Applications médicales de la lumière, regarder à l'intérieur des tissus humains, sont souvent limités par la nature hautement diffusante des tissus. Inuit, une limite inférieure d'un photon par pixel de caméra est supposée. Des scientifiques de l'Université de Twente aux Pays-Bas et de Caltech à Pasadena, ETATS-UNIS, prouver que la limite inférieure est en fait beaucoup plus basse, ouvrant ainsi la possibilité d'aller plus profondément dans les tissus avec moins de lumière.

Comment envoyez-vous de la lumière à travers les tissus diffusants et de quelle quantité de lumière avez-vous réellement besoin pour cela ? Un photon par pixel de la caméra serait la limite inférieure, tu pourrais dire. Remarquablement, tu peux descendre beaucoup plus bas, chercheurs de l'UT et du Caltech montrent Lettres d'examen physique .

Bien que la lumière ait des applications biomédicales prometteuses, par exemple pour mesurer la circulation sanguine ou tracer des tumeurs, la profondeur est limitée par la forte dispersion du tissu. De combien de lumière avez-vous réellement besoin ? Les nouveaux résultats des chercheurs de l'Université de Twente aux Pays-Bas et de Caltech à Pasadena, montre que la limite inférieure intuitive d'un photon par pixel n'est en fait pas la limite inférieure. Grâce au caractère ondulatoire de la lumière, même quelques millièmes de photon par pixel suffisent. Pour plusieurs raisons, c'est une bonne nouvelle, car vous ne pouvez pas simplement utiliser plus de lumière :trop de lumière peut endommager les tissus.

Traçage de retour

La petite quantité de lumière qui se fraie un chemin à travers les tissus, a parcouru un chemin complexe. Il est dispersé plusieurs fois, mais finit par trouver une issue. Si vous parvenez à revenir sur ce chemin, vous savez quelle forme d'onde est nécessaire pour envoyer la lumière à travers les tissus avec succès. Bien que vous ne connaissiez pas le chemin exact dans ce cas, vous savez qu'il existe un chemin :vous calculez le résultat jusqu'à la source. De cette façon, il est également possible de focaliser la lumière à l'intérieur des tissus, permettant de regarder à travers les tissus ou plus profondément à l'intérieur du cerveau.

Contre-intuitif

Imaginez pas plus de 1000 photons voyageant à travers les tissus, tandis que la puce de l'appareil photo a 200 000 pixels. La première pensée est que seulement 1000 pixels reçoivent de la lumière, montrant un « speckle » occasionnel ici et là. Ce n'est pas la bonne hypothèse, toutefois. Différents pixels peuvent, à la fois, enregistrer les informations d'un seul photon. Comme la lumière est aussi une onde, un photon peut parcourir des chemins différents. La phase de la lumière tombant sur les pixels de la caméra, est toujours une combinaison du signal réel et d'une source de référence. Même avec un « rapport inégal » de pixels et de photons, l'image complète est disponible et peut être calculée jusqu'à la source. Bien que l'image ait moins de contraste, il reste possible de le reconstituer. C'est quelque chose auquel vous ne vous attendriez pas à voir les photons comme des particules séparées. Ce résultat contre-intuitif prouve que vous avez besoin de beaucoup moins de lumière pour pénétrer profondément dans les tissus. C'est une bonne nouvelle pour les applications des nouvelles techniques d'imagerie, par exemple des techniques hybrides qui utilisent une combinaison de lumière et d'ultrasons.