d'acquisition Ta', chaque pixel du capteur fournit quatre valeurs IO, Ii, 12 et 13 représentatives respectivement des tensions aux bornes des capacités CO, 8 Cl, C2 et C3 du pixel. Les valeurs IO, 11, 12 et 13 sont représentatives principalement de la contribution au signal lumineux objet reçu par le pixel, de la position de la zone de marquage pour laquelle le motif de sauts de phase Od est corrélé au signal de modulation acoustique, c'est-à-dire la position &Ede= uus*At. [0051] A partir de ces quatre valeurs, le champ complexe Eo' de la partie du faisceau objet marquée par la modulation acoustique à la position Zeil,,, de la zone de marquage peut être déterminée par la formule Eo' = (1042) + j(I1-I3). La composante 10-12 correspond à la partie réelle du champ Eo', et la composante I1-I3 correspond à la partie imaginaire du champ E0'. La phase Po' et l'amplitude Ao' du faisceau objet marqué reçu en provenance de la position Zail', peuvent être déterminées par les mêmes formules Math 1 et Math 2 que dans l'exemple des figures 1 et 2. [0052] La mesure peut être réitérée en modifiant le retard At entre la séquence 0 de sauts de phase appliquée au signal de modulation acoustique et la séquence Od appliquée au capteur pendant la phase d'acquisition Ta', de façon à mesurer le champ E0' en provenance d'une autre position cible 4f,1, dans la zone de marquage. Plus particulièrement, si l'on désigne par L la résolution axiale souhaitée, c'est-à-dire le nombre souhaité de points de mesure ayant des positions Zcia, différentes dans la colonne de marquage acoustique (i.e. le long de l'axe principal de propagation du faisceau acoustique de marquage), la mesure doit être réitérée L fois. [0053] La figure 5 représente de façon schématique un exemple d'un système d'imagerie acousto-optique selon un premier mode de réalisation. [0054] Le système de la figure 5 comprend les mêmes éléments que le système de la figure 3, agencés sensiblement de la même manière, et diffère du système de la figure 3 principalement par son mode de fonctionnement. [0055] Dans le mode de réalisation de la figure 5, on prévoit de reconstruire un profil d'absorption de la colonne de marquage, de résolution axiale L, à partir d'une série de M mesures, avec L et M entiers supérieurs ou égaux à 2. Lors de chaque mesure, une première séquence de sauts de phase 0 aléatoire ou pseudo-aléatoire, appelée séquence de modulation, est appliquée au signal acoustique de marquage, de façon identique ou similaire à ce qui a été décrit dans l'exemple des figures 3 et 4. Lors de la phase d'acquisition T'', chaque pixel du capteur 109 applique au signal mesuré une deuxième séquence de sauts de phase Q aléatoire ou pseudo-aléatoire, appelée séquence de démodulation. A titre d'exemple, à chaque nouvelle période de modulation acoustique Tus de la phase d'acquisition Ta', un saut de phase de valeur 0 ou :7 est appliqué au signal mesuré. L'ensemble des N valeurs de sauts de phase appliquées pendant la phase d'acquisition Tacq définit la séquence Q. Dans chaque pixel du capteur, le circuit d'intégration est configuré pour, à chaque période de modulation acoustique T us de la phase d'acquisition T',, intégrer le photocourant délivré par la photodiode suc- 9 cessivement dans les quatre capacités CO, Cl, C2 et C3, en tenant compte de la séquence Q pour déterminer l'ordre dans lequel les capacités CO, Cl, C2 et C3 sont connectées à la photodiode. Plus particulièrement, dans cet exemple, à chaque saut de phase de valeur .7r, dans la séquence Q, l'ordre d'intégration du photocourant dans les capacités CO et C2 d'une part et Cl et C3 d'autre part est inversé. [0056] A la différence de l'exemple des figures 3 et 4 dans lequel la séquence se de mo- dulation de la phase du faisceau acoustique de marquage et la séquence de démodulation ed contrôlant les phases d'échantillonnage appliquée par le capteur 109 lors de la phase d'acquisition T présentent un pic de corrélation défini pour une position spécifique dans la colonne de marquage, dans l'exemple de la figure 5, les séquences de modulation e et de démodulation Q sont non corrélées. Les séquences e et Q correspondent par exemple à deux tirages aléatoires ou pseudo-aléatoires indépendants de séquences binaires, par exemple des tirages aléatoires suivant une distribution de Bernoulli équiprobable, dans lesquels un état de la séquence binaire correspondant à une période de modulation T,,s. Deux nouveaux tirages aléatoires ou pscudo-aléatoires indépendants des tirages précédents, c'est-à-dire non corrélés avec les tirages précédents, peuvent être appliqués à chacune des M mesures de la phase d'acquisition du profil d'absorption de l'échantillon (soit 2*M tirages distincts et non corrélés entre eux pour l'acquisition d'un profil d'absorption de L valeurs). Chaque mesure résulte alors d'une contribution variable des différents points de la colonne de marquage de l'échantillon. [0057] Les inventeurs ont montré qu'un modèle d'acquisition peut être construit, permettant de modéliser les mesures comme une projection du profil d'absorption recherché au travers d'une matrice de passage. [0058] Le signal lumineux s(t) vu au niveau d'un pixel du capteur 109, résultant de l'interférence entre le faisceau objet (signal Es(t)) et le faisceau de référence (signal E, (t)) est donné pat- l'équation suivante : [Math.3] S = 1Er(t) Es(t) 2 [0059] Avec : [Math.4] Er(t) =AReJWLt [0060] Et: [Math.51 £(t) =A tra,(zIe-'''F.s+6)1c1z fra(z)eiR"1-' [0061] Où AR, Al) et am sont les amplitudes complexes des champs optiques respectivement du bras de référence, des photons non marqués du bras objet, et des photons marqués du bras objet, t est une variable temps, z désigne la position le long de la colonne de marquage acoustique de l'échantillon (am(z) correspond à l'absorption de l'échantillon à la position z de la colonne de marquage), vus désigne la vitesse de propagation l'onde acoustique dans l'échantillon, o), et mus désignent respectivement la pulsation de l'onde lumineuse émise par la source 101 et la pulsation de l'onde acoustique de marquage, e désigne la séquence binaire de modulation de la phase de l'onde acoustique de marquage, et ti est un terme traduisant le fait que la phase du signal modulant peut ne pas être nulle à l'origine. [0062] Le signal s(t) peut alors être exprimé comme suit : [Math.6] 6! (le'L`l HL,* +ta I6Laz LaRtz)e) [0063] Puis : [Math.7] s (t) = +AR + 2Szam(z)cos(wy.,.,(t-ziuus)+ rrEP(t-z /vus +ô ))eizI [0064] Pour chacune des M mesures de la phase d'acquisition du profil d'absorption, on mesure au niveau du capteur, par la technique de démodulation quatre phases exposée ci-dessus, un terme 1=10-12 et un terme Q=1143, avec : [Math.8] = N H ( p)(sP TUS + TUS 4 PIUS+3.1 US ils ( t ) d t "Cltit T- 1 PUIS PiUS +Tus/2 100651 Et: 1Math.91 rT us + Tus I 2s(t)dt-.P T us + T us Q-Ep=111(P) pTirs + Tus 4 ICS prus+3Tus 14s (t )cit) [0066] Avec : [Math.101 n(r)=2(0(p)-#) [0067] Où Q désigne la séquence binaire de démodulation appliquée par le capteur 109. [0068] Le terme Q peut s'exprimer comme suit : [Math.11] [0069] Où Re et 1m désignent respectivement la partie réelle et la partie imaginaire d'un nombre complexe. [0070] Les termes ne comprenant pas la composante AR du bras de référence peuvent être négligés, l'énergie apportée par ce bras étant largement supérieure à l'énergie apportée par les parties marquées et non marquées du bras objet. [0071] L'équation Math 11 peut alors être simplifiée comme suit : 11 [Math.12] [0072] Avec : [Math.13] G (t, z) = cos (c.4) us(t-.Z lu us) ± n4(( -z Ivi.s +6 )) [0073] De façon similaire, le terme I peut être exprimé comme suit : [Math.14] [0074] Les ternies Q et I peuvent être ré-exprimés comme suit : [Math.15] [0075] Et : [Math.16] [0076] Soit : [Math.17] [0077] Et : [Math.18] [0078] En désignant par Q. respectivement l. le terme Q, respectivement I. mesuré par le pixel à chacune des M mesures dc la phase d'acquisition du profil d'absorption, et en affectant d'un indice j tous les termes variant d'une mesure à l'autre, avec j entier allant de 1 à M, on peut réécrire, pour chaque mesure, les équations comme suit : [Math.19] = SzR (aw( ))C )riz - f I ))Di(z )ciz 100791 Et: IMath.201 = SzR e (am(z ) )Ei(z) Im(am( ))F. (z)dz [0080] Avec, sachant que Im(G(t,z))=0 : [Math.21] ,(F)=4he,1'" r Jui ') rr.1,(r 7 .5,1p1) [Math.22] - I,)( [Math.23] r,(,)_4R,n,y( 12 [Math.24] k,(z, - ,n, ijiuit,jr preppo pyidp1P1 [0081] L'ensemble des mesures obtenues peut être écrit sous la forme d'un vecteur Y de M nombres imaginaires Y, avec Y, =L + iQ,, et : [Math .25] i(z)az [Math.26] IJ=Yjkl= i(Re (am(k.Az)) ).3z E-1 (z)dz -1m (a m(k.Az)) ft-lz F (z)dz) k 1 k 1).3z [0082] Où Az représente une fraction de la longueur d'onde Xus = Tus*uus du signal acoustique de pulsation cous, définissant la résolution axiale de mesure souhaitée (L*Az correspondant à l'épaisseur du milieu analysé, c'est-à-dire la longueur de la colonne de marquage dont on souhaite acquérir le profil d'absorption). L'absorption du milieu dans un tronçon de longueur Az de la colonne de marquage est considérée constante sur la longueur Az du tronçon. [0083] Dans cet exemple, pour construire la matrice de passage du système, on réécrit les termes I et Q en considérant, pour chaque position z le long de la colonne de marquage, une contribution de référence prédéterminée amref(z) à la partie marquée du faisceau objet reçue par le capteur, permettant par exemple de modéliser l'efficacité de marquage acoustique le long de la colonne (par exemple pour tenir compte d'une éventuelle non uniformité de la densité de puissance acoustique le long de la colonne). Le terme amref est un vecteur prédéterminé de L valeurs, défini en fonction des propriétés du système d'imagerie, et notamment des propriétés du transducteur utilisé pour générer l'onde acoustique de marquage. On peut alors éciire, pour chacune des M mesures : [Math.27] kc/ (Re (a .1/4', t(k .AL) ) k -1 pC (z)dz -1m (am (k.A .l i(z)dz) Q.! h. -1 100841 Et: IMath.281 ,(k.Az)),1 -1m fam (k _[ j...17F1(Z ),1c/Z [0085] Puis : [Math.29] [Math.30] [Math.31] (I1), z -QC,(z)) D r YJR'r=) (Re (a" per(A.Az))5,Aaz 5(z) + iD ),(z))02-) 13 [Math .32] - _ e A, I 4 '(Zii' - 4InzIA (' a (k'Az))1 '0-13,1 +:5-24,(z ),Iz [0086] Avec : [Math.33] s 7)='.2TT iif 1 rq,,y- 7 ;J I pi») [0087] Et : [Math .34] )24,(7)=Yipx_rdir)::r Y 7 ÔjdtI raidi [0088] On réécrit alors : [Math.35] 4,JR e (a '.1( k.Az) + )1mNe((k)flhç]\y(513)(z) + i524,(z)jdz) [0089] En ayant identifié la relation entre les mesures et le profil d'absorption selon l'équation Math 35, on peut établir la relation matricielle suivante : [Math.36] Y = AR R e (a ) + A ',/m(ti m ) [0090] Où AR, et A1,' sont deux matrices ayant chacune M rangées et L colonnes, et am est un vecteur de L rangées et une colonne dont le module correspond au profil d'absorption recherché. [0091] Le terme AR, il( désigne la valeur de la rangée de rang j et de la colonne de rang k dans la matrice ARC, et le terme Al, il, désigne la valeur de la rangée de rang j et de la colonne de rang k dans la matrice [0092] Les valeurs AR, i'k et Al, ms des matrices AR, et A,,, peuvent s'exprimer comme suit : [Math.37] k. \z Ani, Lit= 4R e (A R)Re (a Ri(k Az) )..ro, (S13 ( ) ± 1S241(z)) [0093] Et: [Math.38-I k.Az -41m (A Rpm (a,r R,,f(k.Az)) (k Hiz(5'13 i(z) + iS24j(z))dz [0094,J Les matrices ARei,k et Abu), sont les matrices de passage du système. En considérant M mesures (j varie de 1 à M), ces matrices sont chacune constituées de M rangées et L colonnes, L correspondant au nombre de points du profil d'absorption. A la différence de la solution présentée en relation avec les figures 3 et 4, dans le mode dc réalisation de la figure 4, le nombre M de mesures réalisées peut être inférieur au nombre L de points du profil d'absorption que l'on souhaite reconstruire. [0095] Ainsi, on dispose d'un modèle tel que : [Math.391 Y - Fct (a +E AÏ PI 14 où Y est un vecteur de M nombres imaginaires Y; correspondant respectivement aux M mesures effectuées par le capteur, Fct est une fonction du profil d'absorption a', et est un terme d'erreur que l'on va chercher à minimiser. [0096] On recherche donc une estimée du profil d'absorption a', notée comme suit : [Math.40] U M 100971 Pour cela, on cherche à résoudre le problème de minimisation d'erreur suivant : 1Math.411 argmin Y- Fc t ( ) ) m [0098] Ce problème présentant une infinité dc solutions, on ajoute un terme de régula- risation permettant de le résoudre. [0099] Connaissant les matrices dc passage AR, j,k et A,',j,k, la reconstruction du profil d'absorption défini par le vecteur au peut être réalisée en minimisant la fonction dc coût suivante : [Math.42] argmin (AR'Re (al) Ahni in (4)) - 11 2 ± À 11 tp I pol," d ) aV [0100] où v est une fonction définissant une contrainte dc reconstruction sur le module du vecteur au, correspondant à des propriétés supposées du signal à reconstruire. Le coefficient X permet de pondérer la contribution de la contrainte de reconstruction dans la fonction de coût globale. Dans cet exemple, la contrainte est définie à partir de la norme 1 de la fonction Jp, multipliée par l'estimée du profil d'absorption a'. A titre d'exemple, la fonction ip est un banc de filtres réalisé à partir d'un opérateur différentiel selon l'axe de propagation de l'onde acoustique, dupliqué à différentes échelles pour chacune des positions z. Plus généralement, toute autre méthode de synthèse de la contrainte de reconstruction, permettant de tenir compte de propriétés supposées du signal recherché, peut être utilisée. [0101] A partir de cette équation, on reconstruit un vecteur a' dont le module correspond au profil d'absorption recherché. [0102] La résolution du problème de minimisation défini par l'équation Math 42 est par exemple mise en oeuvre par un circuit électronique de traitement (non visible sur la figure), comprenant par exemple un microprocesseur. Le circuit de traitement peut être intégré au capteur 109, ou extérieur au capteur 109. [0103] On notera que dans le mode de réalisation de la figure 5, la matrice de passage AR, j,k peut s'exprimer comme suit : [Math.43] [0104] Soit : [Math.44] ARef, k = k(4Re (A e m .Az)1II,(p )1' (p, z) ti z p= [0105] Avec : [Math.45] uedi [0106] La combinaison de FI et de F donne une loi de Rademacher, similaire à une loi de Bernouilli, dont la somme tend, selon le théorème de Moivre Laplace, vers une variable aléatoire de distribution gaussienne. Les coefficients de la matrice de passage AR, il Kx (A7 ). aWAx (I-A7 ) I [0200] Et où A',. et Ai sont deux matrices de M lignes et L*W colonnes chacune telles que : [Math.164] Agi) (AR t, AR e j, 1,L, ARe j 2 AR(' ARe LW, ARe L) [Math.1651 Arm = (Aun - ? i, 1, L, AI m Arp?,j, 2, L J, 1, Alm L ) [Math.1661 4Re (A R )Re R' (kAzi)fkazi)3,z(S13,.4(z)+LS24.i,i(z))clz [Math.167] f kAz ARe k=4Irr(AR)nz(aR', (kAz ,) , fq(z) iS24ig( ))dz [0201] La figure 9 illustre schématiquement la représentation matricielle de l'opération de reconstruction du profil d'absorption bidimensionnel an. [0202] La fonction de coût associée à la reconstruction du vecteur a' peut être de la même forme que dans l'exemple de la figure 5 (équation Math 42), avec un terme de fidélité de même nature et un terme de régularisation permettant de contraindre la reconstruction 2D de l'absorption du milieu. [0203] Ce principe de mesure en deux dimensions a été présenté pour un mode de détection synchrone avec démodulation dans le domaine électronique. Il pourra toutefois aisément être adapté à un mode d'acquisition basse fréquence avec démodulation dans le domaine optique, tel que décrit en relation avec la figure 6. [0204] De plus, ce principe peut être étendu à des mesures en trois dimensions en ajoutant un axe y, par exemple orthogonal aux axes x et z, et en utilisant une matrice de transducteurs ultrasonores à deux dimensions et une fonction d'activation dépendant de x et de y. [0205] Afin d'augmenter la résolution latérale (en x et/ou en y) de la mesure, on pourra de plus utiliser une barrette ou matrice de transducteurs et prévoir une activation simultanée de groupes glissants recouvrants de plusieurs transducteurs voisins. [0206] On pourra de plus prévoir d'utiliser des fonctions de modulation e différentes en fonction des transducteurs activés, et non plus une fonction de modulation commune à l'ensemble des transducteurs. [0207] Plus généralement on pourra activer séquentiellement des sous-groupes de trans- ducteurs en fonction des formes d'excitation acoustiques souhaitées (selon des directions variables par exemple dans un plan ou dans un volume donné), afin d'accroître la résolution latérale. [0208] On a proposé ci-dessus un modèle d'acquisition permettant de reconstruire l'amplitude du profil d'absorption am du faisceau objet. Ce vecteur, fonction de la position z (am(z)), a jusqu'à présent été considéré comme ayant une phase constante en fonction de l'indice et de la position de mesure (c'est-à-dire comme si l'on considérait un pixel unique pixel mesurant un milieu statique). [0209] En notant désormais : [Math.168] am(z) = p (z )c (z) on cherche à reconstruire le profil d'absorption p qui est un vecteur constitué de valeurs réelles positives comprises entre 0 et I. 102101 En considérant désormais une matrice de ny par nh pixels échantillonnant des grains de speckle (c'est-à-dire des taches de la figure d'interférence), on mesure simultanément ny*nh différentes variantes du coefficient Y. En supposant que le signal reçu par chaque pixel a sa propre phase aléatoire 0 uniformément répartie entre 0 et 21t, on se ramène à un profil am dépendant de l'indice p du pixel, soit : 1Math.1691 av(P, z) = p (z)e° [0211] On peut, donc considérer la mesure du coefficient Yi comme un ensemble de ny*nh échantillons modélisés par le produit scalaire des matrices de passage définies précédemment avec le profil am tel que : [Malh.170] Yi 119 j =(Aee ) Re (a mil9 .1) ) (A fp) ., I (a ,m4P ) ) [Math.171] Y1LpJ = ((AR,)]., p Ocos [pi)) + ((Ahn) p [ p .1)) où le symbole [Math 172] 0 désigne la multiplication point à point. 31 [0212] On a donc : [Math.173] ITJLP ((AR,) °cos (e) P P ) + (Ai.) csit [pl), P ) [Math.174] Y /Li,. ((AR,) jocos (61 [p -H (Aïr, )10sin(9 [Pi). p ) I Math.1751 riipi Reot3., ),Gins (orpi) (P1,),,s190[Pin, P 1+i/ (( ),ccos CO[p])*(A,,n)rsit[pip, p ) I Math.1761 = ( ) i( 01,1 1, P avec : (elp1) [Math.177] R p = Re f (ARe) 1oe)cos (0 lp 1) + Re ((Agni) 1o sin ^ I IMath.1781 $1.Lr lm ((Ap @cos (6 [p I ) +1"m( (Afin) JO Sin (6 [ri) [0213] En considérant que la phase 0 suit une loi uniforme entre 0 et 2n, la variance suivant l'axe des pixels, notée Var, s'exprime comme suit : [Math.178] p Re ((AR,) )2+ReN 1m 2 Var (f3Re , 2 k ) [Math.179] Varp(P 1 m Im ((AR, 2+1-m m ) ) [0214] On note alors : i1 (( [Math.180] 2 p R ) [Math.181] 2 ± Re ((Ah?, 2 a ri (P ) 1 [Math.182] CP(Iff) = ( 31 [Math .183] Itl./= (0 R ' [Math.184] Be +I B/'2 ) p [0215] On dispose donc d'un modèle de mesure spécifiant que la variance des signaux mesurés par les p pixels pour chaque acquisition j est une fonction des matrices de passage identifiées précédemment. Cc modèle peut être exploité pour reconstruire le module p du profil d'absorption. [0216] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L'homme de l'art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaitront à l'homme de l'art. En particulier, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux formules mathématiques employées dans la présente description. Plus généralement, la méthode proposée est applicable pour d'autres formes d'équations modélisant le processus optique. A titre d'exemple, dans le modèle d'acquisition présenté ci-dessus, on a considéré une amplitude am commune à l'ordre (1)L+o)US et à l'ordre (t)L-o)US. A titre de variante, le modèle peut être affiné en considérant un vecteur propre pour chacun des deux ordres. [0217] De plus, dans les exemples décrits ci-dessus, il est prévu un unique saut de phase par période de modulation acoustique Tus. A titre de variante, on peut prévoir un nombre de sauts de phase par période Tus supérieur à 1, pour améliorer la sélectivité spatiale lors de la reconstruction du profil d'absorption. [0218] Par ailleurs, les exemples décrits ci-dessus peuvent être adaptés en remplaçant les sauts de phase appliqués par les dispositifs de modulation et de démodulation par des sauts de fréquence ou des sauts d'amplitude. [0219] En outre, dans les exemples décrits ci-dessus, le terme aM, pourra être utilisé pour prendre en compte, dans la matrice de passage, une éventuelle non uniformité du faisceau acoustique de marquage de l'échantillon dans la zone de marquage. [0220] Les méthodes de mesure de profil d'absorption décrites ci-dessus peuvent de plus être combinées avec une méthode de conjugaison de phase afin d'obtenir un meilleur rapport signal à bruit. Chaque mesure se fait alors en trois étapes : 1) Mesure du vecteur Y; par toute méthode adaptée, éventuellement une méthode connue de l'état de l'art ; 2) Extraction de la phase de la mesure complexe Y; puis refocalisation du faisceau incident sur l'échantillon par conjugaison de phase, par exemple au moyen d'un dispositif du type décrit dans la demande FR1903526 (B18214/DD19189) pré- P 33 cédemment déposée par le demandeur ; et 3) Nouvelle mesure du vecteur Y', selon la méthode décrite ci-dessus. [0221] Dans une autre variante, une série de mesures peut être réalisée avec un même couple de motifs Q et e pour chaque mesure, une analyse de la variation de la phase de ces mesures étant mise en oeuvre pour extraire des informations quant au milieu observé. En particulier, en champ libre, les variations de phase peuvent permettre de détecter des mouvements dans l'axe du faisceau, ou encore des variations de densité d'un milieu diffusant (par exemple le brouillard). En milieu diffusant, les variations de phase peuvent permettre de détecter d'éventuels mouvements des diffuseurs dans le milieu (variation des mouvements de plaquettes permettant de remonter à des informations de rythme cardiaque par exemple). La fonction de coût sera éventuellement adaptée en conséquence (le terme de régularisation pondéré par le coefficient X peut s'appliquer sur le module ou la phase des mesures). [0222] Par ailleurs, on pourra prévoir un apprentissage de motifs d'absorption avec les motifs Q et e pour permettre une détection directe des profils d'absorption à partir des mesures, sans passer par la phase de reconstruction par minimisation de la fonction de coût. [0223] On notera de plus que bien que, dans les exemples décrits ci-dessus, la modulation du faisceau lumineux objet et, le cas échéant, la modulation du faisceau lumineux de référence, soient réalisés par modulation acousto-optique, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à ce cas particulier. Plus généralement, toute autre méthode de modulation d'un faisceau lumineux peut être utilisée, par exemple des méthodes de modulation par effet Pockels. En particulier, dans les exemples des figures 6 et 7, les modulateurs acousto-optiques MA01 et MA02 peuvent être remplacés par des modulateurs à effet Pockels. Dans ce cas, le signal de modulation est un champ électrique et non plus une onde acoustique. 34 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] REVENDICATIONSSystème d'imagerie, comportant : - une source dc lumière cohérente (101) fournissant un faisceau objet (0) ct un faisceau de référence (R) ; - un dispositif de modulation (120; MA01 ; 820) adapté à moduler tout ou partie du faisceau objet par un signal de modulation ; - un capteur d'images (109 ; 609) agencé pour recevoir une figure d'interférence résultant d'une combinaison du faisceau objet (0) et du faisceau de référence (R) ; et - un dispositif de démodulation (109 ; MA02) de la partie modulée du faisceau objet, le système étant configuré pour, lors d'une phase de mesure : - appliquer au signal de modulation, par l'intermédiaire du dispositif de modulation (120 ; MA01 ; 820), une première séquence pseudoaléatoire (I)) de sauts d'un paramètre choisi parmi la phase, la fréquence et l'amplitude ; et - appliquer simultanément à la partie modulée du faisceau objet (0), par l'intermédiaire du dispositif démodulation (109 ; MA02), une deuxième séquence pseudo-aléatoire (Q) de sauts dudit paramètre, dans lequel les première (4)) et deuxième (Q) séquences de sauts dudit paramètre sont non corrélées. Système selon la revendication 1, configuré pour, lors d'une phase d'acquisition, mettre en oeuvre M phases de mesure successives, M étant un entier supérieur ou égal à 2, et, à chaque phase de mesure, acquérir, via le capteur d'images (1109 ; 609), une valeur (Y;) représentative du champ complexe de la partie modulée du faisceau objet (0). Système selon la revendication 2, comportant un dispositif de traitement configuré pour mettre en oeuvre une étape de reconstruction, à partir des M valeurs (Y;) acquises lors de la phase d'acquisition, d'un jeu de L valeurs représentatives de l'absorption lumineuse à L positions distinctes sur le trajet optique de la partie modulée du faisceau objet, L étant un entier supérieur ou égal à 2. Système selon la revendication 3, dans lequel L est. supérieur à M. Système selon lune quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif de modulation (120 ; MA01 ; 820) est. un dispositif de modulation acousto-optique. Système selon la revendication 5, dans lequel le dispositif de mo- 35 [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] dulation (120; 820) comprend un transducteur ultrasonore, le signal de modulation étant une onde ultrasonore appliquée par le transducteur ultrasonore à une partie d'un échantillon (105) à analyser, placé sur le trajet optique du faisceau objet (0). Système selon la revendication 6, dans lequel le dispositif de modulation (820) comprend une pluralité de transducteurs ultrasonores agencés en barrette ou en matrice, et dans lequel, lors de chaque phase de mesure, l'onde ultrasonore de modulation est émise par fraction par les différents transducteurs selon une fonction pseudo-aléatoire y. Système selon la revendication 4, dans lequel le dispositif de modulation (MA01) comprend un modulateur acousto-optique placé sur le trajet optique du faisceau objet (0) en amont d'une scène (705) à analyser. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif de démodulation est un dispositif de démodulation électronique intégré au capteur d'images (109). Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif de démodulation comprend un modulateur acousto-optique (MA02) placé sur le trajet optique du faisceau de référence (R), en amont du capteur d'images (609).