Endoscopia con iluminación estructurada moteada con resolución mejorada en un amplio campo de visión y profundidad de campo

11 de mayo de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han destacado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

comprobado

corregir

por Compuscript

Las imágenes de súper resolución han sido un tema candente durante las últimas décadas en la comunidad de imágenes, particularmente en el campo de la microscopía. Aunque se han logrado varias hazañas interesantes en la comunidad de imágenes microscópicas, queda una gran brecha por cerrar entre la imagen microscópica y la comunidad de imágenes endoscópicas.

Dos de los principales parámetros de imagen que cierran la brecha anterior son la adquisición y el procesamiento de imágenes en un campo de visión amplio (FOV) y una gran profundidad de campo (DOF), que generalmente es un cuello de botella que uno debe sortear cuando se intenta lograr una súper resolución en imágenes En microscopía, un método que es capaz de lograr un amplio campo de visión con alta resolución temporal y baja fototoxicidad se denomina microscopía de iluminación estructurada (SIM). Una SIM estándar puede mejorar la resolución espacial hasta aproximadamente dos veces el límite de difracción de un sistema óptico.

Debido a que SIM tiene como objetivo lograr una resolución espacial muy alta, el DOF suele ser muy pequeño. Esto significa que SIM requiere un alto nivel de control de la distancia de enfoque, lo cual es una limitación práctica para las aplicaciones de microscopía. Por el contrario, en las imágenes endoscópicas, el FOV excepcionalmente amplio y el DOF grande son críticos debido a la naturaleza misma de las imágenes endoscópicas y las muestras que capturan y exploran. Por lo tanto, es de gran interés explorar la posibilidad de lograr superresolución en imágenes endoscópicas con FOV amplio y DOF grande.

En este trabajo se explora una nueva técnica llamada endoscopia de iluminación estructurada de motas (SSIE). En el estudio, publicado en Opto-Electronic Advances, los autores introducen dos fibras en un endoscopio de luz blanca estándar (WLE) para generar motas de alta resolución para iluminar el objeto. Los patrones de motas aleatorias se generan a partir de la interferencia entre la luz láser de las dos fibras. La cámara WLE recopila varias imágenes con resolución estándar y luego las somete a un algoritmo de reconstrucción de imágenes para producir una sola imagen de súper resolución.

El FOV amplio y el DOF grande se obtienen en este estudio junto con la superresolución al diseñar las fuentes de luz óptica, es decir, las fibras multimodo que transportan los patrones de iluminación aleatorios del láser en una orientación para no solo cubrir un FOV y DOF amplio sino también dan lugar a interferencias de gran ángulo entre los haces de iluminación, lo que contribuye a lograr una superresolución en la formación de imágenes. El estudio se examina tanto en superficies planas como no planas, lo que da fe del objetivo del SSIE de obtener imágenes con un DOF grande.

Además, desde una perspectiva teórica que también se explora en este estudio, el FOV y el DOF se pueden extender tanto como lo permita un WLE. Además, el SSIE no requiere un control estricto de los patrones de iluminación, protocolos de calibración o de la óptica de enfoque como en el caso de SIM, lo que simplifica enormemente la configuración experimental.

En este estudio se muestra una demostración de una mejora de 2 a 4,5 veces en la resolución en FOV y DOF amplios sobre el límite sistémico de un WLE estándar. Los resultados experimentales del estudio indican el potencial del SSIE al presentar una ruta única hacia la superresolución en imágenes endoscópicas con FOV y DOF amplios, lo que puede ser beneficioso para la práctica de la endoscopia clínica. En una perspectiva más amplia, esta técnica de obtención de imágenes también se puede adoptar en otros dominios similares de sistemas biomédicos, médicos y basados ​​en cámaras donde se prefiere o es crítica la alta resolución en FOV y DOF amplios.

Los autores de este artículo proponen y demuestran un método novedoso llamado endoscopia de iluminación estructurada moteada que se utiliza para lograr una superresolución en las imágenes adquiridas durante el proceso de endoscopia. La iluminación estructurada de motas se refiere nada más que al uso y la dirección de patrones de iluminación óptica aleatorios que se originan en una fuente de luz coherente, como un láser, sobre la muestra en estudio.

La importancia de este trabajo radica principalmente en mejorar la resolución de la imagen con parámetros de imagen óptimos de un amplio campo de visión y una gran profundidad de campo, tan amplios y grandes como un endoscopio de luz blanca típico puede permitir en comparación con el estado endoscópico de alta resolución existente. el arte que tiene un campo de visión y una profundidad de campo muy limitados en su examen y adquisición de imágenes. La alta resolución siempre conlleva un compromiso en el campo de visión o la profundidad de campo, ya que normalmente están inversamente relacionados entre sí.

Por lo tanto, en este estudio, el principal cuello de botella que se aborda es la capacidad de lograr una superresolución en imágenes endoscópicas junto con los parámetros de imagen inversamente relacionados de un amplio campo de visión y una gran profundidad de campo. Además, el sistema de este estudio no se basa en ninguna propiedad específica del espécimen o muestra, por lo tanto, cualquier muestra se puede utilizar para obtener imágenes, lo que amplía aún más su posible impacto e influencia. Este estudio puede beneficiar potencialmente a la comunidad de imágenes endoscópicas en clínicas y centros de salud. Tanto desde una perspectiva basada en imágenes como en dispositivos, no se necesitan equipos sofisticados ni un control de imágenes estricto para la adquisición y el procesamiento de datos de imágenes.

Esto hace que el sistema endoscópico de iluminación estructurada moteada sea bastante fácil de traducir y adoptar en campos de imágenes más amplios que la endoscopia. El método será más factible siempre y cuando se traduzca potencialmente en campos de imagen similares que implementen una modalidad de imagen incoherente, por lo general, métodos que utilizan colorantes fluorescentes que tiñen la muestra en estudio. Además, las demostraciones de iluminación endoscópica con estructura moteada son independientes de la estructura interna, el tipo o las especificaciones del endoscopio o la sonda utilizada. Por tanto, la técnica de imagen se puede traducir a cualquier modalidad endoscópica de luz blanca con factores de mejora de resolución similares tanto si su aplicación es clínica como industrial, ya que el principio de funcionamiento sigue siendo el mismo.

Además, en un escenario de imagen realista, la muestra en estudio posiblemente no sea plana. En este estudio, dado que exploramos la posibilidad de obtener imágenes de superficies tridimensionales no planas mediante iluminaciones ópticas aleatorias, es posible una traducción directa del concepto de imágenes adoptado en este estudio a otros campos de imágenes, como los sistemas de imágenes biomédicos, médicos o basados ​​en cámaras, lo que hace posible es bastante sencillo.

En un sentido más amplio, cualquier sistema de imágenes que tenga una cámara para adquirir imágenes y que pueda emplear la instalación y el enrutamiento de iluminaciones ópticas basadas en patrones aleatorios en la muestra de una manera como se demostró en este estudio podrá lograr una súper resolución en imágenes óptimas. parámetros como se explora en este trabajo, particularmente en sistemas que podrían beneficiarse de tener una gran profundidad de campo de imágenes, como en endoscopia, imágenes basadas en profundidad en sistemas de cámara, microscopía y campos similares.

Más información: Elizabeth Abraham et al, Endoscopia de iluminación estructurada moteada con resolución mejorada en campo de visión amplio y profundidad de campo, Avances optoelectrónicos (2023). DOI: 10.29026/oea.2023.220163

Proporcionado por Compuscript Ltd