Les chercheurs ont développé une méthode d'imagerie haute résolution unique qui peut capturer des images spectrales dans l'infrarouge moyen d'événements rapides ou de processus dynamiques qui se déroulent de l'ordre de quelques millisecondes. Cette gamme spectrale est utilisée pour de nombreuses applications car elle peut révéler la composition chimique détaillée d'un échantillon.
"Cette nouvelle approche pourrait un jour être utilisée pour présélectionner des biopsies médicales afin d'identifier celles qui nécessitent un examen plus approfondi, " a déclaré Peter Tidemand-Lichtenberg, membre de l'équipe de recherche du DTU Fotonik au Danemark. "Il pourrait être utilisé pour rechercher les signatures chimiques du cancer et d'autres maladies de manière à augmenter la précision et la vitesse des diagnostics."
Un groupe multi-institutionnel de chercheurs décrit la nouvelle approche d'imagerie dans Optique , Le journal de l'Optical Society (OSA) pour la recherche à fort impact. Ils démontrent également certaines des applications potentielles de la technique en imageant un flux de gaz et en distinguant des échantillons cancéreux et normaux de tissu œsophagien.
"Bien que la spectroscopie dans l'infrarouge moyen soit reconnue comme un outil puissant pour l'analyse chimique, son applicabilité a été entravée par un manque de sources lumineuses abordables et de détecteurs sensibles, " a déclaré Tidemand-Lichtenberg. " Pour surmonter cette barrière, nous avons utilisé une approche qui traduit les informations de la région de l'infrarouge moyen, où les signatures chimiques sont les plus distinctes, au proche infrarouge, là où la technologie des caméras d'aujourd'hui est la plus mature et la plus sensible."
Spectroscopie infrarouge moyen pratique
Les chercheurs se sont appuyés sur un processus connu sous le nom de conversion de fréquence non linéaire dans lequel de l'énergie est ajoutée à un photon pour changer sa longueur d'onde, et donc sa couleur. Bien que la conversion de fréquence, ou conversion ascendante, est souvent utilisé pour changer la longueur d'onde de la sortie d'un laser, les chercheurs du DTU Fotonik ont développé un système de détection capable de déplacer une image entière de l'IR moyen dans la gamme de longueurs d'onde du proche infrarouge tout en préservant toutes les informations spatiales.
Le système intègre une nouvelle source de lumière infrarouge moyen développée par des collaborateurs de l'Institut des sciences photoniques (ICFO). Cette source lumineuse à longueur d'onde unique peut être réglée sur différentes longueurs d'onde et elle utilise également une conversion de fréquence pour générer la lumière infrarouge moyen. En réalité, les chercheurs ont utilisé le même laser proche infrarouge pulsé pour deux choses :générer la lumière IR moyen accordable et réaliser la conversion ascendante de l'image.
"Cette approche produit des impulsions de puissance de crête élevées en parfait synchronisme, éliminant le besoin d'un contrôle temporel sophistiqué des impulsions, conduisant à des images avec un bon rapport signal sur bruit, " a expliqué Tidemand-Lichtenberg. " De plus, notre configuration optique est conçue d'une manière qui nécessite très peu de post-traitement après l'acquisition des images."
Imagerie d'événements rapides et d'échantillons complexes
Les chercheurs ont démontré la vitesse d'imagerie de leur nouvelle approche de spectroscopie de conversion ascendante dans l'infrarouge moyen en réglant le laser d'éclairage pour qu'il corresponde à l'absorption maximale d'un flux de gaz et en acquérant une vidéo avec 40 images par seconde.
Ils ont également mené une étude pilote, dirigée par les membres de l'équipe de l'Université d'Exeter, dans lequel le système a été utilisé pour évaluer des échantillons de tissus œsophagiens cancéreux et sains. Ils ont constaté que la morphologie et la classification spectrale utilisant leur système correspondaient bien aux images histopathologiques colorées standard.
"Notre approche d'imagerie par conversion ascendante est générique et constitue une simplification majeure dans la réalisation de la fréquence d'images vidéo, imagerie monochromatique dans l'infrarouge moyen, " a déclaré Tidemand-Lichtenberg.
« Les informations spectrales fournies par cette technique pourraient être combinées à un apprentissage automatique pour permettre plus rapidement, et peut-être plus objectif, diagnostics médicaux basés sur des signatures chimiques sans coloration."
