Miniaturized Optical Probes for Near Infrared Spectroscopy

L'étude de la propagation de la lumière dans des milieux hautement diffus tels que les tissus biologiques (imagerie optique diffuse) est très attrayante, car elle offre la possibilité d'explorer de manière non invasive le milieu se trouvant profondément sous la surface, et de retrouver des informations sur l'absorption (liée à la composition chimique) et sur la diffusion (liée à la microstructure). Dans la gamme spectrale 600-1000 nm, également appelée gamme proche infrarouge (NIR en anglais), l'atténuation de la lumière par le tissu biologique (eau, lipides et hémoglobine) est relativement faible, ce qui permet une pénétration de plusieurs centimètres dans le tissu. En spectroscopie proche infrarouge (NIRS en anglais), de photons sont injectés dans les tissus et le signal émis portant des informations sur les constituants tissulaires est mesuré. La mesure de très faibles signaux dans la plage de longueurs d'ondes visibles et proche infrarouge avec une résolution temporelle de l'ordre de la picoseconde s'est révélée une technique efficace pour étudier des tissus biologiques en imagerie cérébrale fonctionnelle, en mammographie optique et en imagerie moléculaire, sans parler de l'imagerie de la durée de vie de fluorescence, la spectroscopie de corrélation de fluorescence, informations quantiques et bien d'autres. NIRS dans le domaine temporel (TD en anglais) utilise une source de lumière pulsée, généralement un laser fournissant des impulsions lumineuses d'une durée de quelques dizaines de picosecondes, ainsi qu'un appareil de détection avec une résolution temporelle inférieure à la nanoseconde. Le point essentiel de ces mesures est la nécessité d'augmenter la sensibilité pour de plus grandes profondeurs d'investigation, en particulier pour l'imagerie cérébrale fonctionnelle, où la peau, le crâne et le liquide céphalo-rachidien (LCR) masquent fortement le signal cérébral. À ce jour, l'adoption plus large de ces techniques optique non invasives de surveillance est surtout entravée par les composants traditionnels volumineux, coûteux, complexes et fragiles qui ont un impact significatif sur le coût et la dimension de l'ensemble du système. Notre objectif est de développer une sonde NIRS compacte et miniaturisée, qui peut être directement mise en contact avec l'échantillon testé pour obtenir une haute efficacité de détection des photons diffusés, sans avoir recours à des fibres et des lentilles encombrantes pour l'injection et la collection de la lumière. Le système proposé est composé de deux parties: i) une unité d'émission de lumière pulsée et ii) un module de détection à photon unique qui peut être activé et désactivé rapidement. L'unité d'émission de lumière utilisera une source laser pulsée à plus de 80 MHz avec une largeur d'impulsion de picoseconde.