넓은 시야와 피사계 심도에서 향상된 해상도를 제공하는 스펙클 구조 조명 내시경

2023년 5월 11일

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작성자: Compuscript Ltd

초고해상도 이미징은 이미징 커뮤니티, 특히 현미경 분야에서 지난 수십 년 동안 뜨거운 주제였습니다. 현미경 이미징 커뮤니티에서 몇 가지 흥미로운 성과가 달성되었지만 현미경 이미징과 내시경 이미징 커뮤니티 사이를 연결하는 데에는 큰 격차가 남아 있습니다.

이전 격차를 해소하는 두 가지 주요 이미징 매개 변수는 넓은 시야(FOV)와 큰 심도(DOF)에서의 이미지 획득 및 처리입니다. 이는 일반적으로 초해상도를 달성하려고 할 때 피해야 하는 병목 현상입니다. 이미지. 현미경에서는 높은 시간 해상도와 낮은 광독성으로 넓은 시야를 얻을 수 있는 방법을 구조화 조명 현미경(SIM)이라고 합니다. 표준 SIM은 공간 분해능을 광학 시스템의 회절 한계의 약 2배까지 향상시킬 수 있습니다.

SIM은 매우 높은 공간 해상도를 달성하는 것을 목표로 하기 때문에 DOF는 일반적으로 매우 작습니다. 이는 SIM이 현미경 응용 분야의 실질적인 제한 사항 중 하나인 높은 수준의 초점 거리 제어가 필요하다는 것을 의미합니다. 대조적으로, 내시경 영상에서는 내시경 영상의 특성과 영상화하고 탐색하는 샘플로 인해 매우 넓은 FOV와 큰 DOF가 중요합니다. 따라서 넓은 FOV와 큰 DOF에서 내시경 이미지의 초해상도 달성 가능성을 탐색하는 것은 큰 관심거리입니다.

이 연구에서는 SSIE(반점 구조 조명 내시경)라는 새로운 기술을 탐구합니다. Opto-Electronic Advances에 발표된 이 연구에서 저자는 표준 백색광 내시경(WLE)에 두 개의 섬유를 도입하여 고해상도 반점을 제공하여 물체를 조명했습니다. 무작위 반점 패턴은 두 섬유의 레이저 광 사이의 간섭으로 인해 생성됩니다. WLE 카메라는 표준 해상도의 여러 이미지를 수집한 후 이미지 재구성 알고리즘을 거쳐 단일 초해상도 이미지를 생성합니다.

본 연구에서는 넓은 FOV와 큰 DOF를 커버할 뿐만 아니라 넓은 FOV와 DOF를 커버할 수 있는 방향으로 레이저에서 무작위 조명 패턴을 운반하는 광학 광원, 즉 다중 모드 광섬유를 형성하여 초해상도와 함께 넓은 FOV와 큰 DOF를 얻습니다. 이미징에서 초해상도를 달성하는 데 기여하는 조명 빔 사이에 큰 각도의 간섭이 발생합니다. 이 연구는 평면 및 비평면 표면 모두에서 검사되어 SSIE의 큰 DOF 이미징 목표를 입증합니다.

또한, 본 연구에서도 탐구되는 이론적 관점에서 FOV와 DOF는 WLE가 허용하는 한 크게 확장될 수 있습니다. 또한 SSIE는 SIM의 경우처럼 조명 패턴, 교정 프로토콜 또는 초점 광학 장치의 엄격한 제어를 요구하지 않으므로 실험 설정이 크게 단순화됩니다.

이 연구에서는 표준 WLE의 시스템 한계에 비해 넓은 FOV 및 DOF에서 해상도가 2~4.5배 향상되었음을 보여줍니다. 연구의 실험 결과는 넓은 FOV 및 DOF에서 내시경 이미징의 초해상도에 대한 고유한 경로를 제시하는 SSIE의 잠재력을 나타내며 이는 임상 내시경 실행에 도움이 될 수 있습니다. 더 넓은 관점에서 볼 때, 이 이미징 기술은 넓은 FOV 및 DOF에서 고해상도가 선호되거나 중요한 생물 의학, 의료 및 카메라 기반 시스템의 다른 유사한 영역에도 채택될 수 있습니다.