La obtención de imágenes de contraste de moteado láser (LSCI) es una técnica utilizada para obtener imágenes del flujo sanguíneo y del movimiento de los tejidos en muestras biológicas. Aprovecha el patrón de moteado que se produce cuando la luz coherente, como la de un láser, interactúa con una superficie rugosa o un medio no homogéneo. La luz láser que se refleja o atraviesa una superficie rugosa o en movimiento crea un patrón de interferencia aleatorio conocido como patrón de moteado. El contraste del patrón de moteado está relacionado con la velocidad y la naturaleza del movimiento de la muestra. Las zonas con un movimiento más rápido presentan un contraste de moteado más bajo, mientras que las zonas estáticas o de movimiento lento tienen un contraste más alto. En los tejidos biológicos, los glóbulos rojos que se mueven dentro de los vasos provocan cambios en el patrón de moteado. La LSCI puede utilizarse para controlar el flujo sanguíneo en los tejidos, proporcionando información valiosa en aplicaciones médicas y de investigación.
Figura 1 Un sistema LSCI típico
La figura 1 muestra un montaje típico de un sistema LSCI. Una fuente láser coherente, a menudo en la gama de longitudes de onda del rojo o del infrarrojo cercano, genera el haz láser utilizado para iluminar la muestra. Puede utilizarse un expansor del haz para ensanchar el haz láser, asegurando una iluminación uniforme sobre la muestra. Se utilizan lentes y componentes ópticos para enfocar el haz láser sobre la muestra y recoger la luz retrodispersada o transmitida. Una cámara de alta velocidad o un sensor de imagen captan el patrón de moteado formado en la superficie de la muestra. Un ordenador o una unidad de procesamiento de datos específica procesa las imágenes captadas para calcular el contraste de moteado. Esto implica analizar las fluctuaciones de intensidad de los píxeles a lo largo del tiempo. Las herramientas de software visualizan las imágenes del contraste de moteado y pueden proporcionar información cuantitativa sobre el flujo sanguíneo o el movimiento del tejido.
Figura 2 Trayectoria de detección LSCI modelada en modo secuencial Zemax
Figura 3 Datos del objetivo de la ruta de detección
La figura 2 muestra una trayectoria de detección simplificada de un sistema LSCI. Una lente comercial de Thorlabs con una longitud focal posterior de 30 mm y una apertura de 1 pulgada representa el proyector óptico de detección. La región de interés (ROI) es de unos 25 mmx 25 mm, con una diagonal de unos 18 mm. Los colores de los rayos representan los campos, que se representan con una altura del objeto de 0, 4 mm y 6 mm. En este caso, el objeto imita el sensor de una cámara. La imagen conjugada representa el espécimen de la imagen LSCI.
Figura 4 Configuración de campo de la óptica de detección LSCI
La luz coherente genera una imagen de moteado en la superficie de la muestra, la imagen de moteado se muestra a continuación.
Figura 5 Imagen de moteado generada por la fuente de luz coherente
La estimación precisa del contraste de moteado a partir de las estadísticas espaciales del patrón de moteado presupone generalmente que la distribución de la intensidad del moteado sigue una función de distribución de probabilidad exponencial negativa. Siempre hemos mencionado que un requisito para ello es que el patrón de moteado esté completamente evolucionado, es decir, que la luz recibida tenga una distribución de fase efectivamente uniforme. Además, hay que tener cuidado en el muestreo espacial del patrón de moteado. En concreto, debe tenerse en cuenta el tamaño del moteado en relación con el tamaño de los píxeles de la cámara, así como el número de píxeles que se utilizan para estimar el contraste del moteado. el patrón de moteado se visualiza en una cámara, en cuyo caso el tamaño mínimo del moteado vendrá dado por:
donde l es la longitud de onda de la luz, M es el aumento del sistema de formación de imágenes y f /# es el número F del sistema. El criterio de muestreo de Nyquist debe satisfacerse haciendo que el tamaño mínimo del moteado sea dos veces mayor que el tamaño del píxel de la cámara, es decir
para obtener una distribución exponencial negativa.
En términos de las condiciones anteriores, Zemax es capaz de ayudar a los desarrolladores en la identificación de la ampliación M y el número f para satisfacer el muestreo de Nyquist. La pestaña Analizar – Datos del sistema ofrece cálculos de ampliación (1,89) y número F (1,198) a continuación. Tenga en cuenta que, la ampliación M debe tomar el recíproco del número Zemax (1/1,89) para que coincida con la regla de muestreo de Nyquist.
Figura 6 Datos del sistema de imágenes para el análisis del criterio de muestreo de Nyquist
Si el número M y F mostrado en la figura 6 no coincide con el muestreo de Nyquist, es necesario ajustar el parámetro óptico geométrico en la óptica de detección. El tamaño del tope, es decir, el objeto 4 de la figura 3. Este tamaño puede modificarse mediante un diafragma físico ajustable en el sistema. La ubicación del diafragma también puede contribuir a satisfacer los criterios de muestreo de Nyquist.
Es importante señalar que los componentes específicos y las configuraciones de la trayectoria óptica pueden variar en función del diseño del sistema LSCI y de su aplicación prevista. En general, el objetivo es captar la información dinámica relacionada con el flujo sanguíneo u otro movimiento dentro de los tejidos biológicos explotando el patrón de moteado producido por la interacción de la luz láser con las partículas que se dispersan.