Des chercheurs ont montré qu'une technologie de détection empruntée à l'optique quantique peut être utilisée pour effectuer une tomographie par cohérence optique (OCT) avec une puissance lumineuse beaucoup plus faible qu'auparavant. Cela pourrait grandement améliorer la qualité d'imagerie disponible à partir de l'OCT utilisé pour les applications d'imagerie médicale.

L'OCT utilise la lumière pour fournir des images 3D haute résolution de manière non invasive. Bien qu'il soit couramment utilisé pour les applications ophtalmologiques, L'OCT peut également être utilisé pour imager de nombreuses autres parties du corps telles que la peau et l'intérieur des oreilles, bouche, artères et tractus gastro-intestinal.

"Pour les applications cliniques, pouvoir effectuer l'OCT avec une faible puissance lumineuse est crucial car les normes de sécurité limitent les niveaux d'intensité lumineuse pouvant être utilisés, " a déclaré le chef de l'équipe de recherche Sylwia Kolenderska de l'Université d'Auckland en Nouvelle-Zélande. " Dans certains cas, ces niveaux de puissance ne sont pas assez élevés pour obtenir une bonne qualité d'image."

Dans la revue The Optical Society (OSA) Lettres d'optique , les chercheurs décrivent comment ils ont remplacé les détecteurs OCT standard par des détecteurs supraconducteurs à photon unique (SSPD), une technologie utilisée en optique quantique pour distinguer les photons individuels. Cette configuration leur a permis d'obtenir une bonne qualité d'image avec des niveaux de puissance jusqu'à 1 million de fois inférieurs à ceux actuellement utilisés dans les instruments OCT.

"À l'avenir, si la technologie de détection à photon unique pouvait être rendue beaucoup plus petite et moins chère, une gamme d'appareils de diagnostic portables basés sur l'imagerie basée sur la lumière pourrait être créée à des fins d'autodiagnostic en toute sécurité dans le confort de son foyer, " a déclaré Kolenderska.

Capturer des photons uniques

Les chercheurs ont proposé le nouveau schéma de détection tout en développant une méthode OCT basée sur la lumière quantique pour laquelle les SSPD étaient essentiels. Ils se sont vite rendu compte que les SSPD pouvaient également être utilisés dans un arrangement OCT standard pour améliorer la sensibilité.

« Parce que les SSPD peuvent détecter des photons uniques, un instrument OCT les utilisant ne nécessite qu'une infime quantité de lumière par rapport à ce qui est actuellement utilisé dans les machines OCT modernes, " dit Kolenderska. " Pourtant, il produit toujours des images très détaillées qui sont comparables aux systèmes OCT existants."

L'intégration des SSPD dans un système OCT standard a nécessité quelques modifications de la configuration optique typique. Les instruments OCT modernes fonctionnent en discernant les couleurs, ou longueurs d'onde, de lumière réfléchie par un objet. Cette discrimination de longueur d'onde peut être effectuée en utilisant un seul détecteur de pixel tandis que la source lumineuse produit une longueur d'onde à la fois ou elle peut être effectuée avec un réseau de diffraction qui divise la lumière en différentes longueurs d'onde comme un prisme et une caméra qui détecte ces longueurs d'onde.

Les chercheurs ont utilisé une fibre au lieu d'un réseau pour séparer différentes couleurs, qui voyagent chacun à des vitesses différentes le long de la fibre. A la sortie de la fibre, ils ont utilisé le SSPD pour capturer les différentes couleurs lorsqu'elles arrivent à des moments différents. Cela a permis d'acquérir le spectre lumineux pour reconstruire les images OCT.

La lumière à faible consommation produit des images de haute qualité

Pour démontrer le nouveau schéma de détection, les chercheurs ont acquis des images OCT d'une pile de trois types de verre et d'un morceau d'oignon, qui représentait un échantillon biologique. Ils ont obtenu des images de bonne qualité des deux échantillons à des niveaux d'intensité lumineuse d'au moins cinq ordres de grandeur inférieurs à ceux fixés par les normes de sécurité.

"Nos résultats montrent que la nouvelle approche de détection pourrait permettre une imagerie OCT de qualité de différentes parties du corps, organes particulièrement sensibles tels que les yeux, sans se soucier de dépasser les niveaux de sécurité en termes de puissance lumineuse, " dit Kolenderska. " En fait, le SSPD serait endommagé de manière irréparable bien avant même que 1% du niveau de sécurité ne soit atteint."

Les chercheurs ont fait, cependant, observer des artefacts - des éléments qui ne correspondent pas à la structure de l'échantillon - dans les images OCT qu'ils ont acquises. Ceux-ci apparaissent parce que le système de détection détecte toutes sortes d'interactions entre les photons, pas seulement ceux nécessaires pour reconstruire une image réelle. Ils expérimentent pour trouver le meilleur moyen d'éviter ces artefacts sans compromettre la vitesse d'imagerie, qu'il serait important de conserver pour les applications cliniques.