Brevet FR3159837A1 — publié le 20250905

L’invention concerne un procédé de caractérisation d’une sonde optique, ladite sonde optique comportant une extrémité distale destinée à venir en vis-à-vis d’une zone d’intérêt, un étage d’excitation (ET_exc) ayant une source lumineuse d’excitation (L) apte à émettre un signal lumineux d’excitation (SL) et au moins une fibre optique d’excitation (F_exc) connectée sur la source lumineuse d’excitation (L) pour guider le signal lumineux d’excitation (SL) jusqu’à l’extrémité distale de la sonde, et un étage de détection (ET_det) comportant au moins une fibre optique de détection (F_det) apte à guider un signal lumineux de détection et au moins un détecteur (D) qui est étalonné et sur lequel est connecté la fibre optique de détection (F_det) pour mesurer le signal lumineux de détection. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2 Procédé de caractérisation d’une sonde optique Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de caractérisation d’une sonde optique. Etat de la technique Dans le domaine du traitement de certaines pathologies, il est connu de venir implanter une sonde optique destinée à illuminer les tissus à traiter. L’action de la lumière sur ces tissus dispose de différentes vertus médicales. Ces sondes sont également couramment utilisées pour le diagnostic médical ou le suivi de marqueurs physiologiques. Dans ces sondes optiques, au niveau de l’étage d’excitation, la source de lumière de type polychromatique est souvent positionnée du côté proximal et la lumière est émise en bout de sonde, du côté distal, en vis-à-vis des tissus à traiter. Du côté de l’étage d’excitation, entre la source et l’extrémité de la sonde, le signal lumineux est émis à travers une ou plusieurs fibres optiques clivées. L’étage de détection est pour sa part composé d’une ou plusieurs fibres optiques clivées d’un côté, au niveau de l’extrémité distale de la sonde pour recueillir le signal, et connectées de l’autre côté à un ou plusieurs détecteurs résolus spectralement. Ce type de sonde nécessite un étalonnage radiométrique de son étage d’excitation et un étalonnage de son étage de détection. Certaines méthodes utilisent une source lumineuse étalonnée. Cependant, ces sources ne fonctionnent qu’avec une connectique standard et ne sont donc pas adaptées pour des fibres optiques clivées. D’autres solutions d’étalonnage sont basées sur l’auto-étalonnage et sont des méthodes relatives. Elles s’affranchissent cependant de la puissance délivrée par la sonde en sortie. Actuellement, il n’existe donc pas solutions qui permettent de remonter simultanément à la puissance optique injectée dans le milieu, et à la puissance collectée, sur l’ensemble du spectre allant du visible au proche infrarouge. Le but de l’invention est de proposer un procédé d’étalonnage d’une sonde optique permettant, par une caractérisation de son étage d’excitation et de son étage de détection, d’étalonner la puissance optique totale délivrée par la sonde et la puissance collectée par la sonde sur une bande spectrale allant du visible au proche infrarouge. Ce but est atteint par un procédé de caractérisation d’une sonde optique, ladite sonde optique comportant une extrémité distale destinée à venir en vis-à-vis d’une zone d’intérêt, un étage d’excitation ayant une source lumineuse d’excitation apte à émettre un signal lumineux d’excitation et au moins une fibre optique d’excitation connectée sur la source lumineuse d’excitation pour guider le signal lumineux jusqu’à l’extrémité distale de la sonde, et un étage de détection comportant au moins une fibre optique de détection apte à guider un signal lumineux de détection et au moins un détecteur qui est étalonné et sur lequel est connecté la fibre optique de détection pour mesurer le signal lumineux de détection, ledit procédé comportant : Une première étape de caractérisation d’un étage de détection de référence comprenant ledit détecteur, une fibre optique d’excitation de référence et un correcteur de cosinus, cet étage de détection de référence étant connecté sur une source lumineuse de référence via son correcteur de cosinus, ladite première étape de caractérisation consistant à émettre un signal lumineux de référence à travers la fibre optique d’excitation de référence et à mesurer un spectre lumineux à l’aide dudit détecteur pour en déduire la sensibilité de l’étage de détection de référence sur un signal optique émis en entrée, Une deuxième étape de caractérisation de l’émission générée par une surface optique d’émission de référence (S_em) positionnée entre la source lumineuse d’excitation émettant son signal lumineux d’excitation à travers ladite surface optique de référence et ledit étage de détection de référence, ladite étape de caractérisation consistant à connaître un signal lumineux de référence généré en sortie de la surface optique d’émission de référence à partir du signal mesuré en sortie de l’étage de détection de référence et de la sensibilité de l’étage de détection de référence, Une troisième étape de caractérisation de l’étage de détection de la sonde optique en la connectant en sortie de la surface optique d’émission de référence, la surface optique de référence recevant en entrée ledit signal lumineux d’excitation émis par la source lumineuse d’excitation pour émettre en sortie le signal lumineux de référence, cette troisième étape de caractérisation consistant à mesurer un spectre lumineux à l’aide dudit détecteur pour en déduire la sensibilité de l’étage de détection sur un signal optique émis en entrée, Une quatrième étape de caractérisation de l’étage d’excitation de la sonde optique en vue de déterminer la puissance optique obtenue en sortie de la fibre optique d’excitation pour chaque longueur d’onde du signal lumineux d’excitation émis par la source lumineuse d’excitation. Selon une réalisation particulière, la quatrième étape de caractérisation de l’étage d’excitation de la sonde optique consiste à : Positionner l’étage d’excitation de la sonde optique en entrée d’une surface de réflexion pour obtenir un signal lumineux réfléchi injecté dans l’étage de détection de la sonde optique, et mesurer un signal à l’aide du détecteur en vue de caractériser le signal lumineux réfléchi en fonction de la longueur d’onde, Positionner l’étage d’excitation de la sonde optique en entrée d’une photodiode pour mesurer la puissance optique du signal émis en entrée, En déduire un coefficient établissant une relation entre la puissance optique du signal optique émis en fonction de sa longueur d’onde. Selon une autre réalisation particulière, la quatrième étape de caractérisation de l’étage d’excitation de la sonde optique consiste à : Positionner l’étage d’excitation de la sonde optique en entrée d’un spectroradiomètre en vue de déterminer la puissance du signal optique émis en fonction de la longueur d’onde. L’invention concerne également une sonde optique comprenant une extrémité distale destinée à venir en vis-à-vis d’une zone d’intérêt, un étage d’excitation ayant une source lumineuse d’excitation apte à émettre un signal lumineux d’excitation et au moins une fibre optique d’excitation connectée sur la source lumineuse d’excitation pour guider le signal lumineux d’excitation jusqu’à l’extrémité distale de la sonde, et un étage de détection comportant au moins une fibre optique de détection apte à guider un signal lumineux de détection et au moins un détecteur qui est étalonné et sur lequel est connecté la fibre optique de détection pour capturer le signal lumineux de détection, ladite sonde optique étant caractérisée selon le procédé tel que défini ci-dessus. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels : La FIG. 1 représente de manière schématique l’architecture d’une sonde optique à étalonner par le procédé de l’invention ; La FIG. 2 représente le schéma général mis en œuvre pour l’étalonnage de la sonde optique, selon le procédé de l’invention ; Description détaillée d'au moins un mode de réalisation En référence à la FIG. 1 , l’invention concerne l’étalonnage d’une sonde optique 1 composée de : Un étage d’excitation ET_exc comprenant une source lumineuse L d’excitation polychromatique capable d’émettre un signal lumineux d’’excitation SL sur la gamme spectrale visible-proche infrarouge et une fibre optique d’excitation F_exc clivée par laquelle est émis le signal lumineux ; Un étage de détection ET_det comprenant une ou plusieurs fibres optiques de détection F_det clivées du côté distale de la sonde 1 et connectées chacune de l’autre côté à une voie distincte d’un détecteur D, tel qu’un spectromètre ; Partant de cette architecture, le principe général de l’invention est de venir étalonner chaque entité de la sonde 1, c’est-à-dire les différents éléments de son étage d’excitation ET_exc et les différents éléments de son étage de détection ET_det. Par le terme « étalonner », on comprend qu’il s’agit de venir déterminer la sensibilité (désignée E dans la suite de la description) de l’élément testé au niveau de l’étage d’excitation ET_exc et de l’étage de détection ET_det, et ainsi de s’assurer in fine que toute la chaîne (excitation+détection) est maîtrisée. Une fois le procédé d’étalonnage mis en œuvre, on peut ainsi garantir une corrélation fiable entre le signal émis en entrée de la sonde 1et le signal diffusé en bout de sonde, et permettre une exploitation fiable du signal de détection obtenu. Le procédé de l’invention est décrit en liaison avec la FIG. 2 . Sur la FIG. 2 , les références qui se terminent par un point d’interrogation correspondent aux informations recherchées. Etalonnage spectral – PH1 La première phase PH1 consiste à réaliser un étalonnage spectral du détecteur D et à le calibrer. Cette étape est mise en œuvre en employant une source lumineuse de référence L_ref1, censée émettre un signal de référence SP_ref1 ayant des raies spectrales précises et connues. La source lumineuse émet un signal lumineux SL_ref1 et l’étalonnage du détecteur D est réalisé à partir du signal SP_1 obtenu en sortie du détecteur D et du signal de référence SP_ref1. Il faut noter que cette étape est optionnelle et que le détecteur D peut avoir déjà été étalonné préalablement, par exemple en usine. Etalonnage de l’étage de détection – PH2 Cette phase d’étalonnage PH2 de l’étage de détection ET_det peut se découper en trois étapes distinctes décrites ci-dessous. E1 : La première étape consiste à réaliser un étalonnage d’un étage de détection de référence ET_det_ref, composé d’une fibre optique de référence F_ref équipée d’un correcteur de cosinus (non représenté) et du détecteur D sur lequel vient se connecter la fibre optique de référence F_ref. Pour cela, on utilise une lampe standard L_ref2 émettant un signal lumineux SL_ref2 connu à travers la fibre optique de référence F_ref, via le correcteur de cosinus. Le signal mesuré par le détecteur est désigné SP_2. En le comparant au signal SL_ref2 connu, on vient réaliser un étalonnage de l’étage de détection de référence ET_det_ref et déterminer la sensibilité E_ref2 de cette étage de détection de référence ET_det_ref. La sensibilité E_ref2 correspond ainsi au rapport entre le signal SP_2 et le signal de référence SL_ref2, selon la relation suivante : E2 : Cette étape est destinée à caractériser une surface d’émission S_em. Pour cela, on utilise une surface d’émission S_em dont on va étalonner l’émission de lumière polychromatique par diffusion à destination de l’étage de détection de référence ET_det_ref, celui-ci ayant été étalonné lors de l’étape précédente. L’uniformité spatiale de l’émission optique est assurée par l’association d’une source lumineuse L large spectre avec un fantôme formé de la surface d’émission S_em, cette surface d’émission S_em diffusant avantageusement avec les mêmes propriétés optiques que celles des tissus vivants. La source lumineuse L émet un signal lumineux SL à travers une fibre optique émettant en espace libre à son extrémité. La distance entre l’extrémité de sortie de cette fibre optique et la surface d’émission S_em est ajustée de sorte à assurer le meilleur compromis entre uniformité spatiale et puissance d’émission de la surface d’émission S_em. L’étage de détection de référence ET_det_ref est connecté en sortie de la surface d’émission S_em. En sortie de la surface d’émission S_em, on obtient un signal lumineux SL_ref3 que l’on cherche à caractériser. Ce signal SL_ref3 est injecté dans l’étage de détection de référence ET_det_ref que l’on a caractérisé lors de l’étape précédente. En sortie, on obtient un signal SP_corr3 qui, en tenant compte de la sensibilité E_ref2 (déterminée précédemment) de l’étage de détection de référence ET_det_ref, permet de remonter au signal SL_ref3 émis en sortie de la surface d’émission S_em. On vient ainsi générer un signal SL_ref3 connu, permettant une caractérisation de l’étage de détection ET_det de la sonde. Ce signal SL_ref3 est ainsi défini par le rapport entre le signal SP_corr3 obtenu en sortie du détecteur D et la sensibilité E_ref2 de l’étage de détection de référence ET_det_ref, selon la relation suivante : E3 : La surface d’émission S_em étant caractérisée, on replace l’ensemble formé par la source lumineuse L émettant le signal lumineux SL et la surface d’émission S_em en entrée de l’étage de détection ET_det, formé désormais de la fibre de détection F_det de la sonde optique 1 et du détecteur D. En sortie, la surface d’émission S_em émet donc le signal lumineux SL_ref3 et on obtient un signal SP_4 en sortie du détecteur D. On peut ainsi déterminer la sensibilité E_det de l’étage de détection ET_det en tenant compte du signal SL_ref3 connu appliqué en entrée. La sensibilité E_det correspond donc au rapport entre le signal SP_4 obtenu et le signal SL_ref3 injecté en entrée de l’étage de détection ET_det : La sensibilité E_det obtenue permet alors de convertir le nombre de coups que mesure le détecteur D sur chaque longueur d’onde, en une puissance optique. Etalonnage de l’étage d’excitation – PH3 ou PH3’ Il s’agit de remonter à la puissance optique PWR(λ) émise pour chaque longueur d’onde disponible. Cet étalonnage peut être réalisé en deux étapes successives (E10 et E20) ou en une seule étape (E100). E10 : Cette première étape consiste à placer l’étage d’excitation ET_exc, composée de la source lumineuse L et de la fibre optique d’excitation F_exc, en vis-à-vis d’une surface de réflexion S_r (capable d’effectuer une réflexion de type lambertienne). L’étage d’excitation émet en sortie un signal lumineux SL_exc à destination de la surface de réflexion S_r. Le signal lumineux réfléchi SL_r est envoyé sur l’étage de détection ET_det, caractérisé précédemment, ce signal SL_r étant celui que l’on cherche à caractériser en longueur d’onde. En sortie du détecteur D, on obtient un signal SP_corr5. La réflexion de type lambertienne permet d’obtenir un spectre de puissance en entrée de la fibre de détection F_det qui dispose d’une enveloppe spectrale identique à celle présente en sortie de la fibre d’excitation F_exc. Comme l’étage de détection Et_det a déjà été étalonné préalablement et que sa sensibilité E_det est connue, le signal de sortie SP_corr5 peut être connu, à un coefficient près. On obtient, en sortie d’un module de calcul M2, le signal de réflexion SL_r en fonction de la longueur d’onde, selon la relation : E20 : Lors de cette étape, on reprend l’étage d’excitation ET_exc pour émettre le signal lumineux SL_exc à destination d’une photodiode PHD, afin de pouvoir mesurer la puissance optique PWR en sortie de la photodiode PHD. La mesure sur la photodiode PHD de l’intégrale du spectre permet donc de déterminer la puissance totale du signal optique émis en sortie de la fibre d’excitation F_exc. En combinant les deux étapes ci-dessus, on peut venir déterminer un coefficient α à l’aide d’un module de calcul M3, selon la relation : Puis, on peut en déduire, pour chaque longueur d’onde, la puissance optique PWR(λ) du signal, selon la relation : Selon une variante illustrée par la phase PH3’ sur la FIG. 2 , on peut réaliser l’étalonnage de l’étage d’excitation ET_exc en une seule étape E100, dans laquelle on utilise un spectroradiomètre SR. Le signal SL émis par la lampe L est envoyé dans la fibre d’excitation F_exc et le signal SL_exc obtenu en sortie est injecté dans le spectroradiomètre SR. Ce dernier renvoie directement la puissance du signal obtenu en sortie en fonction de la longueur d’onde du signal émis en entrée, selon la référence PWR(λ). En résumé, l’étalonnage rends compte des grandeurs d’intérêt en se rapprochant au plus proche des conditions d’utilisation future de la sonde optique. Les pertes par couplages successifs sont entièrement prises en compte. Un autre point fort de la méthode est sa stabilité temporelle. Même après de nombreuses utilisations en intervertissant les fibres, l’étalonnage reste fiable pendant plusieurs semaines. Procédé de caractérisation d’une sonde optique, ladite sonde optique comportant une extrémité distale destinée à venir en vis-à-vis d’une zone d’intérêt, un étage d’excitation (ET_exc) ayant une source lumineuse d’excitation (L) apte à émettre un signal lumineux d’excitation (SL) et au moins une fibre optique d’excitation (F_exc) connectée sur la source lumineuse d’excitation (L) pour guider le signal lumineux d’excitation (SL) jusqu’à l’extrémité distale de la sonde, et un étage de détection (ET_det) comportant au moins une fibre optique de détection (F_det) apte à guider un signal lumineux de détection et au moins un détecteur (D) qui est étalonné et sur lequel est connecté la fibre optique de détection (F_det) pour mesurer le signal lumineux de détection, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte : Une première étape de caractérisation d’un étage de détection de référence (ET_det_ref) comprenant ledit détecteur (D), une fibre optique d’excitation de référence (F_ref) et un correcteur de cosinus, cet étage de détection de référence étant connecté sur une source lumineuse de référence (L_ref2) via son correcteur de cosinus, ladite première étape de caractérisation consistant à émettre un signal lumineux de référence (SL_ref2) à travers la fibre optique d’excitation de référence et à mesurer un spectre lumineux (SP_2) à l’aide dudit détecteur (D) pour en déduire la sensibilité (E_ref2) de l’étage de détection de référence (ET_det_ref) sur un signal optique émis en entrée, Une deuxième étape de caractérisation de l’émission générée par une surface optique d’émission de référence (S_em) positionnée entre la source lumineuse d’excitation (L) émettant son signal lumineux d’excitation (SL) à travers ladite surface optique de référence (S_em) et ledit étage de détection de référence (ET_det_ref), ladite étape de caractérisation consistant à connaître un signal lumineux de référence (SL_ref3) généré en sortie de la surface optique d’émission de référence (S_em) à partir du signal (SP_corr3) mesuré en sortie de l’étage de détection de référence et de la sensibilité (E_ref2) de l’étage de détection de référence (ET_det_ref), Une troisième étape de caractérisation de l’étage de détection (ET_det) de la sonde optique en la connectant en sortie de la surface optique d’émission de référence (S_em), la surface optique de référence recevant en entrée ledit signal lumineux d’excitation (SL) émis par la source lumineuse d’excitation (L) pour émettre en sortie le signal lumineux de référence (SL_ref3), cette troisième étape de caractérisation consistant à mesurer un spectre lumineux (SP_4) à l’aide dudit détecteur (D) pour en déduire la sensibilité (E_det) de l’étage de détection (ET_det) sur un signal optique émis en entrée, Une quatrième étape de caractérisation de l’étage d’excitation (ET_exc) de la sonde optique (1) en vue de déterminer la puissance optique obtenue en sortie de la fibre optique d’excitation (F_exc) pour chaque longueur d’onde du signal lumineux d’excitation émis par la source lumineuse d’excitation. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quatrième étape de caractérisation de l’étage d’excitation de la sonde optique consiste à : Positionner l’étage d’excitation (ET_exc) de la sonde optique en entrée d’une surface de réflexion (S_r) pour obtenir un signal lumineux réfléchi (SL_r) injecté dans l’étage de détection (ET_det) de la sonde optique, et mesurer un signal (SP_corr5) à l’aide du détecteur en vue de caractériser le signal lumineux réfléchi en fonction de la longueur d’onde, Positionner l’étage d’excitation (ET_exc) de la sonde optique en entrée d’une photodiode pour mesurer la puissance optique du signal émis en entrée, En déduire un coefficient établissant une relation entre la puissance (PWR) optique du signal optique émis en fonction de sa longueur d’onde. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quatrième étape de caractérisation de l’étage d’excitation de la sonde optique consiste à : Positionner l’étage d’excitation (ET_exc) de la sonde optique en entrée d’un spectroradiomètre (SR) en vue de déterminer la puissance du signal optique émis en fonction de la longueur d’onde. Sonde optique comprenant une extrémité distale destinée à venir en vis-à-vis d’une zone d’intérêt, un étage d’excitation (ET_exc) ayant une source lumineuse d’excitation (L) apte à émettre un signal lumineux d’excitation (SL) et au moins une fibre optique d’excitation (F_exc) connectée sur la source lumineuse d’excitation (L) pour guider le signal lumineux d’excitation (SL) jusqu’à l’extrémité distale de la sonde, et un étage de détection (ET_det) comportant au moins une fibre optique de détection (F_det) apte à guider un signal lumineux de détection et au moins un détecteur (D) qui est étalonné et sur lequel est connecté la fibre optique de détection (F_det) pour capturer le signal lumineux de détection, caractérisée en ce qu’elle est caractérisée selon le procédé tel que défini dans l’une des revendications 1 à 3.