Wykorzystanie multichromatycznego źródła promieniowania optycznego do prześwietlania peryferyjnych części ciała

fot. JenCam GmbH

W dostępnej literaturze występują doniesienia omawiające prześwietlanie peryferyjnych części ciała przy użyciu promieniowania optycznego z zakresu bliskiej podczerwieni. Przedstawiają one wyniki badań uzyskane z użyciem laserów, a więc źródeł punktowych i monochromatycznych. W referacie przedstawiono wyniki prześwietleń z zastosowaniem wielopunktowego multichromatycznego emitera promieniowania optycznego. Użycie takiego źródła umożliwia bardziej równomierne oświetlenie badanych obiektów oraz uzyskanie jednakowych ujęć wybranego obiektu dla różnych długości fali.

Stanowisko badawcze

Stanowisko badawcze składa się z wielopunktowego multichromatycznego emitera promieniowania optycznego, obiektu badanego oraz kamery CMOS. Emiter promieniowania z zakresu widzialnego i bliskiej podczerwieni zbudowano w oparciu o diody LED o długościach fal: 645, 880 oraz 940 nm. Odbiornikiem promieniowania jest monochromatyczna kamera CMOS o rozdzielczości 1,3 Megapixela dołączona do komputera klasy PC [1]. Ponadto kamerę sprzężono z emiterem promieniowania za pomocą układu synchronizacji, którego zadaniem jest wyzwalanie elektronicznej migawki kamery oraz załączanie odpowiedniej długości fali na czas jej otwarcia. Do układu synchronizacji dołączono przycisk „start”, który inicjuje wyżej opisany cykl pracy. W ramach jednej sekwencji wykonywane są trzy projekcje – po jednej dla każdej długości fali.

Dodatkowo na obraz prześwietlenia wpływano poprzez zmianę zarówno parametrów optycznych kamery (tj. przysłona obiektywu oraz czas naświetlania), jak i elektrycznych naświetlacza (tj. prąd przewodzenia diod). Dążono do uzyskania możliwie największej przysłony (najmniejszego otworu) w celu zapewnienia głębi ostrości obrazu oraz najkrótszego czasu naświetlania, aby uniknąć poruszeń obiektu. Pociąga to za sobą zwiększanie mocy wypromieniowywanej przez naświetlacz, a co za tym idzie – forsowanie prądu przewodzenia diod LED do wartości wielokrotnie wyższych od znamionowych (dla pracy ciągłej).

Obiekty badane zostały unieruchomione poprzez ułożenie ich na matowej płycie pleksi. Przestrzenie wokół obiektu badanego oraz pomiędzy palcami wypełniono pianką poliuretanową w celu uniknięcia przesterowania detektora. Ewentualne nieszczelności są widoczne jako „rozbłyski” światła, które niekiedy nachodzą również na krawędzie obiektu badanego. Takie zjawisko wynika ze specyfiki budowy matrycy CMOS [1] oraz wielokrotnych odbić światła pomiędzy krawędziami palców lub obiektem i wypełnieniem.

Rezultaty prześwietlania części grzbietowej ręki

Na rysunku 2 dla długości fali 645 nm zaczynają uwidaczniać się powierzchniowe naczynia krwionośne. Natomiast dla długości fali 880 nm widoczne są naczynia krwionośne biegnące wzdłuż pal ca i rozgałęziające się tuż przed paznokciem, jak również żyły grzbietowe śródręcza oraz łuki żylne grzbietowe palca [2].

Rys. 2. Porównanie rezultatów prześwietlenia grzbietowej strony ręki lewej dla trzech różnych długości fal

Rezultaty prześwietlania strony dłoniowej ręki

Każde ze zdjęć powstało na skutek złożenia dwóch projekcji – śródręcza oraz palców. Dzięki temu uzyskano optymalne naświetlanie dla całej powierzchni dłoni [3].

Rys. 3. Porównanie rezultatów prześwietlenia dłoniowej strony ręki lewej

Rezultaty prześwietlania grzbietu stopy

Rys. 4. Porównanie rezultatów prześwietlenia grzbietu prawej stopy

Podsumowanie

W pracy zamieszczono wyniki prześwietleń dłoni i stóp dla trzech długości fal: 645, 880, 940 nm. Dzięki zastosowaniu podświetlacza wielopunktowego uzyskano obrazy palców ręki i stóp oraz fragmentów śródręcza i śródstopia. Zakłada się, że zespolenie tak otrzymanych obrazów transiluminacyjnych umożliwi uzyskanie lepszego odwzorowania struktury wewnętrznej rąk i stóp niż na podstawie obrazu uzyskanego z wykorzystaniem lasera.

Literatura:

[1] e2v, Karta katalogowa producenta: EV76C560 B&W and Colour CMOS Sensor

[2] Bochenek A., Reicher M.: Anatomia człowieka, TOM V, Układ wewnątrz wydzielniczy, układ naczyniowy. Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich, Warszawa, 1960.

[3] Bochenek A., Reicher M.: Anatomia człowieka, TOM I, Anatomia ogólna, kości, stawy i więzadła, mięśnie. Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich, Warszawa, 1960.