|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Лазерная микроэндоскопия мозга с использованием световых полей с активно формируемым пространственным профилем фазыНИР
- Руководитель НИР: Амитонова Л.В.
- Участники НИР: Воронин А.А., Ланин А.А., Сафронов Н.А., Тихонов Р.А., Федотов А.Б., Федотов И.В., Шумакова В.А.
- Подразделение: Международный учебно-научный лазерный центр
- Срок исполнения: 1 января 2014 г. - 31 декабря 2016 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 14-02-00707
- Номер ЦИТИС: 01201453980
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Фундаментальные проблемы лазерной физики и нелинейной оптики
- ПН России: Науки о жизни
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.33.17 Методы управления оптическим излучением
-
Ключевые слова:
нейрофотоника, оптические волокна, пучки оптоволокон, микроскопия вкр, цифровая голография, визуализация мозга живых животных, флуоресцентная микроскопия, управление пространственной фазой, карс микроскопия, волоконные зонды, эндоскопия
-
Описание:
В рамках настоящего проекта предполагается исследовать свойства линейной и нелинейно-оптической микроэндоскопии на базе использования многомодовых оптических волокон со ступенчато изменяющимся профилем показателя преломления, а также пучков одномодовых оптических волокон в сочетании с управлением пространственной фазой излучения накачки на входе в волокно. Предлагаемая схема может быть использована в качестве миниатюрных линз с фундаментально наилучшим отношением размера к полю зрения и высоким пространственным разрешением. В ходе выполнения проекта планируется исследовать и подобрать оптимальные волоконные зонды, а также алгоритмы управления фазой для линейных и нелинейно-оптических методик минимально инвазивного зондирования глубоких слоев мозга живых животных. Для достижения целей проекта предполагается выполнить экспериментальные и теоретические исследования, направленные на решение следующих основных задач: (1) Исследование параметров волоконно-оптического зондирования рассеивающих биологических тканей с помощью методик фазового управления излучения накачки на входе многосердцевинного волокна в сравнении со стандартными методиками волоконно-оптической эндоскопии. (2) Исследование возможностей реализации нелинейно-оптических методов зондирования с высоким пространственным разрешением, в том числе на основе микроскопии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС) и вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР), в формате миниатюрного волоконного эндоскопа. (3) Реализация методов флуоресцентной минимально инвазивной микроэндоскопии глубоких слоев мозга живых животных с высоким пространственным и временным разрешением.
-
Основные результаты:
Волоконно-оптической формат нейроэндоскопии на базе многомодовых волокон совместно с активным контролем фазы излучения обладает фундаментально минимальными размерами зонда и пригоден для построения трехмерных изображений флуоресцентных объектов, так как существует возможность осуществлять сканирование в продольном направлении. С другой стороны, пучки одномодовых волокон более стабильны и менее чувствительны к изгибам волокна, но при построении изображения обладают низким пространственным разрешением, пикселизацией и возможностью визуализировать только прилегающие к торцу волокна области. Комбинация всех преимуществ использования многосердцевинных световодов совместно с активным контролем фазы в сердцевинах позволит преодолеть ограничения связанные с чувствительностью к изгибу многомодовых волокон, трудности реализации нелинейно-оптических методик визуализации в формате эндоскопии, а также обеспечит высокое пространственное разрешение и 3D сканирование. В рамках выполнения первого этапа работы по данному проекту впервые было проведено систематическое теоретическое и экспериментальное исследование характеристик пространственного разрешения для волоконных зондов на базе многосердцевинных световодов с активным контролем фазы, как для однофотонного, так и для двухфотонного режимов волоконно-оптического зондирования. Было проведено последовательное сравнение с режимами волоконно-оптического зондирования и визуализации без активной фазовой модуляции. Был исследован контраст между сфокусированным излучением и неконтролируемым фоном вне точки фокусировки при формировании структуры поля с помощью фазово-амплитудного управления на входе в многосердцевинное волокно, а также значения контраста получаемого изображения в зависимости от погрешностей задания фазовой маски для управления излучением накачки.
- Добавил в систему: Амитонова Любовь Владимировна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Лазерная микроэндоскопия мозга с использованием световых полей с активно формируемым пространственным профилем фазы |
| Результаты этапа: Волоконно-оптической формат нейроэндоскопии на базе многомодовых волокон совместно с активным контролем фазы излучения обладает фундаментально минимальными размерами зонда и пригоден для построения трехмерных изображений флуоресцентных объектов, так как существует возможность осуществлять сканирование в продольном направлении. С другой стороны, пучки одномодовых волокон более стабильны и менее чувствительны к изгибам волокна, но при построении изображения обладают низким пространственным разрешением, пикселизацией и возможностью визуализировать только прилегающие к торцу волокна области. Комбинация всех преимуществ использования многосердцевинных световодов совместно с активным контролем фазы в сердцевинах позволит преодолеть ограничения связанные с чувствительностью к изгибу многомодовых волокон, трудности реализации нелинейно-оптических методик визуализации в формате эндоскопии, а также обеспечит высокое пространственное разрешение и 3D сканирование. В рамках выполнения первого этапа работы по данному проекту впервые было проведено систематическое теоретическое и экспериментальное исследование характеристик пространственного разрешения для волоконных зондов на базе многосердцевинных световодов с активным контролем фазы, как для однофотонного, так и для двухфотонного режимов волоконно-оптического зондирования. Было проведено последовательное сравнение с режимами волоконно-оптического зондирования и визуализации без активной фазовой модуляции. Был исследован контраст между сфокусированным излучением и неконтролируемым фоном вне точки фокусировки при формировании структуры поля с помощью фазово-амплитудного управления на входе в многосердцевинное волокно, а также значения контраста получаемого изображения в зависимости от погрешностей задания фазовой маски для управления излучением накачки. | ||
| 2 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Лазерная микроэндоскопия мозга с использованием световых полей с активно формируемым пространственным профилем фазы |
| Результаты этапа: В ходе выполнения проекта в 2015 году были реализованы и исследованы две стратегии создания волоконного зонда с высоким пространственным разрешением. Первый подход включал в себя активное управление фазой различных мод в многомодовых волокнах со ступенчато изменяющимся показателем преломления. Второй подход заключался в активном управлении фазой различных сердцевин многосердцевинного волоконного зонда. Было проведено исследование, сравнение и оптимизация данных подходов для контролируемой фокусировки излучения за торцом волокна. | ||
| 3 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Лазерная микроэндоскопия мозга с использованием световых полей с активно формируемым пространственным профилем фазы |
| Результаты этапа: Проведено исследование возможностей использования микроструктурированных и фотонно-кристаллических волокон для получения изображений в формате эндоскопии путем активного управления фазой излучения на входе в волокно. Экспериментально реализована фокусировка лазерного излучения за выходным торцом зонда на базе микроструктурированного оптоволокна. Проведено исследование пространственного разрешения метода микроэндоскопии с помощью активного управления фазой излучения на входе в волокно для различных волоконных зондов, в том числе микроструктурированных световодов в зависимости от параметров фазового контроля Реализован метод флуоресцентной минимально инвазивной микроэндоскопии глубоких слоев мозга живых животных с высоким пространственным и временным разрешением. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".