Soft tissue characterization by use of transient optoelastography
Caractérisation des milieux mous par optoélastographie transitoire
Résumé
In this work, we studied a method for characterizing soft media based on the combination of optical and mechanical waves. This method is based on an optical detection of a transient motion generated via the acoustic radiation force, at depth in optically diffusive soft media. The motion consists of an initial displacement at the ultrasound focal region, propagating away as a shear wave. The detection is based on the illumination of the investigated medium with coherent light. The light is strongly scattered in the medium, and the transmitted light produces speckle patterns. By use of a fast millionpixel camera (2 kHz), we record speckle patterns before and during the transient motion. Then we calculate spatial correlations between speckle patterns over time. Thanks to its excitation and detection mode, this technique was proven sensitive to both optically absorbing regions and regions with contrast in shear modulus. Moreover, images of both types of contrasts were obtained, with millimetric resolution for shear modulus inclusions. The experimental study and its interpretation was supported by a model coupling a propagation model of elastic waves generated by the acoustic radiation force based on Green's functions, and a propagation model for optical waves in turbid media.
Au cours de ce travail, nous avons étudié une méthode de caractérisation des milieux mous combinant ondes optiques et mécaniques. Cette méthode s'appuie sur une détection optique d'un mouvement transitoire causé par la force de radiation acoustique, induit en profondeur de milieux mous optiquement diffusants. Le mouvement consiste en un déplacement initialement au foyer acoustique qui se propage par la suite dans le milieu sous forme d'ondes de cisaillement. Le principe de la détection est basé sur l'illumination du milieu avec une lumière cohérente. La lumière traverse le milieu en étant fortement diffusée, produisant une figure d'interférence (speckle) en transmission. Avec une caméra rapide (2 kHz) méga-pixel, nous enregistrons des figures de speckle avant et pendant le mouvement transitoire. Nous calculons ensuite la corrélation des figures de speckle dans le temps. Cette technique, de par son mode d'excitation et de détection, s'est avérée sensible à des contrastes d'absorption optique et des contrastes de module de cisaillement dans des milieux mous épais et optiquement diffusant. De plus, des images de ces deux types de contrastes ont pu être obtenues, avec une résolution millimétrique pour les contrastes d'élasticité. L'étude expérimentale a été appuyée par une approche de modélisation des phénomènes physiques, basée sur le couplage de modèle de propagation d'ondes élastiques engendrées par la pression de radiation ultrasonore et de propagation des ondes optiques dans les milieux multi-diffusifs.
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