DAINA 2 /NCN

Objętościowa rekonstrukcja obrazowa z filtracją nadmiarowej informacji fazowej

Aby  śledzić  postęp  i  leczenie  chorób  zwyrodnieniowych,  konieczne  są  nowe  metody  obrazowania przyżyciowego  (łac.  in  vivo).  W  oparciu  o  najnowszą  technologię  i  najnowsze  osiągnięcia  w  zakresie optyki  fizycznej,  proponujemy  opracowanie  nowych  metod  powtarzalnego  i  bezpiecznego  obrazowania w  celu  oceny  morfologicznych  i  funkcjonalnych  aspektów  poszczególnych  komórek  wewnątrz ludzkiego  organizmu.  Skupimy  się  na  rozwoju  technik  pokrewnych  do  tomografii  optycznej  OCT,  które są  najbardziej  obiecującymi  metodami  umożliwiającą  nieinwazyjne,  szybkie,  objętościowe obrazowanie  strukturalne  na  poziomie  komórkowym. Nowoczesne,  dynamicznie  rozwijane  optyczne  techniki  obrazowe  wykorzystujące  światło  laserowe mogą  dostarczyć  informacji  na  temat  morfologii  i  funkcji  ludzkiego  organizmu,  oferując  dużą  szybkość i  lepszą  czułość  niż  jakiekolwiek  inne  metody.  Zaletą  użycia  spójnego  światła  laserowego  jest  duża gęstość  energii,  łatwość  projektowania  oświetlenia  oraz  dostęp  do  fazy.  Wszystkie  te  zalety  pozwalają na  uzyskanie  bardzo  wysokich  czułości  i  bardzo  dokładnej  lokalizacji,  i  co  najważniejsze  pozwalają  na rekonstrukcję  trójwymiarową,  która  jest  nieosiągalna  dla  klasycznej  mikroskopii.  Ograniczeniem  jest jednak  pogorszenie  jakości  obrazowania:  w  obecności  silnego  rozpraszania  indukowanego  przez struktury  biologiczne  spójne  światło  laserowe  generuje  dużo  nieużytecznej  informacji  w  postaci  silnej modulacji  amplitudy.  Manifestuje  się  to  obecnością  dwóch  efektów  –  pola  plamkowego  oraz  przesłuchu optycznego.  Obydwa  te  efekty  uniemożliwiają  wyraźne  różnicowanie  struktury  tkanki  na  poziomie pojedynczych  komórek. W przedstawionym  projekcie  proponujemy  wykorzystać  rozwinięta  przez  nas  technikę  przestrzennoczasowej  modulacji  fazy  światła  do  obrazowania  OCT. W  wyniku  zastosowania  tej  metody  uzyskujemy efekt  analogiczny  do  oświetlenia  światłem  niespójnym  –  takim  jak  w  normalnym  mikroskopie.  Jednak nadal  mamy  możliwość  rekonstrukcji  trójwymiarowej.  Dzieje  się  tak  dlatego,  że  w  pierwszej  kolejności uzyskujemy  rekonstrukcje  3-D  tak  jak  w  metodach  tomografii  optycznej  OCT,  jednak  dla  wielu  różnych realizacji  oświetlenia  próbki.  Dzięki  temu  mamy  zbiór  tych  samych  rekonstrukcji  obiektów  uzyskany dla  różnych  rozkładów  fazy  w  oświetleniu  próbki.  Następnie  za  pomocą  technik  obliczeniowych jesteśmy  w  stanie  odpowiednio  odfiltrować  obrazy.  To  pozwala  nam  na  pozbycie  się  nieużytecznej informacji  nierozłącznie  związanej  z  wykorzystaniem  techniki  fazoczułej.     Nie  jest  jednak  jasne,  czy  uzyskana  w  takim  procesie  rekonstrukcja  obrazu  jest  identyczna  z  tym,  co odtwarzamy  w  klasycznych  metodach,  takich  jak  mikroskopia  czy  fotografia.  Nie  wiemy  też  w  jakim stopniu  jesteśmy  w  stanie  wyeliminować  zakłócenia  frontu  fali  pojawiające  się  na  drodze  świecącej wiązki  światła  i  uzyskać  czystą  rekonstrukcję  z  wewnętrznych  warstw  obiektu.  Głównym  zadaniem tego  projektu  jest  udzielenie  odpowiedzi  na  te  podstawowe  pytania  oraz  wskazanie  fizycznych  i technicznych  ograniczeń  metod  obrazowania,  które  mogłyby  wykorzystać  tę  wiedzę  w  przyszłości.