Endoscopia com iluminação estruturada de manchas com resolução aprimorada em amplo campo de visão e profundidade de campo

11 de maio de 2023

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A geração de imagens em super resolução tem sido um tema importante nas últimas décadas na comunidade de imagens, particularmente no campo da microscopia. Embora vários feitos interessantes tenham sido alcançados na comunidade de imagens microscópicas, ainda existe uma grande lacuna entre a imagem microscópica e a comunidade de imagens endoscópicas.

Dois dos principais parâmetros de imagem que preenchem a lacuna anterior são a aquisição e processamento de imagens em um amplo campo de visão (FOV) e grande profundidade de campo (DOF), que normalmente é um gargalo que é necessário contornar ao tentar obter super resolução em imagens. Em microscopia, um método capaz de obter um amplo campo de visão com alta resolução temporal e baixa fototoxicidade é chamado de microscópio de iluminação estruturada (SIM). Um SIM padrão pode melhorar a resolução espacial em cerca de duas vezes o limite de difração de um sistema óptico.

Como o SIM visa alcançar uma resolução espacial muito alta, o DOF normalmente é muito pequeno. Isso significa que o SIM requer um alto nível de controle de distância de foco, o que é uma limitação prática para aplicações de microscopia. Em contraste, na imagem endoscópica, o FOV excepcionalmente amplo e o grande DOF são críticos devido à própria natureza da imagem endoscópica e das amostras que eles visualizam e exploram. Portanto, explorar a possibilidade de alcançar super resolução em imagens endoscópicas em amplo FOV e grande DOF é de grande interesse.

Uma nova técnica chamada endoscopia com iluminação estruturada speckle (SSIE) é explorada neste trabalho. No estudo, publicado na Opto-Electronic Advances, os autores introduzem duas fibras em um endoscópio de luz branca padrão (WLE) para fornecer manchas de alta resolução para iluminar o objeto. Os padrões aleatórios de manchas são gerados a partir da interferência entre a luz do laser das duas fibras. Várias imagens com resolução padrão são coletadas pela câmera WLE e, em seguida, submetidas a um algoritmo de reconstrução de imagem para produzir uma única imagem de super resolução.

O amplo FOV e o grande DOF são obtidos neste estudo, juntamente com a super resolução, modelando as fontes de luz óptica, ou seja, as fibras multimodo que transportam os padrões de iluminação aleatórios do laser em uma orientação para não apenas cobrir um amplo FOV e DOF, mas também dão origem a uma interferência de grande ângulo entre os feixes de iluminação, o que contribui para alcançar a super resolução na geração de imagens. O estudo é examinado em superfícies planas e não planas, atestando o objetivo do SSIE de obter imagens em grande DOF.

Além disso, de uma perspectiva teórica que também é explorada neste estudo, o FOV e o DOF podem ser estendidos para o tamanho que um WLE permitir. Além disso, o SSIE não requer um controle rigoroso dos padrões de iluminação, protocolos de calibração ou da ótica de focagem como no caso do SIM, simplificando muito a configuração experimental.

Uma demonstração de aumento de 2 a 4,5 vezes na resolução em amplo FOV e DOF sobre o limite sistêmico de um WLE padrão é demonstrada neste estudo. Os resultados experimentais do estudo indicam o potencial do SSIE em apresentar uma rota única para super resolução em imagens endoscópicas em amplo FOV e DOF, o que pode ser benéfico para a prática da endoscopia clínica. Em uma perspectiva mais ampla, esta técnica de geração de imagens também pode ser adotada em outros domínios semelhantes de sistemas biomédicos, médicos e baseados em câmeras, onde a alta resolução em amplo FOV e DOF é preferida ou crítica.