Experimental study of z resolution in acousto-optical coherence tomography using random phase jumps on ultrasound and light

Acousto-Optical Coherence Tomography (AOCT) is a variant of Acousto Optic Imaging (also called Ultrasound modulated Optical Tomography) that makes possible to get resolution along the ultrasound propagation axis $z$. We present here new AOCT experimental results, and we study how the $z$ resolution depends on time step between phase jumps $T_\phi$, or on the correlation length $\Delta z$. By working at low resolution, we perform a quantitative comparison of the $z$ measurements with the theoretical Point Spread Function (PSF). We present also images recorded with different $z$ resolution, and we qualitatively show how the image quality varies with $T_\phi$, or $\Delta z$

Acousto-optical coherence tomography with a digital holographic detection scheme

Acousto-optical coherence tomography (AOCT) consists in using random phase jumps on ultrasound and light to achieve a millimeter resolution when imaging thick scattering media. We combined this technique with heterodyne off-axis digital holography. Two-dimensional images of absorbing objects embedded in scattering phantoms are obtained with a good signal-to-noise ratio. We study the impact of the phase modulation characteristics on the amplitude of the acousto-optic signal and on the contrast and apparent size of the absorbing inclusion

Modelization and optimized speckle detection scheme in photorefractive self-referenced acousto-optic imaging

International audienceA photorefractive BSO single crystal can be used for axially resolved acousto-optic imaging of thick scattering media in absence of a reference beam. This configuration renders the experimental setup easier to realize for imaging through thick scattering media with an improved optical etendue. We present here a model and simulations that explains these results. It is based on the spatial heterogeneity of the speckle pattern incident on the crystal. Optimization of the detector position and of the speckle grain size is confirmed by the model

Ultrasound modulated optical tomography in scattering media: flux filtering based on persistent spectral hole burning in the optical diagnosis window

Ultrasound modulated optical tomography (UOT) is a powerful imaging technique to discriminate healthy from unhealthy biological tissues based on their optical signature. Among the numerous detection techniques developed for acousto-optic imaging, only those based on spectral filtering are intrinsically immune to speckle decorrelation. This paper reports on UOT imaging based on spectral hole burning in Tm:YAG crystal under a moderate magnetic field (200G) with a well-defined orientation. The deep and long-lasting holes translate into a more efficient UOT imaging with a higher contrast and faster imaging frame rate. We demonstrate the potential of this method by imaging calibrated phantom scattering gels.Comment: 4 pages, 5 figure

Optical 3D-storage in sol-gel materials with a reading by Optical Coherence Tomography-technique

We report on the recording of 3D optical memories in sol-gel materials by using a non-linear absorption effect. This effect induces a local change of the optical properties of the material which is read and quantified with a high resolution full-field Optical Coherence Tomography setup. It is the first time that this technique is used for this purpose. Data recording was performed by focused picosecond (ps) single-pulse irradiation at 1064 nm with energy densities of 10 and 33 J/cm2 per pulse.Comment: 19 pages, 7 figure

Méthodes holographiques et spectroscopiques appliquées à l'imagerie acousto-optique de milieux diffusants épais

Imager à travers un milieu diffusant épais est difficile en utilisant des techniques d imagerie optique conventionnelles. L imagerie acousto-optique est une technique d imagerie multimodale basée sur l interaction entre une onde lumineuse et une onde acoustique. Cette dernière module la phase du champ lumineux. Il est alors possible d accéder à un contraste optique local à la résolution millimétrique des ultrasons. Plusieurs méthodes sont utilisées pour détecter les photons marqués par les ultrasons. Elles peuvent être de nature cohérente ou incohérente et tentent de répondre aux différentes problématiques qu impose l imagerie en régime de diffusion multiple. Dans cette thèse nous avons exploré trois techniques de détection à 800 nm, dans la fenêtre thérapeutique optique (région du spectre où l absorption est minimale dans les tissus biologiques). Le phénomène de holeburning spectral dans un cristal dopé ion terre rare nous a permis de réaliser un filtre spectral hyperfin centré sur la fréquence des photons marqués à basse température. Une détection sensible des photons marqués a ensuite été réalisée par holographie numérique hétérodyne hors-axe couplée à un laser longues impulsions. Des profils acousto-optiques ont été obtenus à travers plusieurs centimètres d épaisseur. L adaptation de front d onde par holographie phototoréfractive dans un cristal de SPS :Te (Hypothiodiphosphate d étain dopé tellure) nous a enfin permis de faire une imagerie en temps réel. Des images en deux et trois dimensions ont été réalisées à travers plusieurs centaines d épaisseurs optiques. Le processus de conjugaison de phase par mélange à quatre ondes a aussi été exploré en perspectivePARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF

Biophotonique générale

pour le champs 'auteurs', les Directeurs de publications apparaissent en premier puis le Directeur de collection.International audienceP. 11|Préface, Mottin S., MRCT, Mission Interdisciplinarité, Direction générale CNRS|P. 15|Sondes luminescentes|P. 17|Quantum dots infrarouge biocompatibles pour l'imagerie in vivo résolue en temps / Bouccara S.|P. 25|Nanoparticules à luminescence persistante pour l'imagerie optique in vivo / Maldiney T.|P. 39|Imagerie cellulaire proche infrarouge par nanoMetal Organic Frameworks (nMOFs) / Foucault A.|P. 45|Etude préclinique des effets vasculaires induits par la thérapie photodynamique / Gay S.|P. 53|Amélioration de la durée de vie de fluorophores organiques. Utilisation extraits cellulaires / Fiszman N.|P. 61|Nano-sondes optiques à forte non-linéarité pour l'imagerie cellulaire à haute résolution / Caillat L.|P. 69|Elaboration de sondes hydrosolubles pour l'imagerie et la photothérapie dynamique à 2P / Cepraga C.|P. 77|Suivi de récepteurs de toxine uniques pour sonder l'architecture membranaire / Türkcan S.|P. 83|Nanoparticules à luminescence persistante dans le rouge - proche infrarouge / Rosticher C.|P. 93|Synthèse et caractérisation de sondes multimodales basées sur des quantum dots I-III-VI2 / Sitbon G.|P. 101|Nouvelles sondes macromoléculaires fluorescentes dans le rouge lointain / Adjili S.|P. 105|Microscopies super-résolues|P. 107|Le Bioplasmoscope : microscopie de plasmon de surface haute résolution / Berguiga L.|P. 115|Imagerie supercritique plein champ pour l'observation simultanée des évènements cell / Barroca T.|P. 123|Illumination structurée pour l'imagerie dynamique super résolue / Vermeulen P.|P. 131|Imagerie Sted en Milieu Biologique / Lauterbach M.|P. 135|Imager au-delà de la limite de diffraction grâce à la microscopie STED / Sivankutty S.|P. 145|Imagerie multi-photonique|P. 147|Imagerie multiphoton de la peau humaine in vivo / Baldeweck T.|P. 157|Imagerie multiphotonique in vivo de la cornée par polarimétrie des signaux SHG / Latour G.|P. 165|Etude des Infections Pulmonaires en Microscopie Biphotonique / Fiole D.|P. 167|Two-Photon Phosphorescence Lifetime Microscopy: Imaging Oxygen In the Brain / Goulam Houssen Y.|P. 169|Microscopie Non Lineaire Multimodale de Tissus et Organismes par Melange de Frequence / Mahou P|P. 173|Propagation de Faisceaux Laser pour l'Excitation Biphotonique en Profondeur / Papagiakoumou E.|P. 175|Endomicroscopie non linéaire pour l'observation des tissus pulmonaires / Peyrot DA.|P. 183|Quantification de la fibrose du foie par microscopie non-linéaire / virus de l'hépatite C / Sevrain D.|P. 191|Imagerie ratiométrique de biosenseurs FRET, étude de l'activité AMPc/PKA dans le cortex / Guiot E.|P. 199|Reconstruction du Lignage Cellulaire de l'embryon du Poisson-Zebre par Microscopie / Olivier N.|P. 203|Visualisation de la fibrillogenèse du collagène par microscopie SHG / Bancelin S.|P. 207|Microscopie Multiphoton Multimodale de la Cornee Humaine / Olivier N.|P. 209|Développement d'un Endo-microscope Biphotonique / Bogard V.|P. 217|Propriétés optiques non linéaires de nanocristaux non centro-symétriques et imagerie in-vitro / Joulaud C.|P. 225|Neural Stem Cells in Zebrafish Brain: new insights from 3D+time imaging / Recher G.|P. 227|Mesure des paramètres de diffusion de milieux turbides par microscopie à deux photons / Sevrain D.|P. 235|Suivi optique des actions thérapeutiques|P. 239|Optimisation de la longueur d'onde dans la chirurgie de la cornée assistée par laser / Crotti C.|P. 243|Diagnostic de la Leucémie Lymphoïde Chronique sur frottis sanguins non colorés par Raman / Happillon T.|P. 249|Vectorisation de siRNA thérapeutiques par des nanocristaux de diamant photoluminescents / Alhaddad A.|P. 257| Diagnostic du cancer du côlon par histologie spectrale infrarouge / Nallala J.|P. 267|Analyse du collagène de la peau par microspectroscopie Raman, Effet de l'âge et de l'hydratation / Nguyen TT|P. 277|Imagerie cohérente|P. 279|Imagerie de phase quantitative par interférométrie à décalage quadrilatéral appliquée à la biologie / Aknoun S.|P. 289|Analyse multi-échelle de la perte de transparence cornéenne / Casadessus O.|P. 297|Qualification et quantification de la malapposition d'endoprothèses coronaires en OCT / Dubuisson F.|P. 305|Comment Coupler l'OCT Plein Champ à Un Endoscope pour Imager en 3D et In Vivo les Tissus ? / Latrive A.|P. 313|Microscopie à fluorescence et tomographie par cohérence optique en plein champ / Makhlouf H.|P. 321|Digital Holographic Microscopy / Monemhaghdoust Z.|P. 325|Mesures optiques quantitatives|P. 327|Homogénéisation et aspects multi-échelles de l'absorption de la lumière en biophotonique / Mottin S.|P. 343|Histologie spectrale infrarouge: caractérisation/quantification tissulaire sur des tumeurs chez le lapin / D'Inca H.|P. 351|Fluorescence Correlation Spectroscopy: Multiplexing and Confinement / Quinlan-Pluck F.|P. 353|Association d'un microrésonateur et d'un interféromètre en lumière incohérente sensible à la phase / Sanogo Y.|P. 363|Utilisation de la thermographie/magerie de fluorescence pour la détection/quantification de la tavelure / Belin E.|P. 371|Développement des méthodes de corrélation d'images pour l'analyse de la mobilité moléculaire / ChenC.|P. 381|Vers une Imagerie 3D de la Rétine par Holographie Conoscopique / Blanco L.|P. 383|Biosenseurs à base de Microrésonateurs Optiques Passifs en Polymères pour la Biodetection / Delezoide C.|P. 387|Mesure hétérodyne de dépolarisation par brisure d'orthogonalité / Fade J.|P. 395|Microscopie de fluorescence résolue à 1µm, rapide et faible coût / Goujon JM.|P. 403|Fluxmètre laser à double effet Doppler / Poffo L.|P. 409|Optique du tissu cornéen revisitée / Marciano T.|P. 417|Photodiagnostic in vivo|P. 419|Détection des ganglions sentinelles du cancer du sein par des méthodes optiques / Tellier F.|P. 435|Evaluation de la microcirculation cutanée par le laser speckle imageur / Mahé G.|P. 443|Spectroscopie d'autofluorescence in vivo résolue spatialement : multiclassification d'états précancéreux / Abdat F.|P. 453|Sonde endoluminale IRM et spectroscopie optique en vue du diagnostic du cancer colorectal / Ramgolam A.|P. 461|Analyse multifractale de signaux laser Doppler acquis après stimulation par nitroglycérine / Guerreschi E.|P. 469|Histologie in situ robotisée par endomicroscopie confocale fibrée / Abbaci M.|P. 475|Comparaison de la perfusion vasculaire par fluxmétrie Doppler & imagerie contraste speckle / Humeau-Heurtier A.|P. 483|Imagerie en lumière diffuse|P. 485|Imagerie multispectrale de réflectance et de contraste speckle pour l'étude de l'activation cérébrale / Renaud R.|P. 493|Capteur Multi-Pixels dédié à l'Analyse Interférometrique de la Lumiere Diffuse / Barjean K.|P. 495|Détection holographique de contrastes optiques par réduction de cohérence acousto-optique / Benoit E.|P. 509|Tomographie Optique Diffuse résolue en temps en géométrie de réflexion / Puszka A.|P. 517|Modélisation et simulation de la propagation de la lumière dans les tissus biologiques / Asllanaj F.|P. 525|Développement d'une sonde peropératoire basée sur un bundle de fibres optiques / Coutard J-G.|P. 533|Les Coefficients Croisés de Diffusion: Clé des Propriétés de Cohérence et Polarisation / Zerrad M.|P. 535|Utilisation de la Polarisation de la Lumière pour l' Imagerie Mésoscopique des Tissus Biologiques / Da Silva A.|P. 541|Spectroscopie proche-IR résolue en temps, spatiale et spectrale, Réalisation d'un système / Montcel B.|P. 549|SPIRIT : un système proche infrarouge résolu en temps pour l'étude de l'activation cérébrale / Nouizi F

Imagerie acousto-optique de milieux diffusants épais par détection photoréfractive

Imager un milieu diffusant épais par voie optique interdit l utilisation des techniques d imagerie optique conventionnelles du fait de la faiblesse du signal balistique. L imagerie acousto-optique de la lumière diffusée permet d obtenir une imagerie de l absorption optique locale avec une résolution transverse millimétrique. Elle s appuie sur un faisceau acoustique focalisé qui engendre par interaction acousto-optique une modulation de la phase du champ lumineux diffusé. Les détections cohérentes du signal optique modulé acoustiquement se trouvent cependant souvent limitées par la faiblesse de leur étendue optique ou de leur bande passante. Notre expérimentation s appuie sur une détection photoréfractive hétérodyne reposant sur une holographie dynamique à 1064nm construite autour d un cristal photoréfractif massif d Arsenure de Gallium, pour pallier à ces deux limitations. Par ailleurs, pour obtenir une résolution millimétrique selon l axe de propagation ultrasonore, nous avons développé une technique de modulation aléatoire de phase du faisceau acoustique et du faisceau lumineux qui crée une zone de cohérence temporelle contrôlée au sein même du milieu diffusant. La mise en oeuvre de ces techniques ont permis d imager avec des résolutions millimétriques des échantillons diffusants de caractéristiques proches des tissus biologiques sur une épaisseur de 3cm.PARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Controlling light in complex media beyond the acoustic diffraction-limit using the acousto-optic transmission matrix

International audienceStudying the internal structure of complex samples with light is an important task but a difficult challenge due to light scattering. While the complex optical distortions induced by scattering can be effectively undone if the medium's scattering-matrix is known, this matrix generally cannot be retrieved without the presence of an invasive detector or guide-star at the target points of interest. To overcome this limitation, the current state-of-the-art approaches utilize focused ultrasound for generating acousto-optic guide-stars, in a variety of different techniques. Here, we introduce the acousto-optic transmission matrix (AOTM), which is an ultrasonically-encoded, spatially-resolved, optical scattering-matrix. The AOTM provides both a generalized framework to describe any acousto-optic based technique, and a tool for light control and focusing beyond the acoustic diffraction-limit inside complex samples. We experimentally demonstrate complex light control using the AOTM singular vectors, and utilize the AOTM framework to analyze the resolution limitation of acousto-optic guided focusing approaches