FR3128081A1 - Dispositif et méthode de transport et de contrôle en direct de faisceaux lumineux - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne des dispositifs et méthodes de transport et de contrôle de faisceaux lumineux, notamment pour l’imagerie endo-microscopique dite « sans lentille ». La présente invention s’applique par exemple à l’exploration endoscopique, par exemple d’organes d’un être vivant alors même que celui-ci peut se déplacer librement pendant la mesure. Plus particulièrement, la présente invention permet une mesure « en direct » de la matrice de transmission de la fibre, alors même que la fibre peut subir des changements de conformation. La présente invention concerne également un dispositif de fibre adapté pour la mise en œuvre de la méthode. [Fig. 8]
Description
La présente invention concerne des dispositifs et méthodes de transport et de contrôle de faisceaux lumineux, notamment pour l’imagerie endo-microscopique dite « sans lentille ». La présente invention s’applique par exemple à l’exploration endoscopique, par exemple d’organes d’un être vivant alors même que celui-ci peut se déplacer librement pendant la mesure.
Plus particulièrement, la présente invention permet une mesure « en direct » de la matrice de transmission de la fibre, alors même que la fibre peut subir des changements de conformation. La présente invention concerne également un dispositif de fibre adapté pour la mise en œuvre de la méthode.
Les développements en imagerie endo-microscopique nécessitent l’utilisation de dispositifs optomécaniques fibrés présentant des spécificités par rapport aux systèmes imageurs en espace libre.
En effet, la construction d’un microscope miniature qui comprendrait une source lumineuse, une optique de focalisation et une caméra à l’extrémité distale (c'est-à-dire l’extrémité de la fibre destinée à la mesure du côté de l’échantillon) d’un endoscope médical n’est pas envisageable du fait de l’encombrement et de l’obstruction de l’ensemble des composants. On cherche de ce fait des solutions permettant la prise d’image d’un échantillon à l’aide d’une fibre optique tout en limitant l’encombrement et l’obstruction à l’extrémité distale de la fibre.
La technologie d’« endoscopie sans lentille » est connue pour limiter l’encombrement ainsi que l’obstruction de l’endoscope en son extrémité distale.
Une telle technologie a été décrite par exemple dans Cizmar et al. « Exploiting multimode waveguides for pure fibre-based imaging », Nat. Commun. 3, 1027 (2012). Cette technique est basée sur l’utilisation d’une fibre optique multimodes (ou MMF selon l’abréviation de l’expression anglaise « Multi-Mode Fiber »). La fibre optique multimodes est éclairée en son côté proximal (les termes « proximal » et « distal » sont définis comme suit : Le côté proximal est le côté le plus proche de la source et le plus éloigné de la zone à analyser et le côté distal est le côté le plus éloigné de la source et donc le plus proche de la zone à analyser) par une source cohérente de lumière. Un modulateur de front d’onde (également connu sous le terme de modulateur de phase spatiale) dont l’abréviation est SLM pour « Spatial Light Modulator », placé du côté proximal de la fibre, permet de façonner le champ provenant de la source et ainsi contrôler le champ injecté dans la fibre optique multimodes. En d’autres termes, le modulateur de front d’onde permet de contrôler avec quelle amplitude et quelle phase les modes de propagation de la fibre sont excités, de telle sorte que l’addition cohérente de ces modes permet de générer la figure d’intensité recherchée à l’extrémité distale de la fibre optique multimodes, typiquement un point focal (aussi appelé focus).
Par exemple, il est possible de produire un focus à l’extrémité distale de la fibre optique multimodes et de balayer l’échantillon avec ledit point focal. La zone de balayage de l’échantillon définit alors la zone de l’échantillon qui sera imagée en analysant la lumière réfléchie, la lumière rétrodiffusée, ou la fluorescence émise par cet échantillon.
Cette technique, extrêmement puissante du fait du caractère déterministe de la matrice de transmission de la fibre qui relie un champ entrant en partie proximale de la fibre avec un champ sortant en partie distale (et vice versa), permet de s’affranchir de toute optique du côté distal de la fibre optique multimodes et de ce fait réduit l’encombrement.
Cependant, la matrice de transmission de la fibre est fortement dépendante de la conformation géométrique de la fibre. L’imagerie endo-microscopique au moyen d’une fibre optique multimodes est donc extrêmement sensible aux mouvements de la fibre. Par ailleurs, du fait que la fibre optique utilisée est en générale une fibre multimodes, une impulsion courte proche de l’extrémité proximale est allongée en s’approchant de l’extrémité distale, ce qui limite les possibilités d’application à l’imagerie non linéaire qui nécessite de travailler avec des impulsions lumineuses courtes de forte intensité crête.
En parallèle des technologies basées sur l’utilisation de fibres multimodes, une technologie également de type « sans lentille » s’est développée avec l’utilisation d’un paquet de fibres optiques monomodes ou fibre multi-cœurs ou encore MCF selon l’abréviation anglo-saxonne « Multi-core fiber » (voir par exemple French et al. brevet US 8,585,587). Dans le brevet US 8,585,587, un modulateur de front d’onde (SLM) agencé du côté proximal du paquet de fibres optiques monomodes permet de contrôler à l’extrémité distale du paquet de fibres le front d’onde émis par une source lumineuse. Le caractère monomode des fibres élimine toute dispersion intermodale. La seule contribution à la dispersion, et donc à l’allongement d’une impulsion courte, est la dispersion chromatique qui est la même pour toutes les fibres optiques monomodes et qui peut donc être compensée de manière globale. De ce fait, l’utilisation d’un paquet de fibres optiques monomodes est préférée par rapport aux fibres multimodes pour la propagation d’impulsions courtes (cf. optique non linéaire).
D’autres publications ont décrit des variantes d’endoscope sans lentille basées sur l’utilisation d’un paquet de fibres optiques monomodes. Ces publications décrivent l’utilisation d’un paquet de fibres monomodes. Il a été montré comment il est possible d’accéder, en partie distale de fibre, à un balayage très rapide du point de focalisation, en appliquant au moyen d’un dispositif galvanométrique un angle variable du front d’onde en entrée du modulateur de front d’onde (voir par exemple E.R. Andresen et al. « Toward endoscopes with no distal optics: video-rate scanning microscopy through a fiber bundle », Opt. Lett. Vol. 38, N°5, 609-611 (2013)).
Dans E.R. Andresen et al. (« Two-photon lensless endoscope», Opt. Express 21, N°18, 20713-20721 (2013)), les auteurs ont démontré la faisabilité expérimentale d’un système d’imagerie non linéaire bi-photonique (TPEF, « two-photon excited fluorescence ») en endo-microscopie sans lentille. Dans E.R. Andresen et al. (« Measurement and compensation of residual group delay in a multi-core fiber for lensless endoscopy”, JOSA B, Vol. 32, No. 6, 1221 – 1228 (2015)), il est décrit un dispositif de contrôle des retards de vitesse de groupe (ou « GDC » pour « Group Delay Control ») pour le transport et le contrôle d’impulsions lumineuses dans un système d’imagerie endo-microscopique sans lentille basé sur l’utilisation d’un paquet de fibres optiques monomodes.
La illustre de façon schématique un système d’imagerie endo-microscopique sans lentille100utilisant une fibre optique multimode MMF guidant N modes propres de l’état de la technique. Le système d’imagerie comprend généralement une voie d’émission avec une source d’émission 10 pour l’émission d’un faisceau lumineux incident, continu ou formé d’impulsions dans le cas de l’application à l’imagerie non linéaire. Le système d’imagerie 100 comprend par ailleurs une voie de détection comprenant un objectif OBJ et une caméra. Le chemin optique de la voie de détection est séparé du chemin optique de la voie d’émission par une lame séparatrice 22. Le système d’imagerie 100 comprend également un dispositif de transport et de contrôle des faisceaux lumineux qui comprend une fibre optique multimode MMF, et qui permet d’éclairer un objet à analyser 101 éloigné, et un modulateur de front d’onde SLM qui est agencé à l’extrémité proximale de la fibre optique multimodes MMF et qui permet de contrôler le front d’onde (ou le champ électromagnétique qui peut être appelé simplement « champ », caractérisé par une amplitude et une phase) du faisceau émis par la source 10. Le modulateur de front d’onde SLM permet d’ajuster la fonction de phase et la fonction d’amplitude du front d’onde du faisceau incident, et ainsi de contrôler la fonction de phase et la fonction d’amplitude du front d’onde du faisceau sortant de la fibre optique multimode MMF.
La illustre de manière schématique un montage de l’état de la technique qui permet de mesurer la matrice de transmission d’une fibre.
Le montage de la est en réalité une simple modification du montage d’imagerie endo-microscopique sans lentille de la . Des éléments (une caméraCAM, un objectif OBJ) ayant été ajoutés côté distal augmentent l’encombrement du dispositif. En contrôlant des champs injectés à l’extrémité proximale de la fibre MMF et en mesurant les champs résultants à l’extrémité distale de la fibre MMF il est possible de calculer la matrice de transmission de la fibre. En enlevant l’objectif (OBJ) et la caméra (CAM distal), on peut effectuer l’imagerie d’un échantillon placé au niveau de l’extrémité distale de la fibre selon une méthode connue de l’homme du métier. Toutefois, dès lors que la fibre MMF change de conformation, il faut à nouveau réaliser la mesure, c’est-à-dire replacer au niveau de l’extrémité distale de la fibre MMF l’objectif et la caméra et effectuer à nouveau le calcul de la matrice de transmission de la fibre MMF.
La illustre de manière schématique l’injection de points focaux dans une fibre et la mesure du champ en résultant afin de calculer la matrice de transmission dans la base des modes localisés de la fibre dans une conformation quelconque. Une base de modes localisés proximaux étant générée à l’aide d’un modulateur de front d’onde SLM.
Pour chaque mode localisé proximal, l’opération suivante est réalisée : un mode localisé proximal est injecté à l’extrémité proximale de la fibreMMF(c’est-à-dire qu’un faisceau lumineux est injecté à l’extrémité proximale de la fibre de manière à obtenir un point focal à cet endroit) et la caméraCAMmesure le champ résultant au niveau de l’extrémité distale de la fibreMMF. La matrice de transmission, dans la base des modes localisés, peut ainsi être calculée à partir de la mesure des champs résultant de l’injection des modes localisés proximaux.
Les « modes localisés » ont des figures d’amplitude qui sont spatialement délimités les unes des autres,i.e.les modes localisés ne se recouvrent pas ou peu entre eux. Les « modes localisés distaux » peuvent souvent être identifiés comme des pixels ou groupement de pixels mesurés par la caméraCAM. Les « modes localisés proximaux » peuvent souvent être identifiés comme des pixels ou groupements de pixels générés par le modulateur de front d’ondeSLM.
La méthode de mesure de la matrice de transmission de l’état de la technique nécessite que la fibre reste dans la même conformation pendant la mesure de la matrice de transmission (figures 1B et 1C) et pendant l’acquisition des images provenant de l’objet à analyser ( ).
Pour mesurer la matrice de transmission dans la base des modes localisés de la fibre, le nombre de modes localisés proximaux et le nombre de modes localisés distaux doivent tous deux être supérieurs au nombre de modes propres guidés par la fibre. Le nombre de modes localisés proximaux ne doit pas forcément être égal au nombre de modes localisés distaux. Cette méthode de mesure est longue et très sensible à la conformation de la fibre. Il est indispensable, pour que la mesure soit fiable, que la fibre ne change pas de conformation pendant toute la durée de la mesure.
La illustre l’impact d’un changement de conformation d’une conformation connueREFà une conformation inconnue RAND de la fibre. Ce changement de conformation conduit à une image brouillée de l’image acquise par imagerie endoscopique sans lentille. En effet, lorsque la fibre de l’endoscope est une fibre optique multimode MMF, l’image résultante est floue. Et lorsque la fibre de l’endoscope est une fibre multi-cœurs MCF, l’image résultante est translatée.
Ce brouillage apparaît car le changement de conformation de la fibre perturbe les modes propres de ladite fibre. La matrice de transmission de la fibre est alors modifiée.
Le brouillage de l’image dû au changement de conformation de la fibre est particulièrement gênant lors d’une observationin vivo,par exemple d’un organe. Il en résulte en effet un brouillage de l’image captée à chaque fois que la conformation de la fibre dévie de la conformation dans laquelle la matrice de transmission a été mesurée.
L’imageriein vivod’un être vivant, libre de ses mouvements, est alors impossible avec la méthode de mesure de l’état de la technique. Une méthode de mesure de matrices de transmission de fibre plus rapide et facile à mettre en place, laissant une liberté de mouvement de l’objet à analyser, serait donc un atout considérable.
Problème technique
La présente invention améliore la situation en proposant des dispositifs et méthodes de transport et de contrôle de faisceaux lumineux, notamment pour systèmes d’imagerie endomicroscopiques dits « sans lentille », qui permettent de mesurer en temps réel la matrice de transmission de la fibre dans une conformation quelconque. Notamment, la méthode d’imagerie de la présente invention permet de calculer en temps réel la matrice de transmission d’une fibre dans une conformation quelconque juste avant de régler un modulateur de front d’onde en temps réel lors de l’acquisition d’une image ou d’un lot d’images d’un objet à analyser, de sorte que l’imagerie de l’objet à analyser, même en mouvement, soit possible. L’image mesurée est toujours nette quelle que soit la conformation de la fibre.
La présente invention trouve notamment son intérêt en biologie où il est parfois nécessaire d’obtenir en temps réel des images, par exemple du cerveau d’une souris, alors même que l’échantillon imagé est en mouvement et, avec lui, l’endoscope.
Ainsi, selon un premier aspect, l’invention propose une méthode de mesure d’une matrice de transmission d’une première fibre optique, telle une fibre multimodes, la fibre optique étant dans une conformation quelconque et guidant N modes propres, la fibre comprenant un tronçon proximal comprenant une extrémité proximale et une extrémité distale et un tronçon distal comprenant une extrémité proximale et une extrémité distale, où l’extrémité distale du tronçon proximal est connectée à l’extrémité proximale du tronçon distal à l’aide d’un coupleur inter-fibre, la méthode comprenant les étapes suivantes :
- injecter séparémentnchamps pilotes au niveau de l’extrémité distale du tronçon proximal de la fibre,
- mesurer à l’extrémité proximale du tronçon proximal de la première fibre optique le champ résultant pour chacun desnchamps pilotes injectés,
- estimer Hest, une matrice de transmission exprimée dans la base des N modes propres de la fibre optique à partir de la mesure des champs résultants desnchamps pilotes injectés.
- injecter séparémentnchamps pilotes au niveau de l’extrémité distale du tronçon proximal de la fibre,
- mesurer à l’extrémité proximale du tronçon proximal de la première fibre optique le champ résultant pour chacun desnchamps pilotes injectés,
- estimer Hest, une matrice de transmission exprimée dans la base des N modes propres de la fibre optique à partir de la mesure des champs résultants desnchamps pilotes injectés.
Une telle méthode permet d’estimer la matrice de transmission d’une fibre optique dans une conformation quelconque. La matrice de transmission est en outre obtenue dans un temps très court, proche de la milliseconde. Le temps de mesure très court de la matrice de transmission a pour conséquence directe de pouvoir imager un échantillon en temps réel à l’aide d’un endoscope sans lentille car il est possible de déterminer la matrice de transmission avant chaque mesure de l’échantillon ; les mesures nécessaires à la détermination de la matrice de transmission et à l’analyse de l’échantillon étant réalisées dans des conformations de la fibre extrêmement proches voire identiques.
Par ailleurs, contrairement à l’état de la technique, où l’injection d’un grand nombre de champs connus est réalisée à l’extrémité proximale de la fibre et les champs résultants mesurés à l’extrémité distale, la présente invention implique l’injection de quelque champs pilotes à l’extrémité distale et la mesure des champs résultants à l’extrémité proximale. Or les moyens proposés par la présente invention pour injecter des champs pilotes à l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre optique sont moins volumineux que les moyens pour mesurer les champs résultants à l’extrémité distale d’une fibre optique selon une méthode classique de mesure, ce qui permet d’avoir les moyens de mesure de la matrice de transmission et de l’échantillon dans un même endomicroscope.
L’injection des champs pilotes
Au sens de la présente invention, on entend par champs pilotes des champs qui ont des propriétés connues et qui permettent, à partir de mesures des champs résultants en partie distale (si injectés en partie proximale), ou des champs résultants en partie proximale (si injectés en partie distale), de calculer la matrice de transmission H de la première fibre optique dans une conformation quelconque. Au niveau de l’extrémité distale du tronçon proximal de la fibre,nchamps pilotes sont injectés,nétant un entier positif. Chaque champ pilotes peut être exprimé à l’aide d’un vecteur colonne Ei,champ pilotede dimension [Nx1], i étant un entier positif compris entre 1 etn ;et N étant un entier positif correspondant au nombre de modes propres de la première fibre. Un champ pilote est par exemple un point focal, injecté dans la première fibre.
Au sens de la présente invention, l’expression « point focal injecté à un endroit » ou de façon équivalente « mode localisé injecté à un endroit » signifie qu’un faisceau lumineux (i.e. un champ électromagnétique) est injecté à cet endroit et de manière à y avoir un point focal.
L’estimation de la matrice de transmission de la présente invention comprend une étape qui consiste à injecter, au niveau de l’extrémité distale du tronçon proximal d’une première fibre optique,nchamps pilotes.
Chacun desnchamps pilotes est injecté seul dans la fibre. Une fois le champ résultant de l’injection d’un champ pilote mesuré, un autre champ pilote est injecté, et ainsi de suite.nchamps résultants sont donc mesurés successivement.
L’étape d’injection desnchamps pilotes peut comprendre en outre une injection simultanée desnchamps pilotes de sorte que la phase relative entre lesnchamps pilotes soit mesurable.n+1 champs résultants sont alors mesurés dans ce cas.
Les champs pilotes peuvent être choisis cohérents (provenant du même laser) entre eux. Ceci permet d’améliorer la fiabilité de l’estimation de la matrice de transmission.
De préférence, chaque mode propre de la première fibre doit avoir un recouvrement spatial non-nul avec au moins un champ pilote.
Le nombrende champs pilotes peut être choisi supérieur ou égal au plus grand nombre de modes propres de la fibre multimodes dégénérés entre eux. Le nombre de modes propres dégénérés entre eux ayant été préalablement mesuré ou étant connu.
Plus le nombre de champs pilotes injectés est grand, meilleure est l’estimation de la matrice de transmission. Toutefois, l’injection d’un trop grand nombre de champs pilotes et la mesure des différents champs résultants présente le risque de nécessiter un temps plus long que la milliseconde pour la mise en œuvre de l’invention. A l’inverse, l’injection d’un nombre faible de champs pilotes, mais suffisant pour que l’estimation de la matrice de transmission de la première fibre soit possible, donnera une estimation plus approximative de la matrice de transmission mais avec l’avantage de nécessiter un temps de calcul plus court, et notamment proche de la milliseconde. L’utilisateur est donc libre de choisir un compromis entre un temps court de mesure et une meilleure estimation de la matrice de transmission.
De préférence, le nombrende champs pilotes est choisi égal au plus grand nombre de modes propres dégénérés entre eux de la matrice de transmission de la première fibre.
Un champ pilote est généré à l’aide d’une source de lumière. La source de lumière peut être couplée à un dispositif optique tel un objectif. La source de lumière est par exemple un laser. La source de lumière peut être avantageusement couplée à un objectif et à un modulateur de front d’onde SLM.
Selon un exemple de réalisation, les champs pilotes peuvent être injectés à l’aide d’une seconde fibre optique, telle une fibre optique multi-coeurs, dont l’extrémité distale est connectée à l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre par exemple entre 1mm et 5 cm, de préférence 2cm en amont de l’extrémité distale du tronçon distal de la première fibre optique.
Selon cet exemple, les champs pilotes peuvent être les modes propres de la seconde fibre optique.
Selon cet exemple de réalisation de la présente invention, les champs pilotes sont injectés à l’extrémité proximale de la seconde fibre optique, traversent la seconde fibre optique, ressortent à l’extrémité distale de la seconde fibre optique puis sont alors injectés au niveau de l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre optique. Les champs pilotes traversent alors le tronçon proximal de la première fibre optique et ressortent enfin à l’extrémité proximale de la première fibre optique (qui est l’extrémité proximale du tronçon proximal) où les champs résultants peuvent être mesurés afin de mesurer la matrice de transmission de la première fibre dans toute sa longueur (tronçon proximal et tronçon distal). La connexion entre la première fibre et la seconde fibre sera expliquée plus en détail ci-après.
Les champs pilotes étant injectés au niveau de l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre et non à l’extrémité distal du tronçon distal de la première fibre comme dans les méthodes de l’art antérieur, la méthode de la présente invention peut être mise en œuvre sans nécessité d’optique contraignante placée au niveau de l’extrémité distale de la première fibre optique (qui est l’extrémité distale du tronçon distal). L’extrémité distale de la première fibre optique étant exempte de toute optique, il est possible d’approcher facilement l’extrémité distale de la première fibre d’un échantillon biologique de petite taille. Par exemple, l’extrémité distale du tronçon distal de la première fibre peut être insérée dans la tête d’une souris vivante afin d’y imager une zone de son cerveau.
La seconde fibre optique est de préférence une fibre multi-cœurs aux cœurs monomodes. La fibre optique multi-cœurs peut comprendre au moins autant de cœurs que de champs pilotes, chaque champ pilote étant transporté dans un cœur dédié de la fibre optique multi-cœurs avant d’être injecté au niveau de l’extrémité distal de la première fibre.
Par fibre optique monomode, on comprend une fibre dans laquelle la lumière ne peut se propager que dans un seul mode du champ électromagnétique ; par extension on comprend aussi une fibre optique dite « monomode effective » qui comprend plusieurs modes mais dans laquelle les conditions de couplage n'excitent qu'un seul mode (généralement le mode fondamental) qui confine la lumière durant toute la propagation (pas de fuite vers les autres modes).
Dans l'ensemble de la description, on pourra utiliser le terme « fibre optique monomode » pour évoquer aussi bien une fibre optique monomode individuelle qu'un cœur monomode d'une fibre optique multi-cœurs.
Le transport d’un champ pilote dans un cœur dédié de la fibre optique multi-cœurs permet de limiter les distorsions optiques subies par le champ pilote au fil de la fibre. En effet, si la seconde fibre est une fibre multimode, le champ pilote peut subir différentes distorsions, tandis que dans un cœur monomode d’une fibre multi-cœurs la figure d’amplitude et la figure de phase du champ pilote restent inchangés, mis à part un déphasage global.
Selon un ou plusieurs aspects de la présente invention, chacun desnchamps pilotes peut être préalablement modulé à l’aide d’un modulateur de front d’onde (SLM), avant d’être injecté à l’extrémité proximale de la seconde fibre optique.
Une telle modulation des champs pilotes permet de compenser la distorsion optique, aussi minime soit-elle, subie par les champs pilotes au sein de la seconde fibre.
Le modulateur de front d’onde peut comprendre un miroir déformable segmenté ou un miroir à membrane, pour un fonctionnement en réflexion. Le modulateur de front d’onde peut comprendre une matrice de cristaux liquides, pour un fonctionnement en réflexion ou en transmission.
La mesure des champs résultants
La méthode de la présente invention comprend une étape qui consiste en l’estimation de la matrice de transmission de la première fibre optique, dans une conformation quelconque, à partir de la mesure des champs résultants de l’injection desnchamps pilotes.
Le champ résultant Ei,résultantde l’injection du champ pilote Ei,champ pilotepeut être mesuré à l’aide d’une caméra, tel un capteur CMOS ou CCD ; la caméra étant placée au niveau de l’extrémité proximale du tronçon proximal de la première fibre optique. L’extrémité proximale du tronçon proximal de la première fibre optique peut être couplée à une caméra à l’aide d’un dispositif optique tel un objectif.
La mesure d’un champ résultant consiste en la mesure de sa fonction de phase et d’amplitude.
La mesure, côté proximal de la première fibre optique, du champ résultant de l’injection d’un champ pilote (au niveau de l’extrémité distale du tronçon distal ou de l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre optique) peut être effectuée selon différents modes de polarisation. De préférence, les champs résultants sont mesurés selon deux états de polarisation orthogonaux.
La mesure des champs résultants selon différents états de polarisation permet d’améliorer l’estimation de la matrice de transmission.
L’estimation de la matrice de transmission
La méthode de la présente invention comprend une étape d’estimation de la matrice de transmission de la première fibre optique à partir de la mesure des champs résultants Ei,résultants. Cette étape d’estimation est avantageusement réalisée dans un temps très court, proche de la milliseconde. Ainsi, une fois la matrice de transmission de la première fibre optique estimée, la première fibre optique peut être utilisée comme endoscope sans lentille afin de réaliser l’image d’un échantillon. Dès lors que la première fibre optique change à nouveau de conformation, par exemple lors du mouvement de l’échantillon, la matrice de transmission de celle-ci est ré-estimée.
Toute fibre optique peut être caractérisée par une matrice de transmission qui lie un champ entrant à un champ sortant. A titre illustratif, un point focal injecté à une extrémité d’une fibre optique peut sortir, à l’extrémité opposée de la fibre, translaté, atténué, ou même brouillé ; dans ce dernier cas, le champ résultant forme alors une tavelure (plus connue sous le nom anglais de « speckle »). La connaissance de la matrice de transmission de la fibre optique dans une conformation quelconque permet d’anticiper les distorsions qu’impliquera la fibre dans sa conformation au faisceau lumineux qui la traversant. Toutefois, la matrice de transmission d’une fibre optique dépend de la conformation géométrique de la fibre. Une même fibre optique droite ou courbée n’induira pas les mêmes distorsions à un champ entrant et n’aura donc pas la même matrice de transmission.
En pratique, la matrice de transmission d’une fibre optique est mesurée à l’aide d’une caméra comprenant un capteur CCD ou CMOS. L’article suivant donne un exemple de méthode où l’on cherche à déterminer la matrice de transmission d’une fibre multimode (voir « Time-dependence of the transmission matrix of a specialty few-mode fiber » APL Photonics 4, 022904 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5047578, J. Yammine, A. Tandjè, Michel Dossou, L. Bigot, and E. R. Andresen). Les dimensions de la matrice de transmission sont alors limitées par les dimensions du capteur de la caméra. Lorsqu’elle est mesurée, la matrice de transmission de la fibre est classiquement exprimée dans sa base des modes localisées. Une opération mathématique peut permettre d’exprimer la matrice de transmission de la fibre optique dans sa base des modes propres.
Selon un ou plusieurs aspects de la présente invention, l’estimation de la matrice de transmission dans sa base des modes propres est réalisée à l’aide d’un algorithme mettant en œuvre une méthode de maximum de vraisemblance, la méthode de maximum de vraisemblance est de préférence une méthode des moindres carrés. L’algorithme permet alors de donner une estimation de la matrice de transmission Hestde la fibre dans une conformation quelconque.
La méthode des moindres carrés minimise la fonction f définie selon l’équation [Math 1] suivante en optimisant Hest:
Où EPiloteset ERésultantssont des matrices de dimensions [N x n] qui contiennent respectivement lesnchamps pilotes Ei,piloteset lesnchamps résultants Ei,résultatnts, N étant le nombre de modes propres guidés par la fibre
L’algorithme est ainsi configuré pour donner la meilleure estimation Hestde la matrice de transmission de la fibre dans une conformation quelconque.
Un tel algorithme permet un calcul rapide et une approche satisfaisante de la matrice de transmission de la première fibre.
La méthode selon l’invention peut comprendre une étape préliminaire de mesure de la matrice de transmission de la première fibre optique dans une conformation de référence dans une base des modes localisées, d’après une méthode de mesure de matrice de transmission connue de l’homme du métier, telle que présentée ci-avant, puis une étape de changement de base de ladite matrice de transmission dans sa base des modes propres. Dans ce cas, la matrice de transmission de la première fibre est mesurée par exemple dans le sens proximal-distal (ou dans le sens distal-proximal) tout le long de la première fibre.
Soit H0proximal-distalla matrice de transmission d’une fibre optique dans une conformation de référence, mesurée dans le sens proximal-distal. La matrice de transmission H0distal-proximalde la même fibre considérée dans le sens distal-proximal s’obtient en transposant la première.
La procédure d’estimation de la matrice de transmission de la première fibre optique de tout son long suppose que les champs pilotes soient injectés au niveau de l’extrémité distale du tronçon distal de la première fibre optique. Or, les champs pilotes peuvent être injectés à l’aide d’une seconde fibre optique, au niveau de l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre, c’est-à-dire au niveau du coupleur inter-fibre placé de 1mm à 5cm et de préférence 2cm en amont de l’extrémité distale du tronçon distal de la première fibre optique. Ce faisant, les champs pilotes ne sont pas injectés au niveau de l’extrémité distale du tronçon distal de la première fibre optique et la matrice de transmission de la première fibre optique (tronçon proximal et tronçon distal) peut être quelque peu faussé.
La présente invention peut s’affranchir de ce problème en considérant l’image virtuelle des champs pilotes injectés au niveau de l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre comme s’ils étaient injectés à l’extrémité distale du tronçon distal de la première fibre.
En effet, connaissant la matrice H0proximal-distal, il est possible de calculer l’image virtuelle des champs pilotes, d’après l’équation suivante : Epilotes,distal= H0proximal-distal. Erésultants,proximal, où Epilotes,distal correspond au champ de l’image virtuelle des champs pilotes considérés à l’extrémité distale du tronçon distal de la première fibre optique, H0proximal-distalest la matrice de transmission de la première fibre optique dans une conformation de référence, mesurée d’après une méthode connue de l’homme du métier, et Erésultants,proximalest les champs résultants de l’injection des champs pilotes par la seconde fibre optique à travers le coupleur inter-fibre, mesuré au niveau de l’extrémité proximale du tronçon proximal de la première fibre.
Cette étape préliminaire de mesure de la matrice de transmission de la première fibre optique considérée dans toute sa longueur (tronçon proximal et tronçon distal) permet donc de compenser le fait que les champs pilotes puissent être injectés non pas directement à l’extrémité distale du tronçon distal de la première fibre optique mais à l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre, soit entre 1 mm et 5 cm et de préférence 2 cm en amont de l’extrémité distale du tronçon distal de la première fibre optique. L’estimation de la matrice de transmission de la première fibre optique obtenue d’après la méthode de la présente invention n’en sera alors que plus précise.
De préférence, les champs pilotes considérés dans l’algorithme de maximum de vraisemblance pour l’estimation de la matrice de transmission de la première fibre optique sont les images virtuelles des champs pilotes injectés via la seconde fibre optique.
La première fibre optique
Comme la matrice de transmission de la première fibre optique dans une conformation de référence est déterminée, il est possible de l’enregistrer, si bien qu'une calibration préalable n'est pas nécessaire pour chaque mise en œuvre du procédé d’imagerie de la présente invention. C’est pourquoi la première fibre optique objet de la présente invention peut être caractérisée par sa matrice de transmission obtenue dans une conformation de référence et exprimée dans sa base des modes propres.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne une première fibre optique multimode, la matrice de transmission dans une conformation de référence de ladite fibre étant connue, la fibre comprenant un tronçon proximal ayant une extrémité proximale et une extrémité distale ; et un tronçon distal ayant une extrémité proximale et une extrémité distale, la fibre présentant un coupleur inter-fibre placé à au moins 5 cm en amont de son extrémité distale, le coupleur inter-fibre étant configuré pour recevoir l’extrémité d’une seconde fibre optique, telle une fibre multi-cœurs.
La première fibre optique est de préférence une fibre optique multimode (MMF). La première fibre est par exemple une fibre à saut d’indice ou à gradient d’indice. La première fibre optique peut être réalisée en verre ou en plastique. De préférence elle est réalisée en verre.
Une telle fibre permet de fabriquer facilement et à faible coût un endoscope comprenant un encombrement minimal côté distal.
Le coupleur inter-fibre a pour fonction de transférer une partie du faisceau lumineux sortant de l’extrémité distale du tronçon proximal vers l’extrémité proximal du tronçon distal. Le coupleur inter-fibre est également destiné à transférer une partie du faisceau lumineux provenant de l’extrémité proximal du tronçon distal vers l’extrémité distal du tronçon proximal. Enfin, le coupleur inter fibre est destiné à transférer une partie du faisceau lumineux provenant de l’extrémité distale de la deuxième fibre vers l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre.
Ainsi, il est plus facile pour l’utilisateur de manipuler la première fibre optique et de la placer à convenance près de l’échantillon, sans pour autant le gêner (cf. l’exemple du cerveau de souris).
Le coupleur inter-fibre peut être placé à une distance comprise entre 1 mm et 5 cm, de préférence 2 cm de l’extrémité distale du tronçon distal de la première fibre. Le tronçon distal de la première fibre mesurant ainsi 1 mm à 5 cm.
Le couplage entre le tronçon proximal et le tronçon distal de la première fibre est de préférence supérieur à 50% de sorte à obtenir une bonne utilisation de la lumière provenant de la source et traversant la première fibre optique dans le sens proximal – distal d’un côté, et de la lumière réfléchie par, rétrodiffusée par ou de la fluorescence émise par l’échantillon traversant la première fibre optique dans le sens distal - proximal.
Le couplage entre l’extrémité distale de la seconde fibre et l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre est de préférence inférieur à 50 %.
Le couplage entre les cœurs de la seconde fibre optique est de préférence inférieur à -20 dB/m. Afin que les champs pilotes propagent de manière indépendante dans celle-ci.
Pour réaliser le coupleur inter-fibre, l’homme du métier peut utiliser un dispositif existant dans le commerce ou il peut réaliser lui-même un coupleur inter-fibre selon des méthodes connues. Par exemple, l’homme du métier peut utiliser un coupleur multimodes commercialisé. Aussi, l’homme du métier peut réaliser le coupleur inter-fibre à l’aide d’un assemblage d’optiques espace libres miniaturisés utilisant des lentilles et lames séparatrices du commerce où en réalisant lui-même les optiques et lames séparatrices à l’aide d’imprimantes 3D. Enfin, l’homme du métier peut coupler les fibres entre elles en coupant leurs extrémités en biseau, en polissant les faces biseautées puis en couplant les extrémités de deux fibres entres elles, les fibres coupées et polies sont alors appelées « fibres fonctionnalisées.
Le coupleur inter-fibre peut également être fait par une combinaison des méthodes citées au-dessus. La première et la seconde fibre optiques peuvent également faire référence à des cœurs ou groupes de cœurs d’une même fibre optique. Auquel cas le coupleur intra-fibre devrait coupler lesdits cœurs de la même manière qu’au cas de fibres optiques séparées telles que décrit ci-dessus.
La première fibre optique peut avoir une longueur de quelques centimètres à plusieurs mètres. Une longue fibre a l’avantage de laisser beaucoup de liberté de déplacement à la souris dans le cas illustratif où l’échantillon imagé est un cerveau de souris. En revanche, une longue fibre optique change facilement de conformation. A l’inverse, une courte fibre dévie peu de sa conformation de référence mais limite les déplacements de la souris dans le cas illustratif déjà évoqué.
Le diamètre de la fibre peut être compris entre 50 µm et 1 mm.
Dispositif pour l’imagerie endoscopique
Selon un autre aspect, la présente invention concerne un dispositif pour l’imagerie endomicroscopique comprenant :
- une source de lumière pour l’émission de faisceaux lumineux,
- une première fibre optique telle que définie ci-avant pour le transport et le contrôle de faisceaux lumineux émis par la source de lumière, où le tronçon proximal de la première fibre est dans une conformation quelconque et libre de bouger,
- optionnellement une seconde fibre optique, telle une fibre multi-cœurs dont l’extrémité distale est couplée à l’aide d’un coupleur inter-fibre tel que mentionné ci-dessus à l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre optique et la seconde fibre permet le transport denchamps pilotes jusqu’au niveau de l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre ;
- une voie de détection configurée pour mesurer le signal lumineux réfléchi par l’échantillon passant à travers le tronçon distal et le tronçon proximal de la première fibre optique.
- une source de lumière pour l’émission de faisceaux lumineux,
- une première fibre optique telle que définie ci-avant pour le transport et le contrôle de faisceaux lumineux émis par la source de lumière, où le tronçon proximal de la première fibre est dans une conformation quelconque et libre de bouger,
- optionnellement une seconde fibre optique, telle une fibre multi-cœurs dont l’extrémité distale est couplée à l’aide d’un coupleur inter-fibre tel que mentionné ci-dessus à l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre optique et la seconde fibre permet le transport denchamps pilotes jusqu’au niveau de l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre ;
- une voie de détection configurée pour mesurer le signal lumineux réfléchi par l’échantillon passant à travers le tronçon distal et le tronçon proximal de la première fibre optique.
Optionnellement, l’extrémité proximale de la seconde fibre optique est couplée à un modulateur de front d’onde de sorte que les champs pilotes, au niveau de l’extrémité distale de la seconde fibre optique, soient connus et puissent être modifiés.
La voie de détection peut comprendre au moins un modulateur de front d’onde, un objectif et une caméra. La voie de détection peut également comprendre un capteur permettant de détecter les changements de conformation du tronçon proximal de la première fibre optique. Un tel capteur peut être un accéléromètre ou bien un chronomètre.
Selon encore un autre aspect, la présente invention porte sur une méthode d’imagerie endomicroscopique d’un échantillon, la méthode étant de préférence mise en œuvre à l’aide d’un dispositif comme décrit ci-avant, la méthode comprenant les étapes suivantes :
- estimer, d’après la méthode de la présente invention, la matrice de transmission d’une première fibre optique dans la base des modes propres de la fibre optique, la fibre étant de préférence multimode,
- calculer un masque de phase en fonction de la matrice de transmission estimée et l’appliquer séquentiellement à un modulateur de front d’onde, afin de former à l’extrémité distale de la première fibre optique un faisceau d’illumination avec une fonction de phase connue, par exemple un point focal,
- mesurer le signal réfléchi du point focal par l’échantillon et reconstituer une image de l’échantillon,
- répéter l’étape d’estimation de la matrice de transmission dès qu’une durée prédéterminée est écoulée ou que la fibre change sensiblement de conformation, par exemple à partir des données d’un accéléromètre ou d’un chronomètre.
- estimer, d’après la méthode de la présente invention, la matrice de transmission d’une première fibre optique dans la base des modes propres de la fibre optique, la fibre étant de préférence multimode,
- calculer un masque de phase en fonction de la matrice de transmission estimée et l’appliquer séquentiellement à un modulateur de front d’onde, afin de former à l’extrémité distale de la première fibre optique un faisceau d’illumination avec une fonction de phase connue, par exemple un point focal,
- mesurer le signal réfléchi du point focal par l’échantillon et reconstituer une image de l’échantillon,
- répéter l’étape d’estimation de la matrice de transmission dès qu’une durée prédéterminée est écoulée ou que la fibre change sensiblement de conformation, par exemple à partir des données d’un accéléromètre ou d’un chronomètre.
Une telle méthode d’imagerie endoscopique permet de réaliser de l’imagerie d’échantillon de taille microscopique, limitée par le diamètre de la première fibre optique. La méthode est en outre fiable et rapide.
Selon un dernier aspect, l’invention concerne un programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé de l’invention lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
Aussi, l’invention concerne un support d’enregistrement non transitoire lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1A
Fig. 1B
Fig. 1C
Fig. 1D
Fig. 2
Fig. 3A
Fig. 3B
Fig. 3C
Fig. 3D
Fig. 4A et 4B
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 8
Fig. 9
Fig. 10
Fig. 11
Fig. 12
Fig. 13
Fig. 14
Claims (15)
- Méthode de mesure d’une matrice de transmission d’une première fibre optique, telle une fibre optique multi-modes, la fibre étant dans une conformation quelconque et guidant N modes propres, la fibre optique comprenant un tronçon proximal comprenant une extrémité proximale et une extrémité distale et un tronçon distal comprenant une extrémité proximale et une extrémité distale, où l’extrémité distale du tronçon proximal est connectée à l’extrémité proximale du tronçon distal à l’aide d’un coupleur inter-fibre, la méthode comprenant les étapes suivantes:
- injecter séparémentnchamps pilotes au niveau de l’extrémité distale du tronçon proximal de la fibre optique,
- mesurer à l’extrémité proximale du tronçon proximal de la fibre optique le champ résultant pour chacun desnchamps pilotes injectés,
- Estimer Hest, une matrice de transmission exprimée dans la base des N modes propres de la première fibre optique. - Méthode selon la revendication 1, où les champs pilotes sont injectés à travers une seconde fibre optique telle une fibre multi-cœurs connectée entre 1mm et 5 cm en amont de l’extrémité distale du tronçon distal de la première fibre optique.
- Méthode selon la revendication 2, où la seconde fibre optique est une fibre multi-cœurs comprenant au moins autant de cœur que de champs pilotes.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes, où les champs pilotes sont choisis cohérents entre eux.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, où les champs pilotes sont les modes propres de la seconde fibre optique.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 2 à 5 où les champs pilotes injectés au niveau de l’extrémité distale du tronçon proximal de la première fibre optique sont les images virtuelles des champs pilotes injectés via la seconde fibre.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes, oùnest choisi supérieur ou égal au plus grand nombre de modes propres dégénérés entre eux de la première fibre optique.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes, où l’estimation de la matrice de transmission dans la base des modes propres est réalisée d’après une méthode de maximum de vraisemblance, par exemple à l’aide d’un algorithme des moindres carrés.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape préliminaire de mesure de la matrice de transmission de la première fibre optique dans une conformation de référence dans une base des modes localisées, puis une étape de changement de base de la matrice de transmission dans une base de modes propres.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes où l’étape d’injection desnchamps pilotes comprend en outre une injection simultanée desnchamps pilote de sorte que la phase relative entre lesnchamps pilotes soit mesurable.
- Fibre optique dont la matrice de transmission est déterminée par la méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, la fibre optique comprenant un tronçon proximal comprenant une extrémité proximale et une extrémité distale et un tronçon distal comprenant une extrémité proximale et une extrémité distale, où l’extrémité distale du tronçon proximal est connectée à l’extrémité proximale du tronçon distal à l’aide d’un coupleur inter-fibre, et le moyen de couplage inter-fibre étant configuré pour recevoir une extrémité d’une seconde fibre optique, telle une fibre optique multi-coeurs.
- Fibre optique selon la revendication 11, où le coupleur inter-fibre est placé entre 1 mm et 5 cm de l’extrémité distale du tronçon distal de la première fibre, de préférence 2 cm.
- Fibre optique selon l’une quelconques des revendications 11 à 12, où la matrice de transmission du tronçon proximal de la fibre optique est connue pour une conformation de référence.
- Dispositif pour l’imagerie endo-microscopique comprenant :
- une source de lumière pour l’émission de faisceaux lumineux,
- une première fibre optique selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, pour le transport et le contrôle de faisceaux lumineux émis par la source de lumière, où le tronçon proximal de la première fibre optique est dans une conformation quelconque,
- une voie de détection destinée à la mesure du signal lumineux réfléchie par l’échantillon et passant à travers le tronçon distal et le tronçon proximal de la première fibre. - Méthode d’imagerie endo-microscopique, la méthode étant mise en œuvre à l’aide d’un dispositif selon la revendication 14, la méthode comprenant les étapes suivantes :
- estimer la matrice de transmission de la première fibre optique dans la base des modes localisés de la fibre, le tronçon proximal de la fibre étant dans une conformation quelconque,
- calculer un masque de phase en fonction de la matrice de transmission estimée,
- appliquer séquentiellement le masque de phase à un modulateur de front d’onde, afin d’obtenir un point focal à l’extrémité distale de la fibre,
- mesurer le signal réfléchi du point focal par l’objet et reconstituer une image de l’échantillon pixel par pixel
- répéter l’étape d’estimation de la matrice de transmission dès qu’une durée prédéterminée est écoulée et/ou à chaque fois que la conformation du tronçon proximal change sensiblement.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4968112A (en) * | 1990-01-04 | 1990-11-06 | Smiths Industries Aerospace And Defense Systems Incorporated | Apparatus for providing depolarized light |
| US5137351A (en) * | 1991-07-24 | 1992-08-11 | So Vincent C Y | Optical time domain reflectometer for selective testing of optical fibers with different core diameters |
| WO2013144898A2 (fr) * | 2012-03-29 | 2013-10-03 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Procédés et appareil d'imagerie au moyen de fibres optiques multimodes |
| US8585587B2 (en) | 2008-07-10 | 2013-11-19 | Imperial Innovations Limited | Determining phase variation of light in an endoscope |
| US20160161366A1 (en) * | 2009-12-04 | 2016-06-09 | Afl Telecommunications Llc | Quad optical time domain reflectometer (otdr) |
| WO2020095071A1 (fr) * | 2018-11-09 | 2020-05-14 | Cancer Research Technology Limited | Procédés de caractérisation et d'imagerie avec un système optique |
-
2021
- 2021-10-07 FR FR2110638A patent/FR3128081B1/fr active Active
-
2022
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- 2022-10-07 WO PCT/FR2022/051897 patent/WO2023057728A1/fr active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4968112A (en) * | 1990-01-04 | 1990-11-06 | Smiths Industries Aerospace And Defense Systems Incorporated | Apparatus for providing depolarized light |
| US5137351A (en) * | 1991-07-24 | 1992-08-11 | So Vincent C Y | Optical time domain reflectometer for selective testing of optical fibers with different core diameters |
| US8585587B2 (en) | 2008-07-10 | 2013-11-19 | Imperial Innovations Limited | Determining phase variation of light in an endoscope |
| US20160161366A1 (en) * | 2009-12-04 | 2016-06-09 | Afl Telecommunications Llc | Quad optical time domain reflectometer (otdr) |
| WO2013144898A2 (fr) * | 2012-03-29 | 2013-10-03 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Procédés et appareil d'imagerie au moyen de fibres optiques multimodes |
| WO2020095071A1 (fr) * | 2018-11-09 | 2020-05-14 | Cancer Research Technology Limited | Procédés de caractérisation et d'imagerie avec un système optique |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| CIZMAR ET AL.: "Exploiting multimode waveguides for pure fibre-based imaging", NAT. COMMUN, vol. 3, no. 1027, 2012 |
| DANS E.R. ANDRESEN ET AL.: "Mea-surement and compensation of residual group delay in a multi-core fiber for lensless endoscopy", JOSA B, vol. 32, no. 6, 2015, pages 1221 - 1228 |
| DANS E.R. ANDRESEN ET AL.: "Two-photon lensless endoscope", OPT. EXPRESS, vol. 21, no. 18, 2013, pages 20713 - 20721, XP002743667, DOI: 10.1364/OE.21.020713 |
| E.R. ANDRESEN ET AL.: "Toward endoscopes with no distal optics: video-rate scanning microscopy through a fiber bundle", OPT. LETT., vol. 38, no. 5, 2013, pages 609 - 611, XP001580552, DOI: http://dx.doi.org/10.1364/OL.38.000609 |
| J. YAMMINEA. TANDJÈMICHEL DOSSOUL. BIGOTE. R. ANDRESEN: "Time-dependence of the transmission matrix of a specialty few-mode fiber", APL PHOTONICS, vol. 4, no. 022904, 2019 |
Also Published As
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