Correction de la dispersion : optimisation pour l’imagerie de la peau

L’objectif de ce montage est l’imagerie de la peau. Comme on l’a vu, il convient de compenser la dispersion introduite par l’échantillon pour pouvoir l’imager pertinemment. Afin de ne pas complexifier le montage, la compensation de la dispersion se fera par l’uti- lisation d’objectifs de microscope à immersion. Afin d’être optimisé pour l’imagerie de la peau, le milieu d’immersion devra avoir une courbe de dispersion de forme identique à celle de la peau. Notons de plus que le schéma d’acquisition présenté précédemment entraîne qu’il n’est pas possible de déplacer un bras par rapport à l’autre (tout l’interféromètre restant solidaire). Ainsi, pour éviter le problème de la séparation des plans de cohérence et de focalisation, il est ici nécessaire que les indices moyens du milieu d’immersion et de la peau soient identiques. En d’autres termes, on recherche un milieu d’immersion ayant une courbe de dispersion identique à celle de la peau.

La peau, jusqu’à quelques millimètres en profondeur, se compose de deux couches : l’épiderme et le derme. Les courbes de dispersion de ces deux couches ont été mesurées [99] et sont présentées à la figure3.5.

L’eau est un milieu d’immersion donnant généralement des résultats corrects pour l’ima- gerie des milieux biologiques en FF-OCM, cependant, pour une application particulière à l’imagerie de la peau, il est possible de trouver des liquides d’immersion plus appropriés. A partir de leurs courbes de dispersion, de nombreux liquides d’immersion produits par

Figure 3.5 – Courbes de dispersion mesurées pour l’épiderme et le derme (obtenues à partir de [99]).

la société Cargille, dont les indices moyens se situaient autour de 1.45, ont été testés en simulation numérique afin de déterminer le liquide le plus adapté à l’imagerie de la peau. Ces simulations s’intéressent aux interférogrammes (et en particulier leur largeur) obtenus pour une pénétration dans 200 µm dans l’épiderme et 100 µm dans le derme, que l’on considèrera comme la limite de profondeur de pénétration de la FF-OCM (300 µm sous la surface de la peau). Finalement, le liquide retenu est le liquide Cargille S1050 d’indice 1.4 à 700 nm. La figure 3.6 représente les interférogrammes obtenus dans les conditions énoncées précédemment, pour le liquide retenu, en comparaison à une immersion dans l’eau. Les courbes de dispersion du liquide retenu et de l’eau sont représentées en parallèle des courbes de dispersion de l’épiderme et du derme. Les enveloppes des interférogrammes normalisées par rapport à celle correspondant au liquide retenu sont aussi présentées, on y ajoute celle correspondant à l’air pour référence. Cette figure ne prend pas en compte la séparation des plans, mais elle est bien sûr plus faible pour le liquide retenu du fait de son indice moyen plus proche de celui de la peau.

3.2.3 Conception mécanique

Afin d’avoir l’interféromètre le plus compact possible pour que notre montage puisse s’apparenter à un microscope conventionnel, on se propose de fixer les deux objectifs de microscope nécessaires à la configuration Linnik directement sur le support du cube sépa- rateur. Un objectif est dirigé vers le bas et constitue l’objectif du bras objet, tandis que l’autre objectif est placé dans la direction d’illumination, et constitue l’objectif du bras de référence. Une telle configuration n’est pas beaucoup plus encombrante qu’un cube sépa- rateur sur lequel est fixé un unique objectif de microscope (configuration en microscopie de réflexion conventionnelle).

Cependant, le choix de cette configuration compacte nécessite de développer une solu- tion pour le positionnement de la surface de référence, qui doit être fixée et solidaire de l’objectif du bras de référence afin que ce soit effectivement l’intégralité de l’interféromètre qui soit translaté par le degré de liberté en positionnement axial évoqué à la partie3.2.1, et afin de ne pas complexifier le montage en ajoutant des degrés de liberté sur le position- nement de la surface de référence, en perdant le gain en compacité acquis par la fixation

Figure 3.6 – Comparaison du liquide d’immersion retenu pour l’imagerie de la peau et d’une immersion à eau pour une imagerie à 300 µm dans la peau, pour une épaisseur de 200 µm d’épiderme et 100 µm de derme (simulations numériques). La source considérée est identique à celle considérée dans la figure2.22). a) interférogramme obtenu pour une immersion dans le liquide d’immersion retenu (Cargille S1050), b) pour une immersion à eau, c) courbes de dispersion de la peau, de l’eau, et du liquide Cargille S1050, sur la gamme spectrale associée à la source (visible et proche infrarouge) d) enveloppes des interférogrammes normalisées par rapport à celle obtenue pour le liquide Cargille S1050.

l’objectif de référence, dans laquelle on peut visser un écrou sur lequel la surface de référence est fixée. On peut ainsi jouer sur la position axiale de la surface de référence en vissant plus ou moins l’écrou. Notons qu’il est important que la surface de référence soit fixée à l’écrou de telle manière qu’elle soit plane, sans quoi le plan de cohérence dans les échantillons fera un angle par rapport au plan de focalisation, pouvant poser des problèmes de perte de signal (voir la partie2.3.3.2). L’utilisation d’une cuve permet aussi de la remplir facilement de liquide d’immersion. Un trou dans la cuve permet de la remplir même lorsque l’écrou est fixé. La figure3.7représente les différents éléments de cette cuve (fixations cuve/objectif, joints pour éviter les fuites lorsque la cuve est remplie de liquide d’immersion, cuve, écrou sur lequel la surface de référence peut être fixée), conçus en utilisant le logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) Solidworks.

Du point de vue de l’objectif du bras objet, il serait possible de placer directement l’échantillon sous l’objectif, en plaçant une goutte de liquide entre les deux. Cependant, pour maintenir l’échantillon fixe, dans l’optique de l’imagerie in vivo (où les mouvements de l’échantillon sont à limiter au maximum), on se propose de placer une plaque sous l’objectif du bras objet, sur laquelle un trou est percé au niveau de l’objectif, et une lame de verre (une « fenêtre ») de 500 µm est placée dans ce trou. Ainsi, l’échantillon peut être plaqué contre cette lame de verre et maintenu relativement fixe. Cette lame de verre permet ainsi aussi d’indiquer facilement la position de départ de la course de l’interféromètre selon le schéma présenté à la section3.2.1 : si l’échantillon est plaqué contre la lame, la surface de l’échantillon est ainsi donnée par la position de la « deuxième interface » de la lame de verre (les interfaces étant comptées en partant de l’objectif). Cette lame de verre permet aussi de régler facilement la position des deux objectifs de telle manière que la différence de marche entre les deux bras soit nulle (en surface de l’échantillon), condition toujours présumée jusqu’à maintenant. En effet, sans échantillon, placer les deux objectifs à la différence de marche nulle correspondra à observer des interférences entre la surface de référence et la deuxième interface de la lame de verre (en utilisant une source à spectre large pour ce réglage). Notons que pour compenser la dispersion introduite par cette lame de verre dans le bras objet, il est nécessaire d’introduire une lame de verre identique dans le bras de référence. Étant donné que le coefficient de réflexion d’une interface verre/air est de 3.5% (en considérant que le verre est en silice fondue), coefficient ne dégradant pas la sensibilité en considérant les valeurs de Rincoh typiques en FF-OCM (voir figure 2.20), la surface de référence sera simplement la deuxième interface d’une lame de verre identique à celle placée dans le bras objet. De plus utiliser la même surface dans les deux bras entraîne un contraste des franges maximal lorsque qu’on s’intéresse aux interférences entre ces deux

Figure 3.8 – Schéma de l’ensemble du montage de FF-OCM conçu, avec les différents degrés de libertés associés. En noir, le degré de liberté nécessaire à l’acquisition, en orange, les degrés de liberté de réglage de l’interféromètre.

surfaces, ce qui facilite la tâche de réglage de la différence de marche nulle.

Notons finalement que, tout comme il était nécessaire de placer un degré de liberté pour le réglage de la position axiale de la surface de référence pour que l’objectif de référence soit bien focalisé sur celle-ci, il est nécessaire de placer un degré de liberté sur la position axiale de la plaque sur laquelle est montée la lame de verre dans le bras objet (via une platine de translation manuelle), pour pouvoir jouer sur la position de l’objectif du bras objet (pour régler la position de la différence de marche nulle) tout en maintenant la lame de verre focalisée, ou permettre de déplacer la surface de l’échantillon si besoin.

Ainsi, l’interféromètre comporte trois degrés de liberté de réglage (surface de référence (lame de verre) via l’écrou de la cuve, objectif de référence, fixé au cube séparateur par un tube réglable, et plaque sur laquelle la lame de verre du bras objet est fixée via une platine de translation manuelle). Mais ceux-ci sont normalement fixés après réglage, et le seul degré de liberté utile pendant une mesure est celui de la totalité de l’interféromètre comme décrit à la partie3.2.1. Pour assurer ce mouvement axial, l’interféromètre est fixé à un PZT au niveau du cube séparateur. La figure3.8représente schématique l’intégralité du système FF-OCM ainsi conçu, avec la mécanique associée. Notons que la voie d’éclairage sera simplement montée sur un rail, tandis que la caméra, la lentille de tube, le PZT et la plaque sur laquelle se trouve la lame de verre du bras objet seront fixés à une colonne via des équerres.