Mesures quantitatives

Imagerie de contraste speckle

Toutes les méthodes de FF-OCM-A présentées jusqu’à maintenant donnent des images permettant de cartographier les écoulements sans en donner d’informations quan- titatives sur la vitesse. Afin d’étudier la possibilité d’obtenir des mesures quantitatives en SV-FF-OCM, un échantillon présentant des canaux de différents diamètres (200 µm, 50 µm, 30 µm et 15 µm) inclus dans une zone de taille adaptée au champ d’observation de notre système FF-OCM, a été conçu et réalisé en partenariat avec l’équipe IBIV (imagerie biophotonique in vivo) du laboratoire IMNC (imagerie et modélisation en neurobiologie et cancérologie). Ce laboratoire interdisciplinaire, porté par les Universités Paris Diderot et Paris Sud, se spécialise dans l’imagerie multi-modale préclinique et clinique, la modé- lisation des processus tumoraux et la recherche en radiothérapie. Ce partenariat s’inscrit dans le développement de méthodes d’imagerie multi-modales du petit animal, dans le but d’obtenir des images fonctionnelles de l’activité cérébrale de la souris, en particulier via la mesure de vitesses d’écoulement sanguin.

Figure 4.13 – Échantillon constitué de différents canaux de diamètres fixés pour l’étude de la possibilité de mesures quantitatives de vitesses d’écoulement en SV-FF-OCM. Champ : 990 µm × 990 µm.

L’objectif de l’échantillon réalisé, dont une image est présenté en figure4.13, est de pou- voir avoir un échantillon présentant en parallèle différents écoulements de vitesse connue, afin d’étudier comment l’amplitude du signal SV-FF-OCM peut être reliée à une vitesse d’écoulement. Il a été montré que le contraste du speckle pour une zone en mouvement est lié à la vitesse de ce mouvement [150]. Le contraste du speckle peut se calculer simplement en divisant une image de variance par une image d’amplitude (image tomographique).

Ainsi, le calcul du contraste du speckle à partir des images obtenues en SV-FF-OCM permettrait d’apporter une information quantitative sur les vitesses d’écoulement. Cette méthode d’imagerie quantitative de flux est couramment utilisée sur des systèmes non résolus en profondeur, sous le nom d’imagerie de contraste speckle (ou LASCA pour laser speckle contrast analysis ou encore LSCI pour laser speckle contrast imaging) [151], et a récemment été implémentée sur un système d’OCT conventionnelle [152].

Nous n’avons malheureusement jusqu’à présent pas pu la tester sur notre système, en raison du fait que le signal était perdu lorsque l’intralipide était pompé dans l’échantillon développé, pour des raisons non identifiées.

Cependant, notons qu’un autre objectif de ces échantillons était de simuler l’imagerie des capillaires du cerveau de souris au travers du crane, les canaux de l’échantillon étant enfouis sous une couche de PDMS (silicone) diffusant d’environ 300 µm modélisant le crane de souris. L’imagerie de capillaires a pu se faire au travers de cette couche (voir figure4.14), laissant supposer que cette méthode pourrait fonctionner pour l’imagerie angiographique non invasive du cerveau de souris (si le signal provenant du sang en écoulement n’est pas perdu).

Suivi de particules

Afin de fournir des informations quantitatives sur les écoulements, une autre option est de profiter de la haute résolution du système FF-OCM pour « suivre » les particules au cours de leur déplacement à partir de l’acquisition d’une série d’images tomographiques à une position axiale fixée. A partir de cette série d’images, si l’on peut identifier des

990 µm × 350 µm (X × Z).

Figure 4.15 – Suivi d’un amas de particules d’intralipide en FF-OCM. Champ des images : 240 µm × 240 µm.

particules individuelles, on peut déterminer la distance qu’elles ont parcourues entre deux images successives, et connaissant l’intervalle ∆tF F −OCM, déterminer leur vitesse.

Dans le cas de l’intralipide, les particules en suspension mesurent typiquement 200 nm [153], bien en deçà de la limite de résolution du système FF-OCM. Cependant, en acquérant des séries d’images, il a été possible d’identifier clairement des particules se déplaçant. La figure4.15représente plusieurs images sur lesquelles on peut suivre une par- ticule dont la taille peut être estimée à 4 µm. Il pourrait s’agir d’un amas de particules d’intralipide.

La figure 4.16 représente le suivi de cette « particule » au cours du temps, ainsi que sa vitesse mesurée en fonction du temps. Remarquons que pour pouvoir être suivie, le contraste de la particule par rapport au liquide environnant doit être assez élevée, ce qui implique que sa vitesse doit être assez faible pour pouvoir être imagée (voir équation4.14). Cela explique que la particule qui a pu être imagée présente une vitesse d’écoulement très faible par rapport à la vitesse d’écoulement globale de l’intralipide, qui était pompé à une vitesse d’environ 30 mm/s durant l’acquisition.

Figure 4.16 – a) Représentation du parcours de la particule au cours du temps, la couleur codant le temps. b) Évolution de la vitesse de la particule au cours du temps.

seulement sur le mouvement d’une particule donnée au sein de celui-ci. Cependant, en répétant la mesure pour de nombreuses particules au cours de l’écoulement, on peut espérer, en moyennant les résultats pour toutes les particules, parvenir à obtenir une information quantitative sur l’écoulement dans sa globalité. Dans le cas des écoulements sanguins, on peut espérer obtenir une information d’autant plus pertinente que les cellules sanguins sont a priori assez grandes pour être résolues en FF-OCM [154].

Notons que cette méthode ne peut donner une information que sur la vitesse latérale de l’écoulement, et qu’il est nécessaire que la composante axiale de la vitesse soit assez faible pour que la particule reste assez longtemps dans le volume de cohérence du système pour pouvoir être suivie. Il est intéressant de noter que jusqu’à maintenant, peu de méthodes permettent d’apporter des informations quantitatives sur la composante latérale des vi- tesses d’écoulement en OCT, bien que cela constitue un besoin important dans le domaine du D-OCT [149, 155].

4.2.5 Conclusion

L’imagerie du flux sanguin a constitué une avancée majeure en OCT, et de nombreuses méthodes ont été développées sur des systèmes conventionnelles afin de pouvoir cartogra- phier, voire de caractériser les écoulements, dans des échantillons in vivo. Ces méthodes se basent soit sur le fait que la phase du signal OCT est décalée dans les zones des échan- tillons en mouvement (effet Doppler), soit sur le fait que le signal OCT varie aléatoirement en amplitude et en phase dans les zones en mouvement, si l’intervalle de temps entre les images est suffisant pour que le signal soit décorrélé d’une image à l’autre. Ces propriétés sont aussi vérifiées par le signal en FF-OCM, cependant jusqu’à maintenant, malgré l’im- pact des méthodes d’angiographie en OCT conventionnel, très peu de méthodes ont été développées pour l’angiographie en FF-OCM, principalement en raison de sa limitation en termes de vitesse d’acquisition du signal interférométrique.

Nous avons, à partir d’un montage FF-OCM haute vitesse, implémenté différentes méthodes permettant de cartographier les écoulements, en les validant à partir de l’imagerie d’un modèle de capillaire sanguin dans la peau. Des méthodes basées sur une analyse temporelle ou fréquentielle du signal interférométrique ont été développées, ainsi qu’une

lement dans la direction latérale, ce qui n’avait jamais pu être fait en OCT conventionnelle du fait d’une résolution latérale trop faible.

Ce travail, se basant uniquement sur des mesures effectuées dans un modèle (simple) de capillaire sanguin, a démontré la faisabilité de techniques d’angiographie en FF-OCM, et pourrait ouvrir la voie à des méthodes de micro-angiographie in vivo en temps réel basées sur la FF-OCM. Cependant, l’application de ces méthodes sur des échantillons in vivo est encore complexe, notamment en raison de la faible sensibilité de la FF-OCM (en partie liée au fait qu’une acquisition rapide est nécessaire pour la FF-OCM-A, limitant le nombre d’images pouvant être accumulées) et du fait que les capillaires sanguins sont généralement en profondeur dans les tissus. L’amélioration de la sensibilité des systèmes FF-OCM est ainsi le point fondamental qui permettrait de rendre possible l’application des méthodes d’angiographie développées sur des échantillons in vivo.