Depth estimation of the absorbing structure in a slab turbid medium using point spread function
Creators
- 1. Ho Chi Minh City University of Technology
- 2. Vietnam National University Ho Chi Minh City
- 3. Waseda University
- 4. Hokkaido University
- 5. Kyoto University
Description
Nowadays, transillumination imaging is more popular used in the medical field with the development of the vein finder and the non-invasive diagnosis applications. Near-infrared light with a wavelength of 700 - 1200 nm has relatively high transmission through biological tissue. Using near-infrared light, we can able to obtain a two dimensional (2D) transillumination image of the internal absorption structure such as blood vessel structure, liver ... in the body noninvasively. Even with a simple system (light-emitting diode (LED)'s array and low-cost camera), we could obtain the blood vessel transillumination image of human arm. However, the image is severely blurred due to the strong scattering in the tissue. We have devised the depth-dependent point spread function (PSF) to suppress the scattering effect in fluorescent imaging. In previous studies, we successfully applied this principle and developed a technique to reconstruct the absorbing structure in a turbid medium without using fluorescent material. The feasibility and effectiveness of the proposed technique were verified in experiments. However, this point spread function (PSF) is depth dependence, so that the depth information is required in practice. In order to make this method more practical, the new techniques for estimating the parameters of absorbing structure (depth and width) in the turbid medium by convolution and de-convolution with the point spread function (PSF) were devised. This paper presents a new technique for the estimation depth of an absorber in 2D transillumination image. This new technique was developed to estimate the depth of the absorber in turbid medium by convolution operation with the point spread function (PSF). By observing images with two-wavelength selected at which the scattering property of the medium is different. The transillumination image at one of the wavelengths is convolved with the PSF of another wavelength. Two images of alternative wavelengths are compared while changing the depth of the PSF. We can obtain the correct depth that gives a minimum difference between the two convoluted images. This technique does not require the repetition of the unstable deconvolution operation. The effectiveness of the proposed technique was verified in simulation and experiment.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
في الوقت الحاضر، أصبح التصوير عبر الإضاءة أكثر شيوعًا في المجال الطبي مع تطوير جهاز الكشف عن الأوردة وتطبيقات التشخيص غير الجراحية. للضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء بطول موجة 700 - 1200 نانومتر انتقال مرتفع نسبيًا من خلال الأنسجة البيولوجية. باستخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة، يمكننا الحصول على صورة ثنائية الأبعاد (2D) لبنية الامتصاص الداخلية مثل بنية الأوعية الدموية والكبد ... في الجسم بدون تدخل جراحي. حتى مع وجود نظام بسيط (مجموعة الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) والكاميرا منخفضة التكلفة)، يمكننا الحصول على صورة نقل إضاءة الأوعية الدموية للذراع البشري. ومع ذلك، فإن الصورة غير واضحة بشدة بسبب التشتت القوي في الأنسجة. لقد ابتكرنا وظيفة انتشار النقاط المعتمدة على العمق (PSF) لقمع تأثير التشتت في التصوير الفلوري. في الدراسات السابقة، طبقنا هذا المبدأ بنجاح وطورنا تقنية لإعادة بناء هيكل الامتصاص في وسط عكر دون استخدام مادة الفلورسنت. تم التحقق من جدوى وفعالية التقنية المقترحة في التجارب. ومع ذلك، فإن وظيفة انتشار النقاط هذه (PSF) هي الاعتماد على العمق، بحيث تكون معلومات العمق مطلوبة في الممارسة العملية. من أجل جعل هذه الطريقة أكثر عملية، تم ابتكار التقنيات الجديدة لتقدير معلمات بنية الامتصاص (العمق والعرض) في الوسط العكر عن طريق الالتفاف وإزالة الالتفاف مع وظيفة انتشار النقطة (PSF). تقدم هذه الورقة تقنية جديدة لعمق تقدير وحدة الامتصاص في صورة تحويل الإضاءة ثنائية الأبعاد. تم تطوير هذه التقنية الجديدة لتقدير عمق وحدة الامتصاص في الوسط العكر عن طريق عملية الالتفاف مع وظيفة الانتشار النقطي (PSF). من خلال مراقبة الصور ذات الطول الموجي الثنائي المحدد والتي تختلف فيها خاصية التشتت للوسيط. يتم لف صورة الإضاءة العابرة عند أحد الأطوال الموجية مع PSF لطول موجي آخر. تتم مقارنة صورتين لأطوال موجية بديلة أثناء تغيير عمق PSF. يمكننا الحصول على العمق الصحيح الذي يعطي الحد الأدنى من الفرق بين الصورتين الملتويتين. لا تتطلب هذه التقنية تكرار عملية فك الالتفاف غير المستقرة. تم التحقق من فعالية التقنية المقترحة في المحاكاة والتجربة.Translated Description (French)
De nos jours, l'imagerie de transillumination est plus utilisée dans le domaine médical avec le développement du localisateur veineux et les applications de diagnostic non invasives. La lumière proche infrarouge avec une longueur d'onde de 700 - 1200 nm a une transmission relativement élevée à travers les tissus biologiques. En utilisant la lumière proche infrarouge, nous pouvons obtenir une image de transillumination bidimensionnelle (2D) de la structure d'absorption interne telle que la structure des vaisseaux sanguins, le foie ... dans le corps de manière non invasive. Même avec un système simple (réseau de diodes électroluminescentes (LED) et caméra à faible coût), nous pouvions obtenir l'image de transillumination des vaisseaux sanguins du bras humain. Cependant, l'image est très floue en raison de la forte dispersion dans les tissus. Nous avons conçu la fonction d'étalement ponctuel dépendant de la profondeur (PSF) pour supprimer l'effet de diffusion en imagerie fluorescente. Dans des études antérieures, nous avons appliqué avec succès ce principe et développé une technique pour reconstruire la structure absorbante en milieu trouble sans utiliser de matériau fluorescent. La faisabilité et l'efficacité de la technique proposée ont été vérifiées dans des expériences. Cependant, cette fonction d'étalement de point (PSF) est dépendante de la profondeur, de sorte que les informations de profondeur sont nécessaires dans la pratique. Afin de rendre cette méthode plus pratique, les nouvelles techniques d'estimation des paramètres de structure absorbante (profondeur et largeur) dans le milieu trouble par convolution et déconvolution avec la fonction d'étalement ponctuel (PSF) ont été conçues. Cet article présente une nouvelle technique d'estimation de la profondeur d'un absorbeur en image de transillumination 2D. Cette nouvelle technique a été développée pour estimer la profondeur de l'absorbeur en milieu trouble par opération de convolution avec la fonction d'étalement des points (PSF). En observant des images à deux longueurs d'onde sélectionnées pour lesquelles la propriété de diffusion du milieu est différente. L'image de transillumination à l'une des longueurs d'onde est convoluée avec la PSF d'une autre longueur d'onde. Deux images de longueurs d'onde alternatives sont comparées tout en changeant la profondeur de la PSF. Nous pouvons obtenir la profondeur correcte qui donne une différence minimale entre les deux images convoluées. Cette technique ne nécessite pas la répétition de l'opération de déconvolution instable. L'efficacité de la technique proposée a été vérifiée en simulation et expérimentation.Translated Description (Spanish)
Hoy en día, las imágenes de transiluminación son más populares en el campo médico con el desarrollo del buscador de venas y las aplicaciones de diagnóstico no invasivo. La luz del infrarrojo cercano con una longitud de onda de 700 - 1200 nm tiene una transmisión relativamente alta a través del tejido biológico. Usando luz infrarroja cercana, podemos obtener una imagen de transiluminación bidimensional (2D) de la estructura de absorción interna, como la estructura de los vasos sanguíneos, el hígado ... en el cuerpo de forma no invasiva. Incluso con un sistema simple (matriz de diodos emisores de luz (LED) y cámara de bajo coste), podríamos obtener la imagen de transiluminación de vasos sanguíneos del brazo humano. Sin embargo, la imagen está muy borrosa debido a la fuerte dispersión en el tejido. Hemos ideado la función de dispersión de puntos dependiente de la profundidad (PSF) para suprimir el efecto de dispersión en imágenes fluorescentes. En estudios anteriores, aplicamos con éxito este principio y desarrollamos una técnica para reconstruir la estructura absorbente en un medio turbio sin utilizar material fluorescente. La viabilidad y eficacia de la técnica propuesta se verificaron en experimentos. Sin embargo, esta función de dispersión puntual (PSF) depende de la profundidad, por lo que la información de profundidad es necesaria en la práctica. Con el fin de hacer este método más práctico, se idearon las nuevas técnicas para estimar los parámetros de la estructura absorbente (profundidad y anchura) en el medio turbio mediante convolución y deconvolución con la función de dispersión puntual (PSF). Este artículo presenta una nueva técnica para la estimación de la profundidad de un absorbente en una imagen de transiluminación 2D. Esta nueva técnica se desarrolló para estimar la profundidad del absorbedor en medio turbio mediante la operación de convolución con la función de dispersión puntual (PSF). Al observar imágenes con dos longitudes de onda seleccionadas en las que la propiedad de dispersión del medio es diferente. La imagen de transiluminación en una de las longitudes de onda se convoluciona con la PSF de otra longitud de onda. Se comparan dos imágenes de longitudes de onda alternativas mientras se cambia la profundidad de la PSF. Podemos obtener la profundidad correcta que da una diferencia mínima entre las dos imágenes enrevesadas. Esta técnica no requiere la repetición de la operación de deconvolución inestable. La efectividad de la técnica propuesta se verificó en simulación y experimento.Files
969.pdf
Files
(1.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:3997efb63cda84b39c300da5a19ffcd8
|
1.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تقدير العمق لهيكل الامتصاص في وسط بلاطة عكر باستخدام وظيفة الانتشار النقطي
- Translated title (French)
- Estimation de la profondeur de la structure absorbante dans un milieu turbide de dalle à l'aide de la fonction d'étalement ponctuel
- Translated title (Spanish)
- Estimación de profundidad de la estructura absorbente en un medio turbio de losa utilizando la función de dispersión puntual
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3094611913
- DOI
- 10.32508/stdjet.v3isi3.680