Syst`eme OCT Telesto II

La tomographie par coh´erence optique introduite dans le chapitre2est une technique optique non-invasive qui forme des coupes 2D (B-Scan) et des volumes 3D d’un ´echantillon, biologique ou non. Cette technique fournit une information sur la structure de l’´echantillon en fonction de la lumi`ere r´etrodiffus´ee `a partir de ses diff´erentes couches. Ainsi, on obtient des images de r´esolution microm´etrique et d’une profondeur millim´etrique. Pour g´erer ces deux param`etres (r´esolution, pro-fondeur), le choix de la technologie du syst`eme OCT est primordial. Suivant les objectifs cliniques vis´es dans le cadre du projet ANR NEMRO (2015-2019), nous avons opt´e pour l’acquisition d’un syst`eme OCT de technologie spectrale dit FD-OCT.

Le syst`eme OCT en question est produit par la soci´et´e Thorlab¹du type Telesto II (figure5.1).

Il est compos´e principalement de six parties :

Figure5.1 – Illustration de la composition globale du syst`eme Telesto II de chez Thorlabs.

— Unit´e de base OCT :

Les performances de chaque syst`eme en mati`ere de r´esolution axiale et de profondeur de p´en´etration d´ependent de l’unit´e de base. Dans notre cas, elle est constitu´ee d’un bloc OCT compos´e par une source de lumi`ere (laser) de type diode super-luminescente, une carte d’acquisition et une autre de commande qui contrˆole les mouvements des miroirs galvanom´etriques de balayage (figure 5.2). Ce bloc OCT fournit des images de haute r´esolution grˆace `a une diode de longueur d’onde de 1300nmet de bande passante de 170 nm. Ses caract´eristiques offrent la possibilit´e d’avoir une image de r´esolution axiale proche

1. https ://www.thorlabs.de/index.cfm

de 5.5µm(dans l’air et l’eau) et une profondeur de p´en´etration dans l’air d’environ 3.5mm.

De plus, cette source permet d’atteindre une vitesse d’acquisition d’une “carotte” (A-Scan) de 76kHz.

— Ordinateur d’acquisition :

Une partie “calcul” est g´er´ee par un ordinateur `a hautes performances (microprocesseur Intel core i5 d’une fr´equence de 3.2GHz´equip´e d’un syst`eme d’exploitation Windows).

source laser CPU

Figure5.2 – Illustration de la partie unit´e de base de l’OCT Teletso II de Thorlabs et de l’ordinateur d’acquisition.

— Syst`eme de balayage :

L’acquisition d’une coupe 2D (B-Scan) ou d’un volume 3D n´ecessite un balayage de l’´echantillon par le faisceau laser. Notre syst`eme dispose d’une sonde OCT rigide (fi-gure5.3(a)) constitu´ee de plusieurs ´el´ements.

— Un interf´erom`etre de Michelson compos´e d’un bras “´echantillon” et d’un bras

“r´ef´erence”. Ce choix de structure o`u les deux bras sont proches de l’´echantillon ga-rantit une meilleure stabilit´e de phase entre le signal de r´ef´erence et le signal r´efl´echi ;

— La prise en compte de la diff´erence entre les deux bras est g´er´ee par un syst`eme de r´eglage qui contrˆole l’intensit´e du laser sur le bras de r´ef´erence ;

— Deux miroirs g´en`erent le mouvement (x,y) du spot laser sur l’´echantillon cible ;

— Une cam´era CCD d’une cadence d’acquisition de 25 images par seconde (avec une r´esolution de 640 × 480 pixels) est int´egr´ee pour obtenir une vue de dessus de l’´echantillon en temps-r´eel. Cette cam´era est rigidement li´ee au syst`eme d’acquisition OCT avec un alignement du centre optique de la cam´era avec la position du spot la-ser (lorsque le syst`eme des miroirs est au repos). L’ensemble de cette architecture est illustr´ee dans la figure5.3(b).

— Lentille de focalisation :

Le syst`eme OCT dispose d’une seconde lentille de focalisation du laser (figure5.4(a)).

Cette lentille g`ere directement la r´esolution lat´erale et l’espace de travail du syst`eme OCT.

On dispose sur notre syst`eme OCT d’une r´esolution lat´erale de 13µmavec une distance focale (distance de travail) de 36mm, et un champ de vision de 10×10mm².

5.1 Pr´esentation des plateformes exp´erimentales ´equip´ees d’un syst`eme OCT

prisme rétro-réfléchissant avec une "longueur de référence" ajustable bout de fibre

collimateur

plaque de compensation de dispersion

ouverture variable "intensité de référence"

miroir galvanométriques

caméra CCD

bras de référence

bras de l'échantillon Objectif (visible)

échantillon

miroir galvanométriques

(a) (b)

Figure5.3 – Illustration de la composition interne d’une sonde de balayage OCT : (a) la sonde de balayage et (b) l’architecture interne de la sonde de balayage.

— Porte-sonde :

Le syst`eme OCT dispose d’une sonde compacte port´ee par un support vertical (fi-gure5.4(b)). Sur le support, on dispose de deux syst`emes de r´eglage vertical (grossier et fin) de la position de la sonde vis-`a-vis de l’´echantillon.

(a) (b)

Figure5.4 – Illustration de l’OCT Teletso II : (a) lentille de focalisation et (b) support de la sonde.

— Logiciel OCT ThorImage :

Le logiciel OCT ThorImage est install´e sur l’ordinateur de l’unit´e de base. Cette librairie r´ealise de l’acquisition des donn´ees, le traitement du signal (FFT, FFTinv, filtrage, etc.), le contrˆole du balayage et l’affichage des images OCT (figure 5.5). De plus, le kit de d´eveloppement logiciel (SDK) est disponible pour le logiciel NI LabVIEW et le langage C/C++. Ce SDK contient un ensemble de biblioth`eques pour le contrˆole de la mesure, l’acquisition et le traitement de donn´ees, ainsi que le stockage et l’affichage des images OCT. Le SDK est compl´etement ouvert pour la recherche pour une int´egration facile de nos algorithmes et lois de commande.

image OCT

image caméra

commande de balayage

mode B-scan

mode 3D (vue 3D)

mode 3D (vue en coupe)

image OCT

image caméra

image OCT

image caméra

Figure5.5 – Diff´erentes possibilit´es d’affichage avec le logiciel OCT ThorImage.

5.1 Pr´esentation des plateformes exp´erimentales ´equip´ees d’un syst`eme OCT

Maintenant que le syst`eme OCT a ´et´e introduit, nous allons passer `a la pr´esentation des deux plateformes exp´erimentales mises en place pour r´ealiser la validation exp´erimentale de nos contri-butions notamment les lois de commande d´ecrites plus loin dans ce chapitre. Ainsi, deux types de combinaisons sont propos´es : la premi`ere pour le contrˆole de 3 DDL d’un robot assembl´e par nos soins et la seconde pour le contrˆole d’un robot parall`ele `a 6 DDL.