Une technique optique utilisant le moment cinétique orbital pourrait transformer le diagnostic médical

Un chercheur de l’Université Aston a développé une nouvelle technique utilisant la lumière qui pourrait révolutionner les diagnostics médicaux non invasifs et la communication optique. La recherche montre comment un type de lumière appelé moment angulaire orbital (OAM) peut être exploité pour améliorer l’imagerie et la transmission de données à travers la peau et d’autres tissus biologiques.

Une équipe dirigée par le professeur Igor Meglinski a découvert que la lumière OAM avait une sensibilité et une précision inégalées, ce qui pourrait rendre inutiles des procédures telles que la chirurgie ou les biopsies. En outre, cela pourrait permettre aux médecins de suivre la progression des maladies et de planifier des options de traitement appropriées.

L’OAM est défini comme un type de faisceaux lumineux structurés, qui sont des champs lumineux ayant une structure spatiale adaptée. Souvent appelés faisceaux vortex, ils ont déjà été appliqués à un certain nombre de développements dans différentes applications, notamment l’astronomie, la microscopie, l’imagerie, la métrologie, la détection et les communications optiques.

Le professeur Meglinski, en collaboration avec des chercheurs de l’Université d’Oulu, en Finlande, a mené la recherche, qui est détaillée dans l’article « Préservation de la phase du moment angulaire orbital de la lumière dans un environnement à diffusion multiple ». publié dans Lumière : science et applications. L’article a depuis été désigné comme l’une des recherches les plus passionnantes de l’année par l’organisation internationale des membres de l’optique et de la photonique, Optica.

L’étude révèle que l’OAM conserve ses caractéristiques de phase même lorsqu’il traverse un milieu hautement diffusant, contrairement aux signaux lumineux ordinaires. Cela signifie qu’il peut détecter des changements extrêmement minimes avec une précision allant jusqu’à 0,000001 sur l’indice de réfraction, dépassant de loin les capacités de nombreuses technologies de diagnostic actuelles.

Le professeur Meglinski, basé à l’Institut Aston des technologies photoniques, a déclaré : « En montrant que la lumière OAM peut voyager à travers des milieux troubles ou nuageux et diffusants, l’étude ouvre de nouvelles possibilités pour des applications biomédicales avancées.

« Par exemple, cette technologie pourrait conduire à des moyens plus précis et non invasifs de surveiller la glycémie, offrant ainsi une méthode plus simple et moins douloureuse pour les personnes atteintes de diabète. »

L’équipe de recherche a mené une série d’expériences contrôlées, transmettant des faisceaux OAM à travers des milieux présentant différents niveaux de turbidité et d’indices de réfraction. Ils ont utilisé des techniques de détection avancées, notamment l’interférométrie et l’holographie numérique, pour capturer et analyser le comportement de la lumière. Ils ont constaté que la cohérence entre les résultats expérimentaux et les modèles théoriques mettait en évidence la capacité de l’approche basée sur l’OAM.

Les chercheurs estiment que les résultats de leur étude ouvrent la voie à une gamme d’applications transformatrices. En ajustant la phase initiale de la lumière OAM, ils pensent que des avancées révolutionnaires dans des domaines tels que les systèmes de communication optique sécurisés et l’imagerie biomédicale avancée seront possibles à l’avenir.

Le professeur Meglinski a ajouté : « Le potentiel d’une surveillance transcutanée précise et non invasive de la glycémie représente un pas en avant significatif dans le diagnostic médical.

« Le cadre méthodologique et les validations expérimentales de mon équipe fournissent une compréhension complète de la façon dont la lumière OAM interagit avec des environnements de diffusion complexes, renforçant ainsi son potentiel en tant que technologie polyvalente pour les futurs défis de détection optique et d’imagerie. »