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[[Fichier:Nibib 030207 105309 sarcoma.jpg|vignette|Image OCT d'un sarcome]]
{{Homon|OCT}}
La '''tomographie en cohérence optique'''<ref>Même si on rencontre beaucoup « par » ou « de » à la place de « en », le [http://dictionnaire.academie-medecine.fr/?q=tomographie%20en%20coh%C3%A9rence%20optique dictionnaire] de l'Académie de médecine française utilise « en ».</ref> ou '''tomographie optique cohérente''' ('''TCO''' ou {{en}} '''OCT''') est une technique d'[[imagerie médicale]] bien établie qui utilise une onde lumineuse pour capturer des images tridimensionnelles d'un matériau qui [[Diffusion des ondes|diffuse]] la lumière (par exemple un [[tissu biologique]]), avec une [[pouvoir de résolution|résolution]] de l'ordre du [[micromètre]] ({{unité|1 µm}}). La tomographie en cohérence optique est basée sur une technique [[interférométrie|interférométrique]] à faible cohérence, utilisant habituellement une lumière dans l'[[infrarouge]] proche. En effet, l'absorption de lumière des tissus biologiques imagés est limitée dans cette gamme de longueur d'onde, ce qui permet de pénétrer jusqu'à environ {{unité|1|mm}}. Cette technique se situe ainsi à mi-chemin entre l'[[échographie]] par [[ultrason]]s (résolution {{unité|150 µm}}, pénétration {{unité|10|cm}}) et la [[microscope confocal|microscopie confocale]] (résolution {{unité|0,5 µm}}, pénétration {{unité|200 µm}}).

Suivant les propriétés de la source lumineuse (des {{Lien|langue=en|trad=Superluminescent diode|fr=diodes superluminescentes}}, des {{Lien|langue=en|trad=Ultrashort pulse laser|fr=laser à impulsions ultracourtes|texte=lasers à impulsions ultracourtes}} et des [[laser]]s à [[supercontinuum]] ont été utilisés), la tomographie en cohérence optique atteint une résolution inférieure au micromètre (avec des sources d'émission à [[spectre visible|spectre]] très large au-dessus de la gamme des {{unité|100|nm}} de [[longueur d'onde]]).

La tomographie en cohérence optique (OCT) est une des sortes de techniques de tomographie optique. Mise en œuvre relativement récemment (à la fin des années 1990), la tomographie en cohérence optique dans le [[domaine fréquentiel]] procure comme avantages un meilleur [[rapport signal sur bruit]], donnant une acquisition du signal plus rapide. 

Les systèmes disponibles dans le commerce sont employés dans diverses applications, dont les [[médecine conservatrice|médecines conservatrices]] et [[médecine de diagnostic|de diagnostic]], notamment en [[ophtalmologie]] où elle peut être utilisée pour obtenir des images détaillées de l'intérieur de la rétine. En 2009, elle a aussi commencé à être utilisée en cardiologie pour aider à diagnostiquer une [[maladie coronarienne]]<ref name="ftn0">(en) Bezerra, Hiram G.; Costa, Marco A.; Guagliumi, Giulio; Rollins, Andrew M.; Simon, Daniel I. (novembre 2009). [http://www.sciencedirect.com.proxy.westernu.edu/science/article/pii/S1936879809005925 "Intracoronary Optical Coherence Tomography: A Comprehensive Review"]. ''JACC: Cardiovascular Interventions'' '''2''' (11): 1035–1046. {{DOI|10.1016/j.jcin.2009.06.019 10.1016/j.jcin.2009.06.019}}. {{PMID|19926041}}.</ref>. Elle est également utilisée en [[mécanique (science)|mécanique]] en [[soudage laser]] pour la détection du plan de joint et le contrôle de la soudure.

== Introduction ==

[[File:HautFingerspitzeOCT.gif|thumb|300px|Image OCT d'une empreinte digitale. Il est possible d'observer les glandes sudoripares, ayant « l'apparence d'un tire-bouchon ».]]

L’imagerie des tissus biologiques, en particulier de l’œil humain, a été le travail de beaucoup de groupes de recherche dans le monde. Débutant avec l’interférométrie en lumière blanche pour des mesures oculaires sur l’œil « [[in vivo]] »<ref>{{article|langue=en|prénom1=A.F. |nom1=Fercher |prénom2=E. |nom2=Roth |titre=Ophthalmic laser interferometry |journal=Proc. SPIE |volume=658 |pages=48–51 |date=15 septembre 1986 |doi=10.1117/12.938523 }}</ref>{{,}}<ref name="Fercher">{{article|langue=en|doi=10.1364/OL.13.000186|pmid=19742022|titre=Eye-length measurement by interferometry with partially coherent light|année=1988|nom1=Fercher|prénom1=A. F.|nom2=Mengedoht|prénom2=K.|nom3=Werner|prénom3=W.|journal=Optics Letters|volume=13|numéro=3|pages=186–8|bibcode= 1988OptL...13..186F }}</ref>, la première image « [[in vivo]] » du fond d’œil humain selon une coupe méridionale a été présentée pour la première fois à la conférence ICO-15 SAT en 1990<ref>{{lien conférence |langue=en|prénom1=A.F. |nom1=Fercher 
|titre=Ophthalmic interferometry |conférence=ICO-15 SAT |lieu conférence = [[Garmisch-Partenkirchen]]  |date conférence =12–16 août 1990
|titre livre=Optics in medicine, biology and environmental research selected contributions to the First International Conference on Optics within Life Sciences (OWLS I) Garmisch-Partenkirchen, Germany, 12 - 16 August 1990 held as a Satellite Conference to the 15th international congress of the International Commission for Optics (ICO-15 SAT) |auteurs ouvrage= Gert von Bally (éd.) |éditeur=Elsevier |lieu édition= Amsterdam |année édition= 1993
|collection=International Society on Optics within Life Sciences |pages=221–228 |isbn=0-444-89860-3 }}</ref>.

Développée plus en détail pendant l’année 1990 par Naohiro Tanno<ref>{{ouvrage |auteur1=Naohiro Tanno |auteur2= Tsutomu Ichikawa |auteur4= Akio Saeki  |titre= [...] |traduction titre=Mesure de la réflexion des ondes lumineuses |nature ouvrage=brevet japonais # 2010042 |année=1990 |langue =ja}}
</ref>{{,}}<ref>{{lien conférence |auteur1=Shinji Chiba |auteur2=Naohiro Tanno |titre=[...] |traduction titre=Tomographie hétérodyne optique à rétrodiffusion |conférence=14th Laser Sensing Symposium |date conférence=1991 |langue=ja }}</ref>, alors professeur à Yamagata University, et en particulier depuis 1991 par Huang et al., dans le laboratoire du professeur {{Lien|langue=en|trad=James Fujimoto|fr=James Fujimoto}} du [[Massachusetts Institute of Technology]] (MIT)<ref>{{article|langue=en|pmid=1957169|année=1991|nom1=Huang|prénom1=D|nom2=Swanson|prénom2=EA|nom3=Lin|prénom3=CP|nom4=Schuman|prénom4=JS|nom5=Stinson|prénom5=WG|nom6=Chang|prénom6=W|nom7=Hee|prénom7=MR|nom8=Flotte|prénom8=T|nom9=Gregory|prénom9=K|nom10=Puliafito|prénom10=C.|nom11=Et|prénom11=al.|titre=Optical coherence tomography|volume=254|numéro=5035|pages=1178–81|journal=Science|bibcode= 1991Sci...254.1178H |doi= 10.1126/science.1957169 |pmc=4638169}}</ref>, l’OCT apportant une [[Pouvoir_de_résolution|résolution]] micrométrique et une capacité d'imagerie transversale est devenue une technique prédominante en recherche biomédicale. Elle est particulièrement bien adaptée aux applications ophtalmiques et a l’imagerie des tissus qui nécessitent une résolution micrométrique et une pénétration sur plusieurs millimètres de profondeur<ref>{{article|langue=en|pmid=17994864|année=2007|nom1=Zysk|prénom1=AM|nom2=Nguyen|prénom2=FT|nom3=Oldenburg|prénom3=AL|nom4=Marks|prénom4=DL|nom5=Boppart|prénom5=SA|titre=Optical coherence tomography: a review of clinical development from bench to bedside.|volume=12|numéro=5|pages=051403|doi=10.1117/1.2793736|journal=Journal of biomedical optics|bibcode= 2007JBO....12e1403Z }}</ref>.

Les premières images OCT « [[in vivo]] » (traitant de structures rétiniennes) ont été publiées en 1993, il faudra attendre 1997 pour les premières images endoscopiques<ref>{{article|langue=en|prénom1=A.F. |nom1=Fercher |prénom2=C.K. |nom2=Hitzenberger |prénom3=W. |nom3=Drexler |prénom4=G. |nom4=Kamp |prénom5=H. |nom5=Sattmann |titre=In Vivo Optical Coherence Tomography |journal=American Journal of Ophthalmology |volume=116 |numéro=1 |pages=113–114 |date=15 juillet 1993 |pmid=8328536 |doi=10.1016/S0002-9394(14)71762-3 }}</ref>{{,}}<ref>{{article|langue=en|doi=10.1364/OL.18.001864|titre=In vivo retinal imaging by optical coherence tomography|pmid=19829430|année=1993|nom1=Swanson|prénom1=E. A.|nom2=Izatt|prénom2=J. A.|nom3=Hee|prénom3=M. R.|nom4=Huang|prénom4=D.|nom5=Lin|prénom5=C. P.|nom6=Schuman|prénom6=J. S.|nom7=Puliafito|prénom7=C. A.|nom8=Fujimoto|prénom8=J. G.|journal=Optics Letters|volume=18|numéro=21|pages=1864–6|bibcode= 1993OptL...18.1864S }}</ref>.

L’OCT a aussi été utilisée pour de nombreux cas de [[Restauration (art)|restauration-conservation]] d’objets d’art, où sont analysées différentes couches de peinture sur une toile. Cette particularité de pouvoir imager plusieurs couches en profondeur donne à cette technique un gros avantage par rapport à d’autres techniques d’imagerie biomédicale.

L’[[échographie]] ultrasonore, l’[[imagerie par résonance magnétique]] (IRM), la [[Microscope confocal|microscopie confocale]] et l’OCT ont tous des caractéristiques différentes pour l’imagerie des tissus biologiques : les deux premières techniques peuvent imager le corps humain entier mais sont limités en [[pouvoir de résolution|résolution]] (typiquement au millimètre), tandis que la troisième permet d’atteindre des résolutions sub-micrométriques mais ne pénètre que sur des centaines de micromètre au maximum. L’OCT est donc une technique complémentaire de celles-ci puisqu’elle pénètre sur quelques centimètres et a une résolution pouvant atteindre {{unité|20 micromètres}} (endocopie) voire {{unité|10 micromètres}} en latéral (ophtalmologie)<ref>{{article|langue=en|doi=10.1038/86589|pmc=1950821|pmid=11283681|année=2001|nom1=Drexler|prénom1=Wolfgang|nom2=Morgner|prénom2=Uwe|nom3=Ghanta|prénom3=Ravi K.|nom4=Kärtner|prénom4=Franz X.|nom5=Schuman|prénom5=Joel S.|nom6=Fujimoto|prénom6=James G.|titre=Ultrahigh-resolution ophthalmic optical coherence tomography|journal=Nature Medicine|volume=7|numéro=4|pages=502–7}}</ref>{{,}}<ref>{{article|langue=en|doi=10.1016/j.ophtha.2003.12.002|pmid=15019397|titre=Confocal microscopy: A report by the American Academy of Ophthalmology|prénom8=WS|nom8=Van Meter|prénom7=IJ|nom7=Udell|prénom6=WJ|nom6=Reinhart|prénom5=DM|nom5=Meisler|prénom4=EJ|nom4=Cohen|prénom3=MW|nom3=Belin|prénom2=DC|année=2004|nom2=Musch|nom1=Kaufman|prénom1=S|journal=Ophthalmology|volume=111|numéro=2|pages=396–406}}</ref>.

L’OCT est basée sur l’[[interférométrie]] à faible cohérence<ref>{{article|langue=en|doi=10.1109/51.870229|titre=Current technical development of magnetic resonance imaging|année=2000|nom1=Riederer|prénom1=S.J.|journal=IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine|volume=19|pages=34–41|numéro=5|pmid=11016028}}</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage|langue=en|auteur1=M. Born|auteur2=E. Wolf|titre=Principles of Optics : Electromagnetic Theory of Propagation, Interference, and Diffraction of Light|éditeur=[[Cambridge University Press]]|année=2000|isbn=0-521-78449-2|lire en ligne=https://books.google.com/books?id=oV80AAAAIAAJ&printsec=frontcover}}</ref>{{,}}<ref name="Fercher" />.
Dans l’[[interférométrie]] conventionnelle, c’est-à-dire avec une grande longueur de cohérence, les interférences ont lieu sur plusieurs mètres (par exemple avec des lasers continus). En OCT, ces interférences sont réduites à une distance de quelques micromètres grâce à l’utilisation de sources lumineuses large-bande ({{càd}} des sources ayant un spectre large, avec beaucoup de couleurs différentes). Ces sources peuvent être des {{Lien|langue=en|trad=Superluminescent diode|fr=diodes superluminescentes}} ou des {{Lien|langue=en|trad=Ultrashort pulse laser|fr=laser à impulsions ultracourtes|texte=lasers à impulsions ultracourtes}}. Si une puissance plus faible suffit, une lumière blanche peut aussi être utilisée.

La lumière dans un système OCT est divisée sur deux bras : un bras échantillon (qui contient l’objet que l’on veut imager) et un bras de référence (le plus souvent un miroir). La combinaison de la lumière réfléchie par l’échantillon et de celle provenant de la référence donne lieu à des interférences, mais seulement si la lumière a parcouru la même distance dans chacun des bras, à une longueur de cohérence près. En balayant le miroir de bras de référence, un profil de réflectivité de l’échantillon peut être obtenu (c’est de l’OCT temporel). Les parties de l’échantillon qui retroréfléchissent beaucoup de lumière donneront plus d’interférence que les autres, créant ainsi un contraste. Toute lumière réfléchie à partir d’un autre plan en profondeur dans l’échantillon aura parcouru une distance trop grande (supérieure à la longueur de cohérence de la source) et n’interfèrera pas<ref>{{article|langue=en|titre= Optical Coherence Tomography: An Emerging Technology for Biomedical Imaging and Optical Biopsy |année=2000|nom1= Fujimoto |prénom1= JG| nom2= Pitris |prénom2= C.| nom3= Boppart |prénom3= SA| nom4= Brezinski |prénom4= ME|journal= Neoplasia |volume=2|pages=9-25|pmc= PMC1531864 }}</ref>.

Ce profil de réflectivité, appelé {{Lien|langue=en|trad= A-scan |fr= A-scan }}, contient une information sur la structure et les dimensions spatiales de l’échantillon étudié. Une tomographie transverse ({{Lien|langue=en|trad= B-scan |fr= B-scan }}) peut être réalisée en combinant latéralement une série de ces profils {{Lien|langue=en|trad= A-scan |fr= A-scan }}. Une image « en-face » d’une certaine profondeur est possible dépendamment de la machine utilisée.

== Explication ==
[[File:Retina-OCT800.png|thumb|Scan OCT d’une rétine avec une lumière à {{unité|800 nm}} (rouge foncé) avec une résolution axiale de {{unité|3 µm}}.]]

La tomographie en cohérence optique (OCT) est une technique permettant d’obtenir des images en profondeur de matériaux opaques ou transparents avec une résolution proche d’un [[microscope optique]]. C’est l’équivalent d’une « échographie optique », qui image de la lumière réfléchie provenant du matériau pour réaliser des coupes transverses<ref name="Michelessi">{{article|langue=en|auteur= Michelessi M, Lucenteforte E, Oddone F, Brazzelli M, Parravano M, Franchi S, Ng SM, Virgili G |titre= Optic nerve head and fibre layer imaging for diagnosing glaucoma |journal=Cochrane Database Syst Rev |numéro=11 |pages= CD008803 |date=2015 |pmid= 26618332 |doi= 10.1002/14651858.CD008803.pub2}}</ref>.

L’OCT a attiré l’intérêt de la communauté médicale car elle permet d’imager la morphologie d’un tissu avec une résolution bien meilleure (en dessous de {{unité|10 µm}}) que les autres techniques d’imagerie médicale conventionnelles ([[imagerie par résonance magnétique|IRM]], [[échographie]]…).

Les caractéristiques clés de l’OCT sont :
* imagerie en temps réel de zones peu profondes avec une résolution proche du micrométrique ;
* imagerie directe et instantanée de la morphologie du tissu biologique ;
* aucune préparation préalable de l’échantillon imagé ;
* pas de rayonnements ionisants (comme en [[radiographie|rayons X]] par exemple).

L’OCT permet une haute résolution car elle utilise de la lumière plutôt que des sons ou des radiofréquences. Un faisceau optique est dirigé sur l’échantillon, et une petite portion de la lumière qui est réfléchie par une des couches du matériau est collectée. On peut remarquer que la plupart de la lumière réfléchie n’est pas collectée (elle est donc perdue), car elle est diffusée (« ''scattering'' » en anglais) dans de nombreuses directions. Il y a aussi de la lumière collectée parasite, car elle provient de la diffusion d’une zone de l’échantillon extérieure à la zone imagée. Cependant l’OCT utilise une technique interférométrique pour mesurer le chemin que la lumière reçue a parcouru depuis sa réflexion sur l’échantillon, et peut ainsi rejeter la majorité des photons qui sont diffusés de façon multiple avant d’être détectés. L’OCT permet ainsi de reconstruire des images 3D d’échantillon relativement épais en rejetant la lumière parasite lorsqu’une surface d’intérêt est imagée.

Parmi l’ensemble des techniques d’imagerie médicale 3D, l’OCT est à ranger parmi les techniques utilisant le phénomène d’[[écho (acoustique)|écho]] (comme l’[[échographie]] par ultrasons). D’autres techniques comme la [[tomodensitométrie]] (ou scanner), l’[[imagerie par résonance_magnétique|IRM]] ou la [[tomographie par émission de positons]] n’utilisent pas ce phénomène<ref>{{lien web|langue=en|url=https://www.mastereyeassociates.com/optical-coherence-tomography-scan |titre=Optical Coherence Tomography provides better resolution than an MRI and Helps Diagnose Retina & Corneal Disease and Glaucoma, Part II |nom=Unknown |prénom=Unknown |éditeur=mastereyeassociates |date=13 juin 2017|website=mastereyeassociates.com |consulté le=13 juin 2017}}</ref>.
Cette technique est limitée pour des images de 1 à {{unité|2|mm}} sous la surface de tissus biologiques, car au-delà la proportion de signal détecté est trop faible. Aucune préparation de l’échantillon n’est requise, et des images « sans contact » ou à travers une fenêtre transparente peuvent  être réalisées. On peut aussi noter que le laser (ou la lumière peu cohérente) utilisée a une puissance relativement faible : elle est sans danger pour l’œil et ne provoque pas de dégâts sur l’échantillon.

== Théorie ==
Le principe de l’OCT est celui de l’interférométrie en lumière blanche (et de l’interférométrie à faible cohérence). Le montage optique consiste en un interféromètre (Fig. 1, typiquement un [[interféromètre de Michelson]]) éclairé par une lumière à spectre large, à faible cohérence.
La lumière est divisée (puis recombinée) en deux bras : référence et échantillon, respectivement.
{|
|
[[File:OCT B-Scan Setup-en.svg|thumb|375px|Fig. 2 Montage d’un OCT typique simple point (TD-OCT). Scanner le faisceau optique sur l’échantillon permet une imagerie transverse non invasive jusqu’à {{unité|3|mm}} de profondeur avec une résolution micrométrique.]]
|
[[File:Full-field OCT setup.png|thumb|375px|Fig. 1 OCT plein champ. Composants : diode superluminescente (SLD), lentille convexe (L1), séparatrice 50/50 (BS), objectif de la caméra (CO), caméra CMOS-DSP (CAM), référence (REF) et échantillon (SMP). La caméra fonctionne comme un détecteur 2D, et à l’aide du scan en profondeur que permet l’OCT, une image 3D peut être recombinée.]]
|}

{|
|
[[File:Fd-oct.PNG|thumb|375px|Fig. 4 OCT spectrale (ou fréquentielle ou dans le domaine de Fourier), encodée spatialement (SE-FD-OCT). Composants : source peu-cohérente (LCS), séparatrice 50/50 (BS), référence (REF) et échantillon (SMP), réseau de diffraction (DG), détecteur plein-champ (CAM) agissant comme un spectromètre, analyseur de données numérique (DSP).]]
|
[[File:Ss-oct.PNG|thumb|375px|Fig. 3 Détermination spectrale par OCT à source de balayage, OCT fréquentielle (ou dans le domaine de Fourier) encodée dans le temps (TE-FD-OCT) . Composants : source laser à balayage de fréquence ou laser modulable en longueur d’onde (SS), séparatrice 50/50 (BS), référence (REF) et échantillon (SMP), photodétecteur (PD) et analyseur de données numérique (DSP)]]
|}

=== OCT temporelle (TD-OCT) ===
En OCT temporelle, la différence de marche du bras de référence varie dans le temps (le miroir de référence est translaté longitudinalement). En interférométrie à faible cohérence, les interférences, c'est-à-dire des séries de franges brillantes et sombres, ont lieu seulement lorsque la différence de marche entre les 2 bras de l’interféromètre est plus petite que la longueur de cohérence de la source lumineuse. Cette interférence est appelée autocorrélation dans le cas où l’interféromètre est symétrique (les 2 bras ont la même réflectivité) ou [[corrélation croisée]] sinon. L’enveloppe de cette modulation varie avec la différence de marche, le maximum de l’enveloppe correspondant à l’égalité des chemins optiques (contact optique).
L’interférence de deux faisceaux partiellement cohérents peut être exprimée en termes d’intensités lumineuses <math>I_S</math>, comme : 
:<math> I = k_1 I_S + k_2 I_S + 2 \sqrt { \left ( k_1 I_S \right ) \cdot \left ( k_2 I_S \right )} \cdot Re \left [\gamma \left ( \tau \right ) \right] \qquad (1) </math>

où <math>k_1 + k_2 < 1</math> représente le rapport de division (d’intensité) du faisceau, et <math> \gamma ( \tau ) </math> est appelé le degré de cohérence complexe, c'est-à-dire l’enveloppe et porteuse de l’interférence qui dépend du scan sur le bras de référence ou du délai <math> \tau </math>, et dont la mesure est le but de l’OCT. En raison de l’effet de verrouillage de cohérence de l’OCT, le degré de cohérence complexe est représenté par une fonction gaussienne exprimée par<ref name="Fercher"/> 
:<math> \gamma \left ( \tau \right ) = \exp \left [- \left ( \frac{\pi\Delta\nu\tau}{2 \sqrt{\ln 2} } \right )^2 \right] \cdot \exp \left ( -j2\pi\nu_0\tau \right ) \qquad \quad (2) </math>

où <math> \Delta\nu </math> représente la largeur spectrale de la source dans le domaine fréquentiel, et <math> \nu_0 </math> est la fréquence centrale de la source. Dans l’équation (2), l’enveloppe gaussienne est modulée en amplitude par une porteuse optique. Le maximum de cette enveloppe représente la position de l’échantillon imagé, avec une amplitude dépendant de la réflectivité de la surface. La porteuse optique est due à l’[[effet Doppler]] résultant du scan d’un bras de l’interféromètre, et la fréquence de modulation dépend de la vitesse du scan. Ainsi, translater un des bras de l’interféromètre a deux effets : le scan en profondeur et un décalage Doppler de la porteuse optique. En OCT, le décalage Doppler de la porteuse optique est exprimé par 
:<math> f_{Dopp} = \frac { 2 \cdot \nu_0 \cdot v_s } { c } \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \quad (3) </math>

où <math> \nu_0 </math> est la fréquence optique centrale de la source, <math> v_s </math> est la vitesse de balayage (scan) de la différence de marche, et <math> c </math> est la vitesse de la lumière.

[[File:Principle-TD-FD OCT.svg|thumb|450px|Signaux d’interférence en TD vs. FD-OCT]]
Les résolutions latérale et axiale en OCT sont indépendantes l’une de l’autre : la première dépendant des optiques du montage et la seconde étant  fonction de la longueur de cohérence de la source lumineuse. La résolution axiale en OCT est définie par :
:{|
|-
|<math> \, {l_c} </math>
|<math>=\frac {2 \ln 2} {\pi} \cdot \frac {\lambda_0^2} {\Delta\lambda}</math>
|-
|
|<math>\approx 0.44 \cdot \frac {\lambda_0^2} {\Delta\lambda} \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad (4) </math>
|}

où <math> \lambda_0 </math> et <math> \Delta\lambda</math> sont respectivement la longueur d’onde centrale et la largeur spectrale de la source lumineuse<ref name="garg2014" />.

=== OCT fréquentielle (FD-OCT) ===
En OCT fréquentielle (ou OCT dans le domaine de Fourier), (FD-OCT) les interférences large-bande sont enregistrées avec des détecteurs séparateurs de spectre (soit en encodant la fréquence optique dans le temps avec une source à balayage de fréquence, ou avec un détecteur à dispersion, comme un [[réseau de diffraction]] ou un détecteur 2D linéaire).
Grâce à la [[Transformation_de_Fourier|relation de Fourier]] ([[théorème de Wiener-Khintchine]]) qui relie l’autocorrélation et la densité spectrale de puissance), la profondeur peut être immédiatement calculée par une transformée de Fourier depuis le spectre enregistré, sans aucun mouvement du bras de référence<ref>{{article|langue=en|doi=10.1109/2944.796348|titre=Optical coherence tomography (OCT): a review|année=1999|nom1=Schmitt|prénom1=J.M.|journal=IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics|volume=5|pages=1205–1215|numéro=4}}</ref>{{,}}<ref>{{article|langue=en|doi=10.1016/0030-4018(95)00119-S|titre=Measurement of intraocular distances by backscattering spectral interferometry|année=1995|nom1=Fercher|prénom1=A|nom2=Hitzenberger|prénom2=C.K.|nom3=Kamp|prénom3=G.|nom4=El-Zaiat|prénom4=S.Y.|journal=Optics Communications|volume=117|pages=43–48|bibcode= 1995OptCo.117...43F }}</ref>.
Cet effet accélère grandement la vitesse d’imagerie, tandis que la réduction des pertes améliore grandement le rapport signal-sur-bruit proportionnel au nombre d’éléments de détection. La détection parallèle de plusieurs plages de longueurs d’onde limite l’intervalle de balayage, tandis que la largeur de bande spectrale dicte la résolution axiale<ref>{{article|langue=en|doi= 10.1364/BOE.8.003248 |titre= Twenty-five years of optical coherence tomography: the paradigm shift in sensitivity and speed provided by Fourier domain OCT |année=2017|nom1=de Boer|prénom1= Johannes F. |nom2= Leitgeb |prénom2=R.|nom3= Wojtkowski |prénom3=M.|journal= Biomed. Opt. Express |volume=8|numéro = 7|pages=3248-3280}}</ref>.

==== Encodée spatialement ====
L’OCT fréquentielle encodée spatialement (SEFD-OCT en anglais, pour spectrally encoded Fourier domain OCT) réalise une mesure spectrale en répartissant, à l’aide d’un élément dispersif, différentes fréquences optiques sur les bandes d’un détecteur (un capteur [[Capteur_photographique#Capteur_CMOS|CMOS]] ou [[Capteur_photographique#Capteur_CCD|CCD]] 2D divisé en lignes), voir Fig.4 ci-dessus. Ainsi l’information de tout le balayage en profondeur peut être acquis en une seule exposition. Cependant, le grand [[rapport signal sur bruit]] qui caractérise normalement la FD-OCT est réduit par la plus petite plage dynamique des détecteurs à bandes, comparés aux diodes photosensibles uniques : cela résulte en un SNR ([[rapport signal sur bruit]]) plus bas de ~10 [[décibel|dB]] aux vitesses élevées. Cela n’est pas problématique lorsqu’on travaille à la longueur d’onde de {{unité|1300 nm}}, puisqu’une plage dynamique faible n’est pas un problème dans cette gamme de longueur d’onde<ref name="garg2014">{{Ouvrage|langue=en|prénom1=A.|nom1=Garg|titre=Anterior & Posterior Segment OCT : Current Technology & Future Applications, 1st edition|éditeur=|année=2014|isbn=}}</ref>.

En plus du plus faible SNR ([[rapport signal sur bruit]]), cette technique implique aussi une réduction en sinus cardinal (sinc) de la résolution en profondeur, due à la limitation de la bande de détection (un pixel détecte une portion quasi-rectangulaire d’une plage de longueur d’onde au lieu d’une fréquence bien précise, conduisant à un sinus cardinal (sinc(z)) sur la transformée de Fourier). De plus, dans la plupart des cas, les éléments dispersifs dans le détecteur spectral ne distribuent pas la lumière sur le détecteur avec des fréquences réparties de façon égales, même si les plus récents ont une dépendance inverse.
Par conséquent le signal doit être re-échantillonné avant d’être traité, et ce processus ne peut prendre en compte des différences de largeur de bande locales (dépendantes d’un pixel à l’autre), ce qui résulte en une plus grande dégradation de la qualité du signal.
Cette dégradation n’est cependant plus un problème avec le développement des nouvelles générations de capteurs CCD ou assemblage de photodiodes qui ont un nombre de pixels bien supérieur.

La {{Lien|langue=en|trad= Optical heterodyne detection |fr=détection optique hétérodyne}} offre une autre approche à ce problème sans la nécessité d’une grande dispersion.

==== Encodée dans le temps ====
L’OCT fréquentielle encodée dans le temps (TEFD-OCT pour time-encoded Fourier-domain OCT en anglais, ou OCT à source à balayage, swept-source OCT en anglais) tente de combiner certains avantages de l’OCT standard et de la FD-OCT encodée spatialement.
Ici les composantes spectrales ne sont pas encodées dans par une séparation spatiale, mais temporellement. Le spectre est soit généré soit filtré par des pas successifs en fréquences, puis reconstruit avant de subir la transformée de Fourier. En associant une source lumineuse à balayage de fréquence, la source optique devient plus simple que celle de la FD-OCT encodée spatialement, mais le problème du balayage qui était, dans le cas de la TD-OCT, essentiellement dans le bras de référence se retrouve maintenant dans la source lumineuse de la FD-OCT encodée temporellement.
Ici l’avantage repose dans la technologie de haut SNR ([[rapport signal sur bruit]]), tandis que les sources à balayage atteignent des largeurs de bande instantanée très petites à des fréquences très élevées (20-{{unité|200|kHz}}). Les désavantages sont la non-linéarité en longueur d’onde (surtout aux hautes fréquences), l’élargissement de la largeur de bande aux hautes fréquences et une haute sensibilité aux éléments de balayage de l’échantillon.

=== OCT plein champ (FF-OCT) ===

[[File:Oct FF.png|thumb|350px|Schéma d'un OCT plein champ]]

Une approche alternative de l'OCT temporelle et fréquentielle a été développée par l'équipe de Claude Boccara en 1998<ref>{{article|langue=en |titre= Full-field optical coherence microscopy  |année=1998|nom1=Beaurepaire|prénom1= E. |nom2= Boccara |prénom2= A.C. |journal= Optics Letter |volume=23|numéro = 4 |pages=244-246}}</ref>, avec une acquisition des images sans balayage de faisceau. Dans cette technique appelée OCT plein champ (full-field OCT, FF-OCT), contrairement à d'autres techniques OCT qui acquièrent des sections transversales de l'échantillon, les images sont ici « en face », comme des images de microscopie classique : orthogonales au faisceau lumineux d'illumination<ref>{{article|langue=fr |titre= L’OCT plein champ |année=2006|nom1=Dubois|prénom1= A. |nom2= Boccara |prénom2= A.C. |journal= Médecins/Sciences |volume=22|numéro = 10|pages=859-864|doi = 10.1051/medsci/20062210859}}</ref>.

Plus précisément, les images interférométriques sont créées par un interféromètre de Michelson où la différence de marche optique est balayée par un composant électrique rapide (habituellement un miroir piézoélectrique dans le bras de référence). Ces images acquises par une caméra CCD sont combinées en post-traitement (ou en direct) par la méthode de déphasage interférometrique, où habituellement 2 ou 4 images par période de modulation sont acquises selon l'algorithme utilisé<ref>{{article|langue=en |titre= Thermal-light full-field optical coherence tomography in the 1.2 micron wavelength region |année=2006|nom1=Dubois|prénom1= A.  |nom2= Moneron |prénom2= G|nom3= Boccara |prénom3= A.C. |journal= Optics Communications |volume=266 |pages=738-743}}</ref>{{,}}<ref>{{article|langue=en |titre= Full-field OCT: a non-invasive tool for diagnosis and tissue selection. |année=2013|nom1=Boccara|prénom1= A.C.  |nom2= Harms |prénom2= F.|nom3= Latrive |prénom3= A. |journal= SPIE Newsroom |doi = 10.1117/2.1201306.004933}}</ref>.

Les images tomographiques « en face » sont ainsi produites par un éclairage à champ large, assuré par la configuration Linnik de l'interféromètre de Michelson où un objectif de microscope est utilisé dans les deux bras. En outre, alors que la cohérence temporelle de la source doit rester faible comme dans les OCT classiques (c'est-à-dire un large spectre), la cohérence spatiale doit également être faible pour éviter les interférences parasites (c'est-à-dire une source de grande taille)<ref>{{Ouvrage|langue=en|prénom1=A.C.|nom1=Boccara|prénom2=A.|nom2=Dubois|titre=Optics in Instruments|éditeur=|année=2013|pages totales=101-123|isbn=|doi=10.1002/9781118574386.ch3|titre chapitre=Optical Coherence Tomography}}</ref>.

=== OCT confocale à balayage linéaire (LC-OCT) ===

La tomographie par cohérence optique confocale à balayage linéaire, désignée par l'acronyme anglais LC-OCT (« Line-field Confocal OCT »), est une technique d'imagerie basée sur le principe de l'OCT temporelle avec éclairage selon une ligne et détection avec une caméra linéaire<ref>{{article|titre=Line-field confocal time-domain optical coherence tomography with dynamic focusing|année=2018|journal=Opt. Express |volume=26|pages=33534-33542|nom1=Dubois|prénom1=A.|nom2=Levecq|prénom2=O.|nom3=Azimani|prénom3=H.|nom4=Davis|prénom4=A.|nom5=Ogien|prénom5=J.|nom6=Siret|prénom6=D.|nom7=Barut|prénom7=A.}}</ref>.
Des images en coupe verticale (B-scans) ou en coupe horizontale (en face) sont obtenues en temps réel en balayant la ligne d'éclairage. En utilisant un objectif de microscope de grande ouverture numérique et un laser supercontinuum comme source de lumière de faible cohérence temporelle, une résolution spatiale quasi-isotrope d'environ {{nobr|1 µm}} a été démontrée. D'autre part, l'éclairage et la détection linéaires, combinés à l'utilisation d'un objectif de microscope, produisent un effet confocal qui réduit la quantité de lumière multi-diffusée détectée par la caméra. Ce filtrage confocal, absent dans la technique d'OCT plein champ, confère un avantage à la LC-OCT en termes de sensibilité de détection et de pénétration dans les milieux diffusants comme les tissus cutanés<ref>{{article|titre=High-resolution line-scanning optical coherence microscopy|année=2007|journal=Opt. Lett. |volume=32|pages=1971-1973 |nom1=Chen|prénom1=Y.|nom2=Huang|prénom2=S.W.|nom3=Aguirre|prénom3=A.D.|nom4=Fujimoto|prénom4=J.G.}}</ref>{{,}}<ref>{{article|titre=Simultaneous dual-band line-field confocal optical coherence tomography. Application to skin imaging|année=2019|journal=Biomed. Opt. Express |volume=10|pages=694-706|nom1=Davis|prénom1=A.|nom2=Levecq|prénom2=O.|nom3=Azimani|prénom3=H.|nom4=Siret|prénom4=D.|nom5=Dubois|prénom7=A.}}</ref>.

== Quelques applications ==
La tomographie par cohérence optique est une technique d'imagerie médicale bien établie, et est utilisée dans plusieurs spécialités médicales dont l'ophtalmologie et la cardiologie, en plus d’être largement utilisée dans la recherche biomédicale.

=== Imagerie médicale ===

==== Ophtalmologie ====
L'OCT est très utilisée par les ophtalmologistes et les orthoptistes pour obtenir des images à haute résolution du segment antérieur de l’[[œil humain]] et de la [[rétine]]. À l’aide de son pouvoir de résolution transverse, l’OCT fournit une méthode simple d'évaluation de l'intégrité axonale dans les cas de [[sclérose en plaques]]<ref> {{article |langue=en | nom1 = Dörr | prénom1 = Jan | nom2 = Wernecke | prénom2 = K. D.| nom3 = Bock | prénom3 = M | nom4 = Gaede | prénom4 = G | nom5 = Wuerfel | prénom5 = J. T.| nom6 = Pfueller | prénom6 = C. F.| nom7 = Bellmann-Strobl | prénom7 = J | nom8 = Libération | prénom8 = A | nom9 = Brandt | prénom9 = A. U.| nom10 = Friedemann | prénom10 = P | titre = Association of retinal and macular damage with brain atrophy in multiple sclerosis. | journal = PLoS ONE | date = 8 avril 2011 | volume = 6 | numéro = 4 | page = e18132 | doi=10.1371/journal.pone.0018132 | pmid = 21494659 | url = http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0018132 | consulté le = 21 novembre 2012 | bibcode = 2011PLoSO ... 618132D | pmc = 3072966}} {{Open access}} </ref> et de [[glaucome]]<ref> {{article |langue=en | nom1 = Grewal | prénom1 = D. S.| nom2 = Tanna | prénom2 = A. P.| titre = Diagnosis of glaucoma and detection of glaucoma progression using spectral domain optical coherence tomography. | journal = Current opinion in Ophthalmology | date = Mars 2013 | volume = 24 | numéro = 2 | pages = 150-61 | doi = 10.1097 / ICU.0b013e32835d9e27 | pmid = 23328662}} </ref>. L'OCT est également bien adaptée pour évaluer la [[dégénérescence maculaire liée à l'âge]]<ref> {{article |langue=en | nom1 = Keane | prénom1 = P. A.| nom2 = Patel | prénom2 = P. J.| nom3 = Liakopoulos | prénom3 = S | nom4 = Heussen | prénom4 = F. M.| nom5 = Sadda | prénom5 = S. R.| nom6 = Tufail | prénom6 = A | titre = Evaluation of age-related macular degeneration with optical coherence tomography | journal = Survey of Ophthalmology | date = Septembre 2012 | volume = 57 | numéro = 5 | pages = 389-414 | pmid = 22898648 | doi = 10.1016/j.survophthal.2012.01.006}} </ref> et est considéré comme la nouvelle norme pour l'évaluation de l’état d’un [[œdème maculaire | œdème maculaire diabétique]]<ref name="Virgili"> {{article |langue=en | nom1 = Virgili | prénom1 = G | nom2 = Menchini | prénom2 = F | nom3 = Casazza | prénom3 = G | nom4 = Hogg | prénom4 = R | nom5 = Das | prénom5 = R. R.| nom6 = Wang | prénom6 = X | nom7 = Micnuti | prénom7 = M | titre = Optical coherence tomography (OCT) for detection of macular oedema in patients with diabetic retinopathy | journal = Cochrane Database Syst Rev | volume = 1 | page = CD008081 | date = 7 janvier 2015 | pmid = 25564068 | doi = 10.1002 / 14651858.CD008081.pub3 | pmc = 4438571}} </ref>. Plus récemment, des dispositifs OCT ophtalmiques ont été conçus pour effectuer des angiographies ou pour évaluer des pathologies de la microvascularisation de la rétine, impliquées dans des maladies telles que le glaucome et la rétinopathie diabétique.

==== Cardiologie ====
Dans le cadre de la cardiologie, l’OCT est utilisée pour imager des [[Artère_coronaire|artères coronaires]], afin de visualiser la morphologie et la microstructure des vaisseaux à une résolution {{nobr|10 fois}} supérieure à d'autres modalités existantes telles que les ultrasons intravasculaires et l'angiographie par rayons X (Tomographie Intracoronaire par cohérence optique). Pour ce type d'application, des cathéters à fibres optiques d'environ {{nobr|1 millimètre}} de diamètre sont utilisés pour accéder à la lumière de l'artère à travers des interventions semi-invasives, c'est-à-dire une [[intervention coronaire percutanée]]. La première réalisation de l'OCT endoscopique a été rapportée en 1997 par des chercheurs du laboratoire James Fujimoto du Massachusetts Institute of Technology, dont le {{Pr}} Guillermo James Tearney et le {{Pr}} Brett Bouma<ref> {{article |langue=en | nom1 = Tearney | prénom1 = G. J.| nom2 = Brezinski | prénom2 = M. E.| nom3 = Bouma | prénom3 = B. E.| nom4 = Boppart | prénom4 = S. A.| nom5 = Pitris | prénom5 = C | nom6 = Southern | prénom6 = J. F.| nom7 = Fujimoto | prénom7 = J. G.| date = 27 juin 1997 | titre = In vivo endoscopic optical biopsy with optical coherence tomography | url = http: //science.sciencemag.org/content/276/5321/2037.long | journal = Science|volume=276 |numéro= 5321 |pages=2037–2039 |pmid=9197265 |doi=10.1126/science.276.5321.2037}}</ref>. Le premier cathéter et système d'imagerie TD-OCT a été commercialisé par LightLab Imaging, Inc., une société créée au Massachusetts en 2006. La première étude d'imagerie FD-OCT a été rapportée par le laboratoire du {{Pr}} Guillermo James Tearney et le {{Pr}} Brett Bouma basé au [[Massachusetts General Hospital]] en 2008<ref> {{article |langue=en | nom1 = Tearney | prénom1 = G. J.| nom2 = Waxman | prénom2 = S | nom3 = Shishkov | prénom3 = M | nom4 = Vakoc | prénom4 = B. J.| nom5 = Suter | prénom5 = M. J.| nom6 = Freilich | prénom6 = M. I.| nom7 = Desjardins | prénom7 = A. E.| nom8 = Oh | prénom8 = W. Y.| nom9 = Bartlett | prénom9 = L. A.| nom10 = Rosenberg | prénom10 = M | nom11 = Bouma | prénom11 = B. E.| date = Novembre 2008 | titre = Three-Dimensional Coronary Artery Microscopy by Intracoronary Optical Frequency Domain Imaging | doi = 10.1016 / j.jcmg.2008.06.007 | journal = {{abbr | JACC | Journal of the American College of Cardiology}} Cardiovascular imaging | volume = 1 | numéro = 6 | pages = 752-761 | url = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1936878X08003616 |pmid=19356512 |pmc=2852244 }}</ref>. La FD-OCT permettant une vitesse d'imagerie plus élevée, elle a été largement adoptée pour l'imagerie de l'artère coronaire. On estime que plus de {{nombre|100000|cas}} d'imagerie coronaire FD-OCT sont effectués chaque année, et que le marché augmente d'environ 20 % annuellement<ref> {{lien web| url = http://www.bioopticsworld.com/articles /print/volume-9/issue-6/optical-coherence-tomography-beyond-better-clinical-care-oct-s-economic-impact.html | titre = Optical Coherence Tomography: Beyond better clinical care: OCT's economic impact | nom = Swanson | prénom = Eric | date = 13 juin 2016 | site = BioOptics World | consulté le = 9 septembre 2016}} </ref>.

==== Oncologie ====
L’OCT endoscopique a été appliquée à la détection et au diagnostic de [[cancer]] et de [[État précancéreux|lésions précancéreuses]], telles que l'[[Endobrachyœsophage|œsophage de Barrett]] et la [[dysplasie œsophagienne]]<ref> {{lien web| url = http://www.bioopticsworld.com/articles/print/volume-6/issue-3/features/optical-coherence-tomography-gastroenterology--advanced-oct--nex.html | titre = Next-gen OCT for the esophagus | date = 1 mai 2013 | site = BioOptics World | consulté le = 9 septembre 2016}} </ref>.

==== Dermatologie ====
La première utilisation de l'OCT en dermatologie remonte à 1997<ref>{{article|nom1=Welzel |prénom1=Julia |année=1997 |titre=Optical coherence tomography of the human skin |journal=J. Am. Acad. Dermatology. |volume=37 |pages=958–96}}</ref>. Depuis, l'OCT a été appliquée avec succès au diagnostic de lésions cutanées telles que les carcinomes<ref>{{article|nom1=Boone |prénom1=M.A. |nom2=Norrenberg |prénom2=S. |nom3=Jemec |prénom3=G.B. |nom4=Del Marmol |prénom4=V. |année=2012 |titre=Imaging of basal cell carcinoma by high-definition optical coherence tomography: histomorphological correlation. A pilot study. |journal=J. Dermatol. |volume=167 |pages=856–864}}</ref>{{,}}<ref>{{article|nom1=Coleman |prénom1=A.J. |nom2=Richardson |prénom2=T.J. |nom3=Orchard |prénom3=G. |nom4=Uddin |prénom4=A. |nom5=Choi |prénom5=M.J. |nom6=Lacy |prénom6=K.E.|année=2013 |titre=Histological Correlates of Optical Coherence Tomography in Non-Melanoma Skin Cancer. |journal=Skin Res. Technol. |volume=19 |pages=10–19}}</ref>{{,}}<ref>{{article|nom1=Ulrich |prénom1=M. |nom2=Von Braunmuehl |prénom2=T. |nom3=Kurzen |prénom3=H. |nom4=Dirschka |prénom4=T. |nom5=Kellner |prénom5=C. |nom6=Sattler |prénom6=E. |nom7=Berking |prénom7=C. |nom8=Welzel |prénom8=J. |nom9=Reinhold |prénom9=U. |année=2015 |titre=The Sensitivity and Specificity of Optical Coherence Tomography for the Assisted Diagnosis of Nonpigmented Basal Cell Carcinoma: An Observational Study. |journal=Br. J. Dermatol. |volume=173 |pages=428–435}}</ref>. En revanche, le diagnostic du mélanome à l'aide de l'OCT est difficile à cause de la résolution insuffisante des images<ref>{{article|nom1=Levine |prénom1=A. |nom2=Wang |prénom2=K. |nom3=Markowitz |prénom3=O. |année=2017 |titre=Optical Coherence Tomography in the Diagnosis of Skin Cancer. |journal=Dermatol. Clinics |volume=35 |pages=465–488}}</ref>. L'émergence de nouvelles techniques d'OCT à haute résolution telles que la LC-OCT ouvre des perspectives prometteuses en permettant à la fois la détection à un stade précoce des tumeurs malignes de la peau — y compris le mélanome — et la réduction du nombre d'excisions chirurgicales de lésions bénignes<ref>{{article|titre=Line-field confocal optical coherence tomography for high-resolution noninvasive imaging of skin tumors|année=2018|journal=J. Biomed. Opt. |volume=23|pages=106007|nom1=Dubois|prénom1=A.|nom2=Levecq|prénom2=O.|nom3=Azimani|prénom3=H.|nom4=Siret|prénom4=D.|nom5=Barut|prénom5=A.|nom6=Suppa|prénom6=M.|nom7=Del Marmol |prénom7=V. |nom8=Malvehy|prénom8=J.}}</ref>. D'autres domaines d'application intéressants incluent l'imagerie des lésions où les excisions sont dangereuses voire impossibles ainsi que l'aide aux interventions chirurgicales par identification des marges tumorales.

=== Mécanique ===
Le procédé OCT est utilisé en [[soudage laser]] dans 3 applications :

* Avant soudure : détection du plan de joint ;
* Pendant la soudure : contrôle de la profondeur de pénétration de la soudure ({{En|texte=keyhole}}) ;
* Après la soudure : contrôle de la géométrie du cordon de soudure.

== Voir aussi ==
* [[Interférométrie]]
* {{Lien|langue=en|trad=Optical projection tomography|fr=Tomographie par projection optique}}
* [[Tomographie]]
* [[Microscope confocal]]
* [[Imagerie médicale]]

== Références ==
{{Traduction/Référence|en|Optical_coherence_tomography|635869347}}
{{Références}}

{{Palette|Imagerie médicale|Lasers}}
{{Portail|médecine|optique|Imagerie numérique}}

[[Catégorie:Imagerie médicale]]
[[Catégorie:Tomographie|*]]
[[Catégorie:Médecine au laser]]