Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.
Laserowe obrazowanie kontrastowe (LSCI) to technika stosowana do obrazowania przepływu krwi i ruchu tkanek w próbkach biologicznych. Wykorzystuje wzór plamek powstający, gdy spójne światło, takie jak światło lasera, wchodzi w interakcję z chropowatą powierzchnią lub niejednorodnym ośrodkiem. Światło lasera odbijające się lub przechodzące przez szorstką lub poruszającą się powierzchnię tworzy losowy wzór interferencyjny, zwany wzorem plamkowym. Kontrast wzoru plamek jest powiązany z prędkością i charakterem ruchu próbki. Obszary o szybszym ruchu wykazują niższy kontrast plamek, podczas gdy obszary statyczne lub wolno poruszające się mają wyższy kontrast. W tkankach biologicznych czerwone krwinki poruszające się w naczyniach powodują zmiany we wzorze plamek. LSCI można wykorzystać do monitorowania przepływu krwi w tkankach, dostarczając cennych informacji w zastosowaniach medycznych i badawczych.
Rysunek 1 Typowy system LSCI
Rysunek 1 przedstawia typową konfigurację systemu LSCI. Spójne źródło lasera, często w zakresie długości fali czerwonej lub bliskiej podczerwieni, generuje wiązkę lasera używaną do oświetlania próbki. W celu poszerzenia wiązki lasera można zastosować ekspander wiązki, zapewniając równomierne oświetlenie próbki. Soczewki i elementy optyczne służą do skupiania wiązki lasera na próbce i zbierania światła rozproszonego wstecznie lub przechodzącego. Szybka kamera lub czujnik obrazu rejestruje wzór plamek utworzony na powierzchni próbki. Komputer lub wydzielona jednostka przetwarzająca dane przetwarza przechwycone obrazy w celu obliczenia kontrastu plamek. Obejmuje to analizę wahań intensywności pikseli w czasie. Narzędzia programowe wizualizują obrazy kontrastu plamkowego i mogą dostarczać ilościowych informacji o przepływie krwi lub ruchu tkanek.
Rysunek 2 Ścieżka detekcji LSCI modelowana w trybie sekwencyjnym Zemax
Rysunek 3 Dane obiektywu ścieżki detekcji
Rysunek 2 przedstawia uproszczoną ścieżkę detekcji systemu LSCI. Gotowy do użycia obiektyw firmy Thorlabs z tylną ogniskową 30 mm i aperturą 1 cala reprezentuje projektor optyczny z detekcją. Obszar zainteresowania (ROI) wynosi około 25 mm x 25 mm, a przekątna około 18 mm. Kolory promieni reprezentują pola, które są reprezentowane przez wysokość obiektu 0, 4 mm i 6 mm. W tym przypadku obiekt naśladuje czujnik kamery. Sprzężony obraz reprezentuje próbkę obrazu LSCI.
Rysunek 4 Ustawienie w terenie optyki detekcyjnej LSCI
Spójne światło generuje obraz plamek na powierzchni próbki, obraz plamek pokazano poniżej.
Rysunek 5 Obraz plamkowy wygenerowany przez źródło światła spójnego
Dokładne oszacowanie kontrastu plamek na podstawie statystyk przestrzennych wzoru plamek ogólnie zakłada, że rozkład intensywności plamek jest zgodny z ujemną wykładniczą funkcją rozkładu prawdopodobieństwa. Zawsze wspominaliśmy, że jednym z wymagań jest pełna ewolucja wzoru plamek, tj. odbierane światło ma faktycznie równomierny rozkład faz. Dodatkowo należy zachować ostrożność przy próbkowaniu przestrzennym wzoru plamek. W szczególności należy wziąć pod uwagę rozmiar plamki w stosunku do rozmiaru piksela aparatu, a także liczbę pikseli używaną do oszacowania kontrastu plamki. wzór plamek jest obrazowany na kamerze i w tym przypadku minimalny rozmiar plamek będzie określony wzorem:
gdzie l to długość fali światła, M to powiększenie systemu obrazowania, a f /# to liczba F systemu. Kryteria próbkowania Nyquista muszą być spełnione, gdy minimalny rozmiar plamki jest dwa razy większy niż rozmiar piksela kamery, tj.
aby uzyskać ujemny rozkład wykładniczy.
Jeśli chodzi o powyższe warunki, Zemax jest w stanie pomóc programistom w identyfikacji wartości powiększenia M i f w celu spełnienia wymagań próbkowania Nyquista. Zakładka Analiza – Dane systemowe umożliwia wykonanie obliczeń powiększenia (1,89) i liczby F (1,198). Należy zauważyć, że powiększenie M powinno być odwrotnością liczby Zemax (1/1,89), aby pasowało do reguły próbkowania Nyquista.
Rysunek 6 Dane systemowe systemu obrazowania do analizy kryteriów próbkowania Nyquista
Jeśli liczby M i F pokazane na rysunku 6 nie odpowiadają próbkowaniu Nyquista, należy dostosować geometryczny parametr optyczny w optyce detekcyjnej. Rozmiar ogranicznika, czyli obiekt 4 na rysunku 3. Rozmiar ten można zmienić za pomocą fizycznie regulowanej membrany w systemie. Lokalizacja membrany może również przyczynić się do spełnienia kryteriów próbkowania Nyquista.
Należy pamiętać, że określone komponenty i konfiguracje ścieżki optycznej mogą się różnić w zależności od projektu systemu LSCI i jego zamierzonego zastosowania. Ogółem celem jest uchwycenie informacji dynamicznych związanych z przepływem krwi lub innym ruchem w tkankach biologicznych poprzez wykorzystanie wzoru plamek powstającego w wyniku interakcji światła lasera z cząstkami rozpraszającymi.
Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.