Lazer benek kontrast görüntüleme (LSCI), biyolojik örneklerde kan akışını ve doku hareketini görüntülemek için kullanılan bir tekniktir. Lazerden gelen tutarlı ışık, pürüzlü bir yüzey veya homojen olmayan bir ortamla etkileşime girdiğinde üretilen benek deseninden yararlanır. Pürüzlü veya hareketli bir yüzeyden yansıyan veya içinden geçen lazer ışığı, benek deseni olarak bilinen rastgele bir girişim deseni oluşturur. Benek deseninin kontrastı, numunedeki hareketin hızı ve doğası ile ilgilidir. Daha hızlı hareket eden alanlar daha düşük benek kontrastı gösterirken, statik veya yavaş hareket eden alanlar daha yüksek kontrasta sahiptir. Biyolojik dokularda damarlar içinde hareket eden kırmızı kan hücreleri benek düzeninde değişikliklere neden olur. LSCI, dokulardaki kan akışını izlemek için kullanılabilir ve tıbbi ve araştırma uygulamalarında değerli bilgiler sağlar.
Şekil 1 Tipik bir LSCI sistemi
Şekil 1, bir LSCI sisteminin tipik kurulumunu göstermektedir. Genellikle kırmızı veya yakın kızılötesi dalga boyu aralığında tutarlı bir lazer kaynağı, numuneyi aydınlatmak için kullanılan lazer ışınını üretir. Lazer ışınını genişletmek ve numune üzerinde eşit aydınlatma sağlamak için bir ışın genişletici kullanılabilir. Lensler ve optik bileşenler, lazer ışınını numuneye odaklamak ve geri saçılan veya iletilen ışığı toplamak için kullanılır. Yüksek hızlı bir kamera veya görüntü sensörü, numunenin yüzeyinde oluşan benek desenini yakalar. Bir bilgisayar veya özel veri işleme ünitesi, benek kontrastını hesaplamak için yakalanan görüntüleri işler. Bu, zaman içindeki piksel yoğunluğu dalgalanmalarının analiz edilmesini içerir. Yazılım araçları benek kontrastlı görüntüleri görselleştirir ve kan akışı veya doku hareketi hakkında niceliksel bilgi sağlayabilir.
Şekil 2 Zemax sıralı modunda modellenen LSCI algılama yolu
Şekil 3 Algılama yolunun mercek verileri
Şekil 2, bir LSCI sisteminin basitleştirilmiş bir algılama yolunu göstermektedir. Thorlabs'ın 30 mm arka odak uzaklığına ve 1 inç açıklığa sahip kullanıma hazır lensi, algılama optik projektörünü temsil ediyor. İlgi alanı (ROI) yaklaşık 25 mmx 25 mm'dir ve diyagonal yaklaşık 18 mm'dir. Işın renkleri, 0, 4 mm ve 6 mm nesne yüksekliğiyle temsil edilen alanları temsil eder. Bu durumda nesne bir kamera sensörünü taklit eder. Birleşik görüntü, LSCI görüntüsünün örneğini temsil eder.
Şekil 4 LSCI algılama optiklerinin saha ayarı
Tutarlı ışık, numunenin yüzeyinde benek görüntüsü oluşturur; benek görüntüsü aşağıda gösterilmiştir.
Şekil 5 Tutarlı ışık kaynağı tarafından oluşturulan benek görüntüsü
Benek deseninin uzaysal istatistiklerinden benek kontrastının doğru tahmini, genellikle benek yoğunluk dağılımının negatif bir üstel olasılık dağılım fonksiyonunu takip ettiğini varsayar. Bunun için bir gerekliliğin, benek modelinin tamamen gelişmiş olması, yani alınan ışığın etkili bir şekilde tekdüze bir faz dağılımına sahip olması olduğunu her zaman belirtmiştik. Ayrıca benek deseninin mekansal örneklemesine dikkat edilmelidir. Spesifik olarak, benek kontrastını tahmin etmek için kullanılan piksel sayısının yanı sıra kamera piksel boyutuna göre benek boyutu da dikkate alınmalıdır. benek deseni bir kamera üzerinde görüntülenir; bu durumda minimum benek boyutu şu şekilde verilir:
burada l ışığın dalga boyu, M görüntüleme sisteminin büyütülmesi ve f/# sistemin F sayısıdır. Nyquist örnekleme kriterleri, minimum benek boyutunun kamera piksel boyutundan iki kat daha büyük olmasıyla karşılanmalıdır;
Negatif bir üstel dağılım elde etmek için.
Yukarıdaki koşullar açısından Zemax, geliştiricilere Nyquist örneklemesini tatmin edecek şekilde büyütme M ve f sayısını belirlemede yardımcı olabilir. Analiz – Sistem Verileri sekmesi aşağıdaki büyütme (1,89) ve F numarası (1,198) hesaplamalarını sunar. Büyütme M'nin, Nyquist örnekleme kuralıyla eşleşmesi için Zemax sayısının (1/1,89) tersini alması gerektiğini unutmayın.
Şekil 6 Nyquist örnekleme kriterleri analizi için görüntüleme sisteminin sistem verileri
Şekil 6'da gösterilen M ve F sayısı Nyquist örneklemesiyle eşleşmiyorsa algılama optiklerindeki geometrik optik parametrenin ayarlanması gerekir. Durdurma boyutu, yani Şekil 3'teki nesne 4. Bu boyut, sistemdeki fiziksel olarak ayarlanabilen bir diyafram ile değiştirilebilir. Diyaframın konumu aynı zamanda Nyquist örnekleme kriterlerinin karşılanmasına da katkıda bulunabilir.
Optik yolun belirli bileşenlerinin ve konfigürasyonlarının, LSCI sisteminin tasarımına ve amaçlanan uygulamaya bağlı olarak değişebileceğini unutmamak önemlidir. Genel olarak amaç, lazer ışığının saçılan parçacıklarla etkileşimi tarafından üretilen benek deseninden yararlanarak biyolojik dokulardaki kan akışı veya diğer hareketlerle ilgili dinamik bilgileri yakalamaktır.