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SYSTEMES DE CARTOGRAPHIE DE BIREFRINGENCE
Ce sont des systèmes permettant l’exploitation des propriétés de biréfringence d’un échantillon en mesurant la valeur et l’orientation (axe rapide ou lent) du retard qui lui est associé.
Techniques utilisées
Les dispositifs d’exploitation des propriétés de biréfringence d’un échantillon utilisent différentes techniques. La tomographie par cohérence optique sensible à la polarisation (TCO-SP ou PS-OCT) monomode. Ce dispositif est doté de fibres utilisant une lumière à faible cohérence non polarisée émise par une source constituée de diode super luminescente avec une puissance de sortie de 10 mW et une longueur d’onde centrale de 1310 nm avec une largeur totale de bande spectrale de 80 nm. Ces fibres optiques 2×2 séparent la lumière en deux faisceaux dont un de référence et un destiné à l’échantillon. La résolution axiale de ce système est de 10 µm, et est déterminée par la longueur de cohérence de la source de lumière. La résolution latérale du système est d’environ 12 µm, définie par le diamètre du faisceau lumineux de balayage. Dans le bras de la fibre optique de référence, une fonction de commande à quatre étapes est appliquée au modulateur de polarisation (Newport Company, Irvine, Californie) et chaque étape introduit un déphasage de π / 4 dans le faisceau de référence. La lumière rétrodiffusée de l’échantillon est combinée à la lumière de chacun des quatre états de polarisation correspondants réfléchis par le bras de référence. Dans le bras du détecteur, les faisceaux perturbés sont divisés en leurs composantes horizontale et verticale par un séparateur de polarisation et détectés par deux photodétecteurs dotés d’un filtre passe-haut, amplifiés, numérisés et ensuite traités par un ordinateur [32, 33]. Un seul balayage TCO-SP est réalisé puis les images basées sur le formalisme de Stokes sont affichées en 2 secondes, et enfin une image à retard de phase optique est affichée dans un délai supplémentaire de 12 secondes. La tomographie par cohérence optique sensible à la polarisation (MLP ou PLM) qui comporte une caméra CCD 12 bits à refroidissement thermoélectrique montée sur un microscope à lumière polarisée (Leica DM RXP). Une lumière monochromatique de longueur d’onde (λ) de 546 nm est utilisée pour l’éclairage des échantillons. Les images numériques obtenues à l’aide de la caméra CCD sont traitées par ordinateur. Ce protocole MLP utilise une lumière polarisée circulaire et un compensateur à cristaux liquides, ce qui permet de mettre en évidence des images représentant le retard optique et l’orientation angulaire des fibres dans le tissu, pixel par pixel. A un grossissement de 2,5X, la résolution en pixels des mesures du MLP est de 5,44 × 5,44 µm. Par rapport au TCO-SP utilisé en mode de réflexion sur des tissus intacts, le MLP est réalisé en mode de transmission pour étudier les coupes histologiques de tissus d’une épaisseur de 6 à 10 µm. Lorsque l’axe du faisceau incident du TCO-SP est normal (90 degrés) par rapport à la surface du tissu, les balayages de l’image TCO-SP produisent un profil de profondeur du tissu qui peut être corrélé avec les profils de profondeur des images MLP utilisant une section mince coupée verticalement en mode transmis [34].
Applications
Étude des variations topographiques de la sensibilité à la polarisation du cartilage articulaire Les variations topographiques de la sensibilité à la polarisation du cartilage articulaire ont été déterminées par tomographie par cohérence optique sensible à la polarisation et par microscopie à lumière polarisée. Pour ce faire, des échantillons de cartilage articulaire de bovin frais ont été prélevés dans les pattes arrières de vaches laitières adultes (âgées de 5 à 7 ans). Toutes les zones marquées du plateau tibial étaient balayées avec le faisceau de focalisation guidé par un faisceau de visée superposé et dirigé par le bras de la fibre optique destiné à l’échantillon. Un adaptateur universel appelé microstage est utilisé pour ajuster en trois dimensions l’angle de la platine, ce dernier a été ajusté de manière à ce que l’axe du faisceau de balayage déblayé par la normale (90 degrés) atteigne la surface de la zone marquée. Les expériences TCO-SP ont été effectuées sur l’articulation intacte aux emplacements choisis, le faisceau étant dirigé à 90 ° de la surface articulaire effectue un balayage le long d’une ligne de 6 mm. Les images obtenues par TCO et TCO-SP présentées sur la figure 18 permettent de remarquer que les images à retard de phase optique présentent de forts motifs de bandes sur le côté latéral de l’articulation (échantillons 2, 4 et 6 à 10). En revanche, les tissus de la zone centrale de charge et l’aspect médial de l’articulation présentent peu de bandes dans les images à retard de phase optique (échantillons 3, 5 et 11 à 18). Les artefacts vus sous forme de traînées blanches verticales résultent d’un faible signal ou d’une saturation du détecteur par réflexion de la surface de l’échantillon. Après imagerie par TCO-SP, des échantillons de cartilage de pleine épaisseur comprenant de l’os sous chondral ont été obtenus à partir des zones marquées de la surface articulaire, y compris de l’os sous chondral du tibia proximal, par découpage à la scie de chaque côté du trajet de l’image et extraction à l’aide d’un ostéotome et un maillet, ou ont été obtenus en utilisant un poinçon et un maillet en métal rond de 1,0 mm de diamètre. Après la collecte, quelques échantillons de tissus ont été à nouveau imagés par TCO-SP avec le faisceau d’imagerie dirigé horizontalement (à 0° de la surface articulaire) et balayés le long d’une ligne verticale allant de la surface articulaire à l’os sous chondral. Tous les échantillons récoltés ont été fixés dans du formol tamponné à 10%. Après fixation des tissus, chaque échantillon a été décalcifié par la méthode au citrate de sodium et à l’acide formique, la solution a été changée quotidiennement pendant une période de 7 à 10 jours jusqu’à achèvement de la décalcification, comme en témoignent les radiographies de chaque échantillon. Les échantillons ont ensuite été noyés dans de la paraffine, coupés dans des plans verticaux en série d’une épaisseur de 6 µm, puis montés sur des lames de verre. Certaines coupes verticales étaient colorées à l’hématoxyline et à l’éosine (H et E) quelques sections verticales ont été colorées au safranin-O et contre-marquées au Fast Green (SOFG);et les sections montées restantes non colorées de chaque spécimen ont été sauvegardées pour évaluation par MLP. Les sections colorées ont été utilisées pour évaluer sur l’échantillon les signes de dégénérescence de la matrice et la teneur en protéoglycanes, et seuls les spécimens jugés normaux ont été utilisés dans l’étude [35]. Sur la base de la qualité de la coupe et de l’adaptation du contour de la surface de l’échantillon des coupes de tissus au contour de la surface de l’image de la TCO afin d’assurer la comparaison des images du même emplacement, des sections de trois échantillons ne présentant pas de bande TCO-SP et de six échantillons présentant une bande TCO-SP ont été sélectionnées pour le MLP. Des sections verticales non colorées de spécimens sélectionnés ont été imagées par MLP pour évaluer l’orientation et l’organisation de la matrice et la biréfringence des tissus par MLP.
Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : GENERALITES
I. HISTORIQUE
II. LUMIERE NATURELLE
II.1. Définition et classification
II.2. Sources de lumière
II.3. Principe du retour inverse
III. LUMIERE POLARISEE
III.1. Définition
III.2. Différents modes de production
III.2.1. Par réflexion
III.2.2. Par biréfringence
III.2.3. Par dichroïsme
III.2.4. Concept général de la lumière polarisée
IV. DIFFERENTS TYPES DE LUMIERES POLARISEES
V. FORMALISMES DE STOKES MUELLER
V.1. Procédure d’obtention des matrices de Mueller
V.1.1. Description formelle du dispositif
V.1.2. Principe de base
V.2. Formalisme de stokes
V.3. Formalisme de Müeller
V.3.1. Aspect général
V.3.2. Éléments spécifiques
DEUXIEME PARTIE : APPLICATIONS
I. UTILISATION D’UNE MATRICE DE MÜELLER DANS LE TRAITEMENT D’IMAGES
-Dispositif d’exploitation
-Résultats de l’observation à une dimension
-Résultats de l’observation en deux dimensions (2D)
II. SYSTEMES UTILISANT UNE SOURCE DE LUMIERE POLARISEE ET UN ANALYSEUR PLACE DEVANT LE DETECTEUR.
II.1. Dispositif d’exploitation
II.2. Diagnostic du syndrome cutané d’irradiation aiguë
II.3. Imagerie polarimétrique pour le diagnostic du cancer du col de l’utérus
III. SYSTEMES DE CARTOGRAPHIE DE BIREFRINGENCE
III.1. Techniques utilisées
III.2. Applications : Étude des variations topographiques de la sensibilité à polarisation du cartilage articulaire
CONCLUSION
REFERENCES
