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Imagerie Photoacoustique super-résolue

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L’imagerie optique in vivo de tissus profonds sera-t-elle bientôt possible en haute résolution ? Deux approches expérimentales inspirées des méthodes de super-résolution optique viennent d’être mises en œuvre afin de repousser les limites de résolution de l’imagerie photoacoustique.

Pour faire une image optique profonde à travers des milieux diffusant comme les tissus biologiques, l’imagerie photoacoustique est une technique prometteuse en plein essor. En imagerie photoacoustique, des images optiques peuvent être obtenues en profondeur en détectant les ondes acoustiques émises suite à l’absorption de lumière (par l’effet photoacoustique). Bien que l’imagerie photoacoustique soit une des techniques actuellement en pointe pour l’imagerie optique profonde à forte résolution, la résolution correspondante reste fondamentalement limitée par la diffraction à la longueur d’onde acoustique, conduisant à une résolution bien inférieure à la limite de diffraction optique.
En adaptant des méthodes initialement développées pour contourner la limite de diffraction optique, des images photoacoustiques super-résolues, c’est-à-dire avec une résolution au-delà de la limite de diffraction acoustique ont été récemment obtenues. Dans une première démonstration, une approche dite de localisation a été exploitée, qui consiste à reconstruire une structure contenant des particules à partir de la mesure de leurs positions. La mesure d’une position n’est en effet pas limitée par la diffraction, à la condition toutefois qu’il soit possible d’imager une seule particule à la fois par spot de diffraction. Cette approche a été mise en oeuvre sur une solution diluée de particules absorbantes en écoulement [1].
Si les particules sont trop concentrées pour pouvoir être localisées individuellement, on peut néanmoins exploiter les fluctuations de signal provoquées par l’écoulement même des particules. Les concepts de l’imagerie optique super-résolue de fluctuations (SOFI) ont été ainsi adaptés à l’imagerie photoacoustique. Des expériences réalisées avec un système conventionnel d’imagerie photoacoustique a ainsi permis d’obtenir des images photoacoustiques super-résolues de la structure dans laquelle se produit un écoulement de globules rouges [2].

Les techniques proposées pourraient potentiellement à terme permettre d’imager in vivo la micro-vascularisation en profondeur avec une résolution inégalée, sans avoir besoin de recourir à des agents de contrastes, dans la mesure où le contraste est ici naturellement fourni par l’absorption de la lumière par le sang.

Voir en ligne :
[1] Vilov, S., Arnal, B., and Bossy, E. "Overcoming the acoustic diffraction limit in photoacoustic imaging by the localization of flowing absorbers". Optics Letters, 42(21), 2017.
[2] T. Chaigne, B. Arnal, S. Vilov, E. Bossy and O. Katz, "Super-resolution photoacoustic imaging via flow-induced absorption fluctuations," Optica 4, 1397-1404, 2017.