III. Tomographie en cohérence optique
2. Principe de fonctionnement
Tomographie en cohérence optique dans le domaine temporel : C'est une technique d'OCT datant de quelques années et qui a été la 1ère à être utilisée en ophtalmologie. Elle est nommée OCT Time Domain ou TD OCT.
Il s'agit de réaliser une échographie optique des couches de la rétine. Les échographies habituelles utilisent des ultrasons, mais dans l'OCT TD on se sert de lumière pour réaliser des images des différentes strates du tissu74. Un laser émis par une diode superluminescente est utilisé pour éclairer la rétine. Cette lumière faiblement cohérente va être réfléchie de façon différente par les couches rencontrées, ce qui va entraîner des rayons réfléchis multiples. Il n'est pas techniquement possible d'utiliser des caméras pour capter ces rayons réfractés, car elles devraient enregistrer des événements inférieurs à une picoseconde. Il faut donc user d'un stratagème qui consiste à comparer le signal lumineux émis et connu, et le signal récupéré à la sortie du tissu examiné. Un traitement mathématique de corrélation va permettre d'en extraire les différences et de construire des images. Le système optique (ou interféromètre de Michelson), utilise un laser qui délivre de courtes impulsions de lumière cohérente. Le rayon tombe sur un miroir semi-réfléchissant placé à 45 degrés qui sépare le faisceau en deux. Une partie va sur un miroir et revient sur le détecteur. L'autre partie du faisceau va frapper la cible et revient également sur le détecteur. C'est l'étude des différences de chemin entre ces deux flux de lumière cohérente qui va permettre de calculer les images. Grâce à un déplacement du miroir sur son axe, il va être possible de scanner une ligne de rétine. Un déplacement de l'ensemble en XY va permettre d'obtenir une étude de la portion de rétine limitrophe. C'est donc l'étude des temps de trajets des faisceaux qui est à la base de cette technique, d'où son nom Time Domain
Un des défauts de ce système est le temps de rotation du miroir qui demande quelques millisecondes. Il suffit que l'œil bouge un peu pour que les images soient de moins bonne qualité, et présentent des artefacts. La résolution axiale correspond à la profondeur à laquelle le système peut enregistrer les détails. Les propriétés de cohérence et la densité spectrale de puissance de la source laser influent directement sur la forme du signal interférométrique détecté, et par conséquent sur la résolution axiale. La résolution transverse correspond, elle, au balayage du faisceau laser sur le fond rétinien.
Tomographie en cohérence optique dans le domaine spectral :
Depuis peu de temps, nous assistons à l'émergence d'une modification du fonctionnement de l'OCT par la réalisation d'un spectroscope: c'est l'OCT Spectral Domain (SD OCT) ou OCT Fourier Domain (FD OCT).
Le système optique projette une lumière laser sur un miroir semi-réfléchissant placé à 45 degrés, et qui sépare le faisceau en deux. Une partie va éclairer une surface de référence, tandis que l'autre partie va éclairer la cible (la rétine). C'est le principe de l'interférométrie. Les deux faisceaux sont dirigés sur la fente d'entrée du spectroscope qui va entraîner la création d'interférences qui seront enregistrées et permettront grâce à un traitement mathématique (Transformation de Fourier optique) la formation d'images. D'une étude des temps de trajet de l'OCT Time Domain, on est ainsi arrivé à l'étude des fréquences des rayons réfractés pour l'OCT spectralement résolue (Fig.28).
De très nombreux avantages apparaissent avec ce nouvel OCT :
- La qualité de l'image obtenue est excellente grâce à un balayage de 18000 à 40000 scans/sec alors qu'il n'était que de 400 scans/ sec dans l'OCT de première génération (OCT3)
- La résolution longitudinale atteint 5 à 7 microns
- Il n'y a plus de mouvements de miroirs à gérer, donc la "prise de vue" est très rapide et élimine de ce fait les artefacts dus aux mouvements de l'œil
- L'information recueillie est beaucoup plus nombreuse qu'avec le TD OCT, puisqu'on obtient 3 fois plus de pixels. Il faudra des ordinateurs puissants et bien programmés pour extraire les informations et construire des images de qualité.
- Le gain signal/bruit est tout à fait important et apporte une qualité d'images remarquable.
- Quelques inconvénients existent tout de même:
- L'enregistrement des franges d'interférence est sensible aux mouvements des tissus (à l'échelle sub-micronique).
- Le nombre de pixels axiaux est limité par le nombre de pixels de la caméra CCD.
- Il existe une perte de sensibilité en fonction de la profondeur explorée, à cause de la résolution du spectromètre.
- Le système ne fait pas la différence entre les échos qui ont un délai positif ou négatif, ce qui engendre des artefacts.
De nouveaux appareils de FD OCT permettent maintenant de se passer des réseaux de diffraction qui sont très coûteux. On utilise une source laser dont on peut faire varier très rapidement la longueur d'onde (swept laser ou swept-source OCT SS-OCT), ce qui apporte une amélioration de la visualisation des détails (de l'ordre de 4 microns), et qui raccourcit encore le temps d'enregistrement. On obtient des acquisitions en temps réel. Les chercheurs ont réussi à utiliser des appareils qui réalisent plus de 300.000 scans/sec, grâce à des swepts sources. L'idéal est de coupler ces OCT avec des techniques d'optique adaptative (Adaptive Optics), pour encore améliorer les résultats optiques73.