التصوير بالتباين البقعي بالليزر (LSCI) هو تقنية تستخدم لتصوير تدفق الدم وحركة الأنسجة في العينات البيولوجية. إنه يعزز نمط البقع الناتج عندما يتفاعل الضوء المتماسك، مثل الضوء الصادر عن الليزر، مع سطح خشن أو وسط غير متجانس. يؤدي انعكاس ضوء الليزر أو مروره عبر سطح خشن أو متحرك إلى إنشاء نمط تداخل عشوائي يُعرف باسم نمط البقع. ويرتبط تباين نمط البقع بسرعة وطبيعة الحركة في العينة. تظهر المناطق ذات الحركة الأسرع تباينًا أقل في البقع، بينما تتميز المناطق الثابتة أو المتحركة ببطء بتباين أعلى. في الأنسجة البيولوجية، تسبب خلايا الدم الحمراء التي تتحرك داخل الأوعية تغيرات في نمط البقع. يمكن استخدام LSCI لمراقبة تدفق الدم في الأنسجة، وتوفير معلومات قيمة في التطبيقات الطبية والبحثية.
الشكل 1: نظام LSCI نموذجي
يوضح الشكل 1 الإعداد النموذجي لنظام LSCI. يقوم مصدر ليزر متماسك، غالبًا في نطاق الطول الموجي الأحمر أو القريب من الأشعة تحت الحمراء، بتوليد شعاع الليزر المستخدم لإضاءة العينة. يمكن استخدام موسع الشعاع لتوسيع شعاع الليزر، مما يضمن إضاءة موحدة على العينة. يتم استخدام العدسات والمكونات البصرية لتركيز شعاع الليزر على العينة وجمع الضوء المرتد أو المنقول. تلتقط كاميرا عالية السرعة أو مستشعر صورة نمط البقع المتكون على سطح العينة. يقوم الكمبيوتر أو وحدة معالجة البيانات المخصصة بمعالجة الصور الملتقطة لحساب تباين البقع. يتضمن ذلك تحليل تقلبات كثافة البكسل مع مرور الوقت. تصور الأدوات البرمجية صور تباين البقع وقد توفر معلومات كمية حول تدفق الدم أو حركة الأنسجة.
الشكل 2: مسار اكتشاف LSCI مصمم في الوضع التسلسلي Zemax
الشكل 3: بيانات العدسة لمسار الكشف
يوضح الشكل 2 مسار اكتشاف مبسط لنظام LSCI. تمثل العدسة الجاهزة من Thorlabs ذات البعد البؤري الخلفي 30 مم وفتحة 1 بوصة جهاز العرض البصري للكشف. تبلغ مساحة الاهتمام (ROI) حوالي 25 مم × 25 مم، بقطر حوالي 18 مم. تمثل ألوان الشعاع الحقول التي يتم تمثيلها بارتفاع كائن يبلغ 0 و4 مم و6 مم. في هذه الحالة، يحاكي الكائن مستشعر الكاميرا. تمثل الصورة المترافقة عينة صورة LSCI.
الشكل 4: الإعداد الميداني لبصريات الكشف عن LSCI
يقوم الضوء المتماسك بتوليد صورة بقع على سطح العينة، وتظهر صورة البقع أدناه.
الشكل 5: صورة رقطة تم إنشاؤها بواسطة مصدر ضوء متماسك
يفترض التقدير الدقيق لتباين البقع من الإحصائيات المكانية لنمط البقع عمومًا أن توزيع شدة البقع يتبع دالة توزيع الاحتمالية الأسية السلبية. لقد ذكرنا دائمًا أن أحد متطلبات ذلك هو أن يكون نمط البقع متطورًا بالكامل، أي أن يكون للضوء المستقبل توزيع طور موحد بشكل فعال. بالإضافة إلى ذلك، يجب توخي الحذر في أخذ العينات المكانية لنمط البقع. على وجه التحديد، يجب مراعاة حجم البقع بالنسبة لحجم بكسل الكاميرا بالإضافة إلى عدد البكسلات المستخدمة لتقدير تباين البقع. يتم تصوير نمط البقع على الكاميرا وفي هذه الحالة سيتم تحديد الحد الأدنى لحجم البقع من خلال:
حيث l هو الطول الموجي للضوء، وM هو تكبير نظام التصوير، وf /# هو الرقم F للنظام. يجب استيفاء معايير أخذ العينات Nyquist من خلال جعل الحد الأدنى لحجم البقع أكبر بمرتين من حجم بكسل الكاميرا، أي
للحصول على التوزيع الأسي السلبي.
فيما يتعلق بالشروط المذكورة أعلاه، فإن Zemax قادر على مساعدة المطورين في تحديد عدد التكبير M وf لإرضاء عينات Nyquist. توفر علامة التبويب تحليل – بيانات النظام حسابات التكبير (1.89) ورقم F (1.198) أدناه. لاحظ أن التكبير M يجب أن يكون مقلوبًا لرقم Zemax (1/1.89) لمطابقة قاعدة أخذ العينات Nyquist.
الشكل 6: بيانات النظام لنظام التصوير لتحليل معايير أخذ العينات Nyquist
إذا كان رقم M وF الموضح في الشكل 6 لا يتطابق مع أخذ عينات Nyquist، فيجب تعديل المعلمة البصرية الهندسية في بصريات الكشف. حجم التوقف، أي الكائن 4 في الشكل 3. يمكن تغيير هذا الحجم عن طريق الحجاب الحاجز المادي القابل للتعديل في النظام. يمكن أن يساهم موقع الحجاب الحاجز أيضًا في تلبية معايير أخذ العينات نيكويست.
من المهم ملاحظة أن المكونات والتكوينات المحددة للمسار البصري قد تختلف وفقًا لتصميم نظام LSCI والتطبيق المقصود منه. بشكل عام، الهدف هو التقاط المعلومات الديناميكية المتعلقة بتدفق الدم أو أي حركة أخرى داخل الأنسجة البيولوجية من خلال استغلال نمط البقع الناتج عن تفاعل ضوء الليزر مع جزيئات متناثرة.