Sistema “Time-gated” de tomografia de projeção ótica

Abstract

A Tomografia de Projeção Ótica (OPT) é uma técnica tomográfica que envolve microscopia ótica e surge como solução para a aquisição de imagens de elevada resolução a partir de amostras mesoscópicas oticamente transparentes. Esta técnica de aquisição permite a medição de tempos de vida de fluorescência e fosforescência utilizando algoritmos como o Rapid Lifetime Determination (RLD).A curva de decaimento exponencial resulta das propriedades físicas dos fenómenos de fluorescência e fosforescência. Assim, através de algoritmos como o Rapid Lifetime Determination, é possível obter tempos de vida de fluorescência a partir da curva acima mencionada. O projeto desenvolvido consistiu na implementação de um sistema de Tomografia de Projeção Óptica Time-Gated para análise morfológica e funcional de várias amostras. A informação morfológica é obtida usando luz branca. A informação funcional depende de processos de fluorescência ou fosforescência.A avaliação do sistema foi realizada medindo parâmetros como o campo de visão, verificando o controle adequado do tempo de exposição e avaliando a precisão na medição dos tempos de vida de decaimento.O FOV medido foi de 4.048 por 3.084 mm. O erro relativo da medição não ultrapassou 3%. O sistema foi testado usando fantomas. Infelizmente, não foi possível testar o sistema em amostras biológicas.O sistema implementado é funcional e permitiu obter imagens utilizando o modo transmissão da técnica de OPT. Não foi possível testar o modo de emissão. Foi demonstrado que o sistema consegue medir, com precisão, os tempos de vida de decaimento na ordem dos microssegundos, provando a sua capacidade de medir tempos de vida de fosforescência em aplicações de imagem funcional.

Optical Projection Tomography (OPT) is a tomographic technique that involves optical microscopy and appears as a solution for the acquisition of high resolution images from optically transparent mesoscopic samples.The application of the Time-Gated acquisition technique to the OPT system requires that the fluorescence or phosphorescence photons emitted by the sample are acquired in successions of temporal windows with delays relative to the light pulse used for excitation. This type of acquisition allows the measurement of fluorescence and phosphorescence lifetimes through algorithms such as Rapid Lifetime Determination (RLD).The project developed consisted in the implementation of a Time-Gated OOPT system for morphological and functional analysis of various samples. Morphological information is obtained using white-light illumination. Functional information relies on fluorescence or phosphorescence processes.The evaluation of the system was carried out by measuring parameters such as the field of view, by verifying the proper control of the exposure time and by assessing the accuracy in the measurement of decay lifetimes. The measured FOV was 4,048 by 3,084 mm. The relative error of the measurement did not exceed 3%. The system was tested using phantoms. Unfortunately, it was not possible to test the system on biologic samples.The implemented system is functional and allowed to obtain images using the transmission mode of the OPT technique. It was not possible to test the emission mode. It was demonstrated that the system can measure accurately decay lifetimes in the range of microseconds, proving its ability to measure phosphorescence lifetimes in functional imaging applications.