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Apr 13, 2023

varrido

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8071 (2023) Cite este artigo

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Detalhes das métricas

Imagens compressivas de alta resolução por meio de uma fibra multimodo flexível são demonstradas usando uma fonte de laser de varredura e iluminação de speckle dependente do comprimento de onda. Uma fonte de varredura construída internamente permitindo o controle independente de largura de banda e faixa de varredura é usada para explorar e demonstrar uma abordagem mecanicamente livre de varredura para imagens de alta resolução por meio de uma sonda de fibra ultrafina e flexível. A reconstrução da imagem computacional é mostrada utilizando uma largura de banda de varredura estreita de \(< 10\) nm, enquanto o tempo de aquisição é reduzido em 95% em comparação com a endoscopia de varredura convencional. Demonstrada iluminação de banda estreita no espectro visível é vital para a detecção de biomarcadores de fluorescência em aplicações de neuroimagem. A abordagem proposta oferece simplicidade e flexibilidade do dispositivo para endoscopia minimamente invasiva.

No desenvolvimento de endoscópios menores e minimamente invasivos, as fibras ultrafinas desempenham um papel vital. Muitas configurações de endoscopia baseadas em fibra foram propostas: feixes1,2,3, fibras com ótica miniaturizada4,5, fibras multi-core (MCF)6,7 e fibras multimodo (MMF)8,9,10,11,12 . MCF ou MMF fornecem imagens em locais de difícil acesso, criando padrões de luz resolvidos espacialmente na extremidade distal da fibra e coletando o sinal da amostra. Normalmente, um feixe monocromático é digitalizado sequencialmente através da faceta de entrada da fibra, gerando padrões de iluminação independentes no plano da amostra. Os padrões iluminam a amostra e o sinal é coletado e medido por meio de um detector de "balde". A configuração de pixel único permite a exploração de algoritmos de detecção compressiva, usando um conjunto de padrões sub-Nyquist e a reconstrução computacional de super-resolução do objeto13,14,15,16,17,18,19,20.

No entanto, o componente crucial em todas essas configurações é a necessidade de um dispositivo de varredura de luz ou de modelagem de frente de onda para criar os padrões de iluminação desejados na saída da fibra. Comumente, são usados ​​espelhos galvanométricos17, um modulador espacial de luz (SLM)11,21 ou um dispositivo de microespelho digital (DMD)22,23. Choudhury et ai. relataram o uso de uma fibra monomodo (SMF) para iluminar sequencialmente os núcleos de um MCF, montando a extremidade proximal do MCF em um estágio controlado por computador7. A varredura de raster espacial ou a modelagem de frente de onda espacial têm muitas desvantagens, incluindo complexidade da configuração, baixa velocidade e instabilidade mecânica. Aqui exploramos uma nova maneira de gerar padrões de iluminação dinâmicos para imagens MMF.

O comprimento de onda da luz pode ser usado como um grau adicional de liberdade para controlar o perfil espacial na saída da fibra. Diferentes comprimentos de onda (frequências ópticas) têm velocidades diferentes ao se propagar pelo guia de ondas e, portanto, têm diferentes atrasos de fase entre os modos guiados do MMF na saída24,25. Essa propriedade permite padrões de speckle dependentes de comprimento de onda exclusivos na faceta de saída. Imagem de pixel único via detecção compressiva e dispersão dependente do comprimento de onda na camada \(TiO_{2}\) foi recentemente demonstrada26. Um conceito semelhante usando uma configuração totalmente em fibra foi proposto por Kubota et al. em27. No entanto, não foram relatados dados sobre a flexibilidade da sonda e a robustez da imagem. Além disso, nestes trabalhos foi utilizada iluminação de infravermelho próximo (NIR), o que torna os sistemas demonstrados inadequados para futuras aplicações em imagens fluorescentes, uma vez que a maioria dos fluoróforos opera na faixa de comprimento de onda visível.

Aqui, demonstramos uma sonda ultrafina e flexível para geração de imagens de fibra de alta resolução no domínio visível usando uma fonte de laser de varredura personalizada e uma sonda monomodo-multimodo combinada. Diferentes amostras foram visualizadas e investigadas. A robustez da abordagem de imagem foi testada fazendo medições de calibração antes da imagem com movimentos de fibra subsequentes, imitando o movimento endoscópico de aplicação real. A abordagem proposta não depende de nenhuma varredura espacial ou sistema de modelagem de frente de onda e pode potencialmente fornecer imagens endoscópicas de super-resolução.