Endoscopia con illuminazione strutturata maculata con risoluzione migliorata con ampio campo visivo e profondità di campo

11 maggio 2023

Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso la credibilità del contenuto:

verificato

correggere le bozze

di Compuscript Ltd

L'imaging a super risoluzione è stato un tema caldo negli ultimi decenni nella comunità dell'imaging, in particolare nel campo della microscopia. Sebbene siano stati raggiunti diversi risultati interessanti nella comunità dell'imaging microscopico, rimane un ampio divario da colmare tra l'imaging microscopico e la comunità dell'imaging endoscopico.

Due dei principali parametri di imaging che colmano il divario precedente sono l'acquisizione e l'elaborazione delle immagini con un ampio campo visivo (FOV) e un'ampia profondità di campo (DOF), che in genere rappresenta un collo di bottiglia che è necessario aggirare quando si tenta di ottenere una super risoluzione in immagini. In microscopia, un metodo in grado di ottenere un ampio campo visivo con elevata risoluzione temporale e bassa fototossicità è chiamato microscopio a illuminazione strutturata (SIM). Una SIM standard può migliorare la risoluzione spaziale fino a circa due volte il limite di diffrazione di un sistema ottico.

Poiché la SIM mira a raggiungere una risoluzione spaziale molto elevata, il DOF è in genere molto piccolo. Ciò significa che la SIM richiede un elevato livello di controllo della distanza di messa a fuoco che rappresenta una limitazione pratica per le applicazioni di microscopia. Al contrario, nell'imaging endoscopico, il FOV eccezionalmente ampio e l'ampio DOF sono fondamentali a causa della natura stessa dell'imaging endoscopico e dei campioni che immaginano ed esplorano. Pertanto, esplorare la possibilità di ottenere una super risoluzione nelle immagini endoscopiche con ampio FOV e ampio DOF è di grande interesse.

In questo lavoro viene esplorata una nuova tecnica chiamata endoscopia con illuminazione strutturata speckle (SSIE). Nello studio, pubblicato su Opto-Electronic Advances, gli autori introducono due fibre in un endoscopio a luce bianca standard (WLE) per fornire puntini ad alta risoluzione per illuminare l'oggetto. I motivi maculati casuali sono generati dall'interferenza tra la luce laser delle due fibre. Una serie di immagini con risoluzione standard vengono raccolte dalla fotocamera WLE e quindi sottoposte a un algoritmo di ricostruzione dell'immagine per produrre un'unica immagine ad super risoluzione.

L'ampio FOV e l'ampio DOF sono ottenuti in questo studio insieme alla super risoluzione modellando le sorgenti di luce ottica, ovvero le fibre multimodali che trasportano i modelli di illuminazione casuale dal laser in un orientamento tale da coprire non solo un ampio FOV e DOF ma anche danno origine ad un'interferenza ad ampio angolo tra i fasci di illuminazione che contribuisce a ottenere una super risoluzione nell'imaging. Lo studio viene esaminato sia su superfici planari che non planari, attestando l'obiettivo della SSIE di acquisire immagini a DOF di grandi dimensioni.

Inoltre, da una prospettiva teorica esplorata anche in questo studio, il FOV e il DOF possono essere estesi fino a raggiungere l'ampiezza consentita da un WLE. Inoltre, la SSIE non richiede un controllo rigoroso dei modelli di illuminazione, dei protocolli di calibrazione o di quello delle ottiche di focalizzazione come nel caso del SIM, semplificando così notevolmente l'impostazione sperimentale.

In questo studio viene dimostrata una dimostrazione di un miglioramento da 2 a 4,5 volte nella risoluzione con FOV e DOF ampi rispetto al limite sistemico di un WLE standard. I risultati sperimentali dello studio indicano il potenziale della SSIE nel presentare un percorso unico verso la super risoluzione nell'imaging endoscopico con ampio FOV e DOF che può essere utile per la pratica dell'endoscopia clinica. In una prospettiva più ampia, questa tecnica di imaging può essere adottata anche in altri domini simili di sistemi biomedici, medici e basati su telecamere dove l'alta risoluzione con ampio FOV e DOF è preferita o critica.