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Le voyage secret de la lumière : pourquoi l’optique diffuse dans le domaine temporel peut-elle révéler les mystères profonds des tissus biologiques ?
Dans la communauté scientifique, explorer les mystères de la vie a toujours été l’un des plus grands défis pour les scientifiques. Avec l’avènement de l’optique diffuse dans le domaine temporel, la direction de ce domaine a changé. Cette technologie nous aide non seulement à comprendre la structure des tissus biologiques, mais constitue également un outil clé pour le futur diagnostic médical. Cet article explorera les principes, les instruments et les équipements de cette technologie et ses applications en biomédecine.
Principes de l'optique de diffusion dans le domaine temporel
L'optique diffuse dans le domaine temporel, également connue sous le nom de spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge résolue dans le temps, est une technique qui se concentre sur la propagation de la lumière dans les milieux diffus. En émettant des impulsions lumineuses étroites, ces impulsions lumineuses seront diffusées et absorbées plusieurs fois après avoir pénétré dans le tissu biologique. Les heures d’arrivée des photons détectés peuvent être enregistrées et converties en un histogramme de la distribution du temps de vol des photons, qui révèle le comportement de la lumière dans le tissu.
Cette technologie permettra de séparer les différentes caractéristiques des tissus biologiques et d’extraire indépendamment les effets de l’absorption et de la diffusion.
Dans les milieux diffus, les principaux phénomènes affectant le mouvement des photons comprennent l'absorption et la diffusion. L'absorption est causée par la présence de divers pigments dans les tissus biologiques, tandis que la diffusion est causée par des différences structurelles dans le milieu. Ces deux facteurs déterminent ensemble le temps et l'intensité des photons arrivant au détecteur. Par conséquent, en analysant la distribution du temps de vol, il est possible d'obtenir la concentration de divers composants dans le tissu, tels que l'état oxygéné et désoxygéné de l'hémoglobine.
Composition des instruments et des équipements
Les instruments optiques de diffusion dans le domaine temporel se composent principalement de trois éléments clés : une source laser pulsée, un détecteur de photons uniques et une électronique temporelle. Les performances de ces composants affectent directement la précision et la sensibilité du système global.
Source laser pulsée
La source laser pulsée utilisée en optique diffuse dans le domaine temporel nécessite certaines caractéristiques. Sa longueur d'onde d'émission doit être comprise entre 650 et 1350 nanomètres et idéalement avoir une demi-largeur étroite. De plus, la source laser doit avoir un taux de répétition élevé et une puissance laser suffisante pour garantir un bon rapport signal/bruit. Avec les progrès de la technologie, les anciens lasers lithium-chrome-saphir à libération réglable ont été progressivement remplacés par des lasers à fibre pulsée.
Détecteur de photons uniques
Les détecteurs adaptés à l'optique de diffusion dans le domaine temporel nécessitent non seulement une efficacité élevée et une grande surface effective, mais également une bonne réponse temporelle et un faible bruit de fond. Les tubes photomultiplicateurs traditionnels ne sont plus la seule option. L'émergence des diodes à avalanche à photon unique et des photomultiplicateurs au silicium (SiPM) a ouvert de nouvelles possibilités dans ce domaine.
L'électronique du temps
L’objectif de la chronotronique est de reconstruire sans perte l’histogramme des temps de vol des photons. En utilisant le comptage de photons uniques corrélés dans le temps, un processus qui consiste à marquer les heures d’arrivée des photons, des données sont collectées pour générer un histogramme. Les systèmes électroniques actuels reposent principalement sur une combinaison d’un convertisseur temps-numérique (TDC) ou d’un convertisseur temps-analogique (TAC) et d’un convertisseur analogique-numérique (ADC).
Valeur dans les applications biomédicales
L’optique de diffusion dans le domaine temporel présente un grand potentiel d’application en biomédecine. Il peut surveiller en continu et de manière non invasive les propriétés optiques des tissus, devenant ainsi un outil important pour le diagnostic à long terme. Cette technologie a été appliquée avec succès à la surveillance cérébrale, à la mammographie optique et à la surveillance musculaire, démontrant son potentiel en tant que diagnostic clinique.
À mesure que la communauté universitaire mène des recherches approfondies sur cette technologie, nous serons en mesure de révéler davantage de mystères profonds des tissus biologiques à l’avenir.
Le voyage secret de la lumière continue de repousser les limites de la médecine grâce à la combinaison de la technologie et de la science. En regardant vers l’avenir, nous ne pouvons nous empêcher de nous demander : comment cette technologie va-t-elle changer notre compréhension de la vie ?
