Réflectance résolue dans le temps et dans l'espace appliquée à l'analyse de milieux en couches Time- and space-resolved reflectance applied to the analysis of multi-layered turbid media

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Abstract
Nous avons mis au point une méthode de mesure fondée sur l'analyse de la nappe de réflectance résolue dans le temps et dans l'espace afin de mesurer en temps réel, de façon non invasive et in vivo, les coefficients optiques des tissus biologiques. Le montage expérimental se compose d'un laser titane - saphir à blocage de modes dont les impulsions femtosecondes (100 fs à ) sont envoyées sur un milieu diffusant. La détection de la lumière réfléchie est réalisée par une caméra à balayage de fente. La validité de cette méthode a déjà été démontrée dans le cas des milieux homogènes semi-infinis. Pour aborder l'étude des milieux en couches, nous avons réalisé deux types de mesures de réflectance en fonction du temps et de la distance à la source. Une première série de mesures a été effectuée sur des milieux uniformes calibrés (solutions aqueuses de microsphères de latex) d'épaisseur variable recouvrant un absorbant total. Puis, des expériences ont été menées sur des `fantômes' bicouches calibrés, constitués de billes de latex en suspension recouvrant une matrice solide diffusante et absorbante. Des simulations de Monte Carlo extrêmement performantes ont été menées en parallèle. Les résultats expérimentaux obtenus sont comparés avec ceux fournis par ces simulations. Our goal is to develop an optical technique for in vivo and non-invasive diagnosis using backscattered light measurements. The experimental set-up consists of a self-mode-locked Ti - sapphire laser and a synchroscan streak camera. The short light pulses produced by the laser (100 fs at ) reach the medium through an optical fibre. The streak camera directly measures the time- and space-resolved reflectance along a segment of the medium's surface. The optical coefficients of a semi-infinite sample ( and ) can be derived from the reflectance maps. This procedure was then applied to the investigation of multi-layered media: the upper layer was an aqueous solution of calibrated latex microspheres in water and the lower part of the sample was a solid `phantom'. Two different types of phantoms were used. In the first set of experiments, we used an absorbing sample for the underlying layer. In the second case, the lower layer was an absorbing and diffusive phantom. Comparison with Monte Carlo simulations was performed for the resolution of the inverse problem.

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