Défrichage de fibre optique pour l’imagerie oxymétrique

Parce que oui, c’est possible de faire autre chose que des sapins de Noël avec de la fibre en PMMA à 10¢ le mètre. Je me suis lancé sérieusement, dans les derniers jours, dans mon projet d’imagerie oxymétrique. Pour commencer, j’ai découpé 147 bouts de 30 centimètres afin d’avoir une image composée d’un carré de 7×7 (ou toute autre forme comprenant 49 bouts de fibre sur l’image de la caméra).

Sources lumineuses

En utilisant deux sources de longueur d’onde différente, l’une dans le rouge, l’autre dans l’infrarouge, il est possible de déterminer le taux d’hémoglobine oxygénée par rapport à l’hémoglobine désoxygénée, en se basant sur les courbes d’absorption particulières. Ce principe est largement utilisé dans les sphygmo-oxymètres optiques, mesurant la concentration d’oxygène en un point (normalement un doigt) et supposant qu’elle est homogène dans le reste du corps. Or, la consommation d’oxygène par les organes varie selon l’effort énergétique qu’ils doivent fournir. En ayant une méthode qui permet de mesurer les variations d’oxygénation dans un volume donné, on ouvre la porte à toutes sortes d’applications intéressantes, comme l’imagerie spectroscopique proche infrarouge fonctionnelle (functional near-infrared imaging, fNIR, en anglais), ce qui est très excitant puisqu’elle permet de visualiser les processus mentaux en temps réel avec, ce que je souhaite vérifier, du matériel très peu coûteux et facile à trouver.

 (source : http://www.oximetry.org/pulseox/principles.htm)

Atténuation de la fibre

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L’atténuation dans le proche-infrarouge pour le PMMA grimpe rapidement, comme on peut le voir sur le graphique. À 850nm, on a environ 5dB/m d’atténuation. Il faut donc garder les bouts de fibre très courts. Avec 30 centimètres, les pertes sont de 1,5dB (~71% du signal est transmis), ce qui fait mal, mais pas trop, espérons-le.

Matériel

Pour mes sources lumineuses, j’utilise deux DEL à très haute puissance optique (2,6W) afin d’être certain d’avoir suffisamment de signal. J’aurais pu utiliser des lasers, mais mon objectif était d’injecter simultanément toutes les fibres, le plus simplement possible. De plus, les DEL sont moins coûteuses et moins dangereuses (quoique à cette puissance, même si ce n’est pas un faisceau cohérent, j’ai tendance à être prudent quand même).

Je les avais déjà préalablement soudées l’année passée, lorsque j’avais commencé ce projet. Je leur ai rajouté un petit cylindre imprimé en 3D, qui se met directement autour du petit bulbe-lentille de la DEL et qui est suffisamment large pour y faire tenir les 49 fibres.

J’utilise pour les alimenter un power supply d’ordi, qui me donne 15V et 5A, le tout régulé à 700mA par diode par des régulateurs spécialisés pour cette application.

J’ai remarqué qu’allumées à pleine puissance, elles deviennent très chaudes très rapidement, ce qui va être à tenir en compte dans la suite du projet. Il va falloir soit les utiliser périodiquement avec un rapport cyclique faible, soit rajouter un système de refroidissement adéquat, ou bien y aller avec une combinaison de ces deux approches.

À 850nm, l’oeil perçoit un rouge très faible, sûrement la limite inférieure du spectre de la diode, qui est en fait bien plus lumineuse, tel qu’on peut l’observer avec la caméra qui lui donne une couleur mauve.

  

La DEL à 660nm est extrêmement brillante, puisque la quasi-totalité de son spectre est dans le visible. On peut voir que les fibres contiennent bien le faisceau.

Pour la caméra, j’utilise une caméra de drone de marque RunCam qui a une sensibilité absolument phénoménale pour son prix abordable : jusqu’à 0,0001 Lux (elle m’avait coûté 50$US si je me souviens bien). Je lui ai imprimé en 3D un petit adaptateur qui rassemble toutes les fibres et y fait tenir la caméra. Toutefois, comme on peut le voir sur la dernière image, ce sera à refaire puisque le focus de la caméra est à l’infini, ce qui mélange toutes les fibres en un gros blob de lumière. Il va donc falloir rajouter de l’optique pour imager correctement les fibres et arriver à les distinguer individuellement afin de pouvoir traiter le signal. C’est le pari à relever en ce moment dans ce projet.

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