Speckle study of liquid scattering media. Application to the biophysical parameters determination
Etude du speckle de milieux diffusants liquides. Application à la détermination de paramètres biophysiques
Résumé
Development of the optical medical diagnostic interests a lot of researchers around the world. By this way, biological media illuminated by a coherent light source can be study by the analysis of the produced speckle field. This optical phenomena contains many information. Indeed, when any imaging system is not used, the speckle characteristics as the speckle size, the contrast, the polarization and the dynamic depend on the scattering and dynamical properties of the media. Firstly, statistical aspect of the speckle and experimental background are presented. Then, we studied the scattering effect on the speckle size and on the speckle contrast. For measurement in transmittance, this study permit us to characterize the media according to the particle dimensions. The calculation of the transmitted light by Monte Carlo simulation may permit to provide the speckle size evolution versus the scattering and particle size. Actually, many research works are made on the applications of the optical monitoring for non-invasive and in-vivo assessment of glucose. Within this framework, we measured the speckle size evolution induced by a glucose addition in a scattering media. This experience has been made for measurement in diffuse reflectance. Analysis of speckle dynamics is frequently used to study the motion of scattering objects or liquids. By assessing the contrast on the speckle field produced by a blood plasma sample, illuminated by a laser during a coagulation test, as well as the slowing down of speckle fluctuations, we measured the time required for blood plasma coagulation in vitro and evidenced the process dynamics.
Le travail présenté dans ce mémoire se place dans le cadre du développement actuel de l'optique laser pour l'établissement de diagnostics médicaux. Dans ce but, l'étude du champ de speckle peut se révéler être une voie pertinente d'analyse. Le speckle, ou granularité lumineuse, formé par des milieux diffusants éclairés par une source de lumière cohérente, peut potentiellement apporter une quantité importante d'informations sur ces milieux. En effet, lorsque aucun système imageant n'est employé, les caractéristiques du speckle comme la taille des grains, le contraste, la polarisation ou encore la dynamique du speckle, sont fonctions des propriétés de diffusion et de la dynamique du milieu. Après une présentation des aspects statistiques associés au speckle et une description des conditions expérimentales employées, nous avons donc étudié l'effet de la diffusion de milieux liquides sur la taille des grains de speckle ainsi que sur le contraste de speckle. En transmission, cette étude nous a permis de caractériser des échantillons selon la dimension des particules diffusantes. Une étude théorique a permis de voir que l'évolution de la taille des grains en fonction de la diffusion et de la dimension des particules du milieu diffusant peut être prévue par la simulation de profils de diffusion par la méthode de Monte Carlo. Actuellement, beaucoup de recherches sont menées pour déterminer des méthodes de mesures non invasive et in vivo de la glycémie pour les diabétiques. Dans ce contexte, nous avons mesuré l'effet de l'addition de glucose dans un milieu diffusant sur la taille des grains de speckle observés dans une configuration de réflexion diffuse. L'analyse de la dynamique des grains de speckle permet d'accéder au contrôle de l'agitation des particules dans le milieu diffusant. Cet aspect a été appliqué, dans le domaine de l'hématologie, au suivi de réactions de coagulation plasmatique. C'est ainsi que plusieurs échantillons de plasma ont pu être caractérisés selon leur temps et dynamiques de coagulations.
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