| دانلود رایگان مقاله انگلیسی + خرید ترجمه فارسی
|
|
| عنوان فارسی مقاله: | سنسور بیوفوتونیک نرومورفیک بر مبنای بازتاب نوری مادون قرمز نزدیک |
| عنوان انگلیسی مقاله: | Neuromorphic Biophotonic Sensor Based on Near Infrared Optical Reflectometry |
| مشخصات مقاله انگلیسی (PDF) | |
| سال انتشار | 2012 |
| تعداد صفحات مقاله انگلیسی | 5 صفحه با فرمت pdf |
| رشته های مرتبط | فیزیک، برق، بیوفوتونیک، مهندسی اپتیک و لیزر، برق قدرت، الکترونیک، مهندسی کنترل، مهندسی ابزار دقیق، مهندسی هسته ای و پرتوشناسی |
| مجله | مجله سنسور (Journal Sensors) |
| دانشگاه | گروه برق و مهندسی کامپیوتر، دانشگاه جانز هاپکینز در بالتیمور، ایالات متحده آمریکا |
| کلمات کلیدی | اندازه گیری پزشکی، مبدل پزشکی، تصویر سنسورها، دستگاه های فیبر نوری، بازتاب نوری |
| شناسه شاپا یا ISSN | ISSN 1530-437X |
| لینک مقاله در سایت مرجع | لینک این مقاله در سایت IEEE |
| نشریه | IEEE |
| مشخصات و وضعیت ترجمه مقاله (Word) | |
| تعداد صفحات ترجمه مقاله | 8 صفحه با فرمت ورد، به صورت تایپ شده و با فونت 14 – B Nazanin |
| ترجمه تصاویر | ترجمه توضیحات زیر تصاویر انجام شده و اشکال و نمودارها به صورت عکس در فایل ترجمه درج شده است. عبارات روی اشکال ترجمه نشده است. |
فهرست مطالب:
چکیده
مقدمه
آزمایش و نتایج
نتیجه گیری
بخشی از ترجمه:
یک حسگر تصویری بیو فوتونیک با رسوب یک لایه نازک طلا روی فیبر اپتیکی با فرایند های کاتد پرانی برای گنجاندن یک صفحه مرجع ایجاد شده است که در محیط های بین وجهی تماسی مختلف پایدار است. این پروب اپتیکی برای زاویه ۴۳ تا ۴۹ درجه به منظور منعکس کردن اشعه ها با لنز های گنبدی شکل میکرو تحت فرایند های ذوب پر انرژی در بخش انتهایی فیبر استاندارد تک لایه ای طراحی شده است. همه لنز های اینتر فرومتریک فیبر با استفاده از اتوکرلیتور دو طرفه منسجم به عنوان یک تابش سنج اپتیکی با دقت بالا در دامنه ۱۳۰۰ نانو متری دارای پروفیل های مستقیم با اطلاعات عمقی درون بافت بیولوژیکی می باشد و در تشخیص بسیاری از تومور های مغزی و نیز تصویر برداری پروفیل هلی زیر سطحی برای نمونه های ارگانیک و غیر ارگانیک حایز اهمیت می باشد. تصویر بردار پروب یاب اپتیکی که طبیعتا در توان پایین ۳ تا ۷ mW عمل می کند دارای نسبت سیگنال به نویز ۳۵ dB و تفکیک پذیری محوری ۱۵ میکرو متر می باشد( عرض ۳ dB از منحنی پیک).
۱ مقدمه
تصویر برداری اپتیکی واقعی و غیر مخرب مقطع عرضی با تفکیک پذیری بالا برای اندازه گیری تصاویر عمقی جهت تمییز بافت های عادی و سالم از سرطانی در روده، راست روده و غدد درون ریز مورد استفاده قرار گرفته است. به خصوص برای عکس برداری کارکردی و ساختاری نرو فرومیک و نیز جراحی های با کمک عکس برداری، مطالعات بسیار زیادی برای تشخیص انواع مختلف تومور ها و سرطان ها نظیر ملانوما و گلیما و نیز شناسایی رگ ها که در آن اطلاعات مستقیم درون بافت در اختیار قرار می گیرد انجام شده اند. با این حال تنها یک فضای محدودی در درون اشیای زیستی ( زنده) وجود دارد طوری که اکثریت پروب های اسکن کننده سنتی برای فرایند های اندوسکوپی و تصویر برداری بافت های داخلی ریز محدود می شوند. از این رو برای رفع نگرانی های فوق در ترسیم سازی محیطی، پروب های میکرو اپتیکی متعددی با کارایی و سنجش متفاوت ایجاد شده اند. به خصوص این که در گزارشات مختلف، قابلیت امکان پروب های نیمرخ بدون فیبر با میکرو لنز های خارجی متفاوت اثبات شده اند که تابش خروجی دارای قابلیت تفکیک جانبی بهتر نسبت به پروب های فیبری اپتیکی انحراف نرمال بدون تمرکز اشعه می باشد.
بخشی از مقاله انگلیسی:
Abstract—A biophotonic image sensor has been demonstrated by depositing a thin Au (gold) film on the single optical fiber by sputtering process to incorporate a self-contained reference plane, as well as to be sustainable for different contact interfacial medium. This side-viewing optical probe has been polished for 43 –49 angle in order to unilaterally reflect the beam to be focused with a micro dome-shape lens simply formed by high-energy melting process at the distal end of the standard single-mode fiber. The all fiber interferometric optics using a low (partial) coherence double-sided autocorrelator performing as a high-precision optical reflectometer at 1300 nm range noninvasively conducted a direct profiling of the depth information inside a biological tissue and for diagnosing brain tumors, as well as imaging subsurface depth profile for other turbid organic/inorganic samples. The optical probing imager, which normally operates in low power of 3 mW–7 mW has dB signal-to-noise ratio (SNR) and a m axial resolution (3-dB width of the reflected peak curve). Index Terms—Biomedical measurements, biomedical transducers, image sensors, optical fiber devices, optical reflectometry. I. INTRODUCTION HIGH-resolution cross-sectional noninvasive and real-time optical imaging has been used to measure depth-resolved images to differentiate between the cancer and normal tissues in esophagus, colon, and coronary [1], [2]. Particularly, for neuromorphic (structural) and functional imaging and image-guided surgery, there have also been great efforts to early diagnose various kinds of tumors and cancers such as glioma and melanoma, as well as detecting the vein in which information directly inside the tissue if is necessary [3], [4]. However, there is only limited space within biological object so that most of conventional scanning probes are limited for their endo/microscopic in vivo imaging of internal micro tissues [5]–[7]. Thus, to meet the above mentioned concerns for a specific circumferential visualization, various kinds of side-viewing micro-optic probes have been suggested in a Manuscript received October 29, 2010; accepted November 24, 2010. Date of publication December 06, 2010; date of current version February 01, 2012. This work was supported in part by the NIH grants BRP 1R01 EB 007969-01 and 1R21NS063131-01A1. This research was supported by the World Class University (WCU) program through the National Research Foundation of Korea funded by the Ministry of Education, Science and Technology (R31-10008). The associate editor coordinating the review of this paper and approving it for publication was Prof. Aime Lay-Ekuakille. J.-H. Han was with the Department of Electrical an d Computer Engineering, Johns Hopkins University, Baltimore, MD 21218 USA. He is now with the Department of Brain and Cognitive Engineering, Korea University, Seoul, 136-713 South Korea (e-mail: jhhan16@gmail.com). J. U. Kang is with the Department of Electrical and Computer Engineering, Johns Hopkins University, Baltimore, MD 21218 USA (e-mail: jkang@jhu.edu). Digital Object Identifier 10.1109/JSEN.2010.2097587 variety of sensing and imaging modalities [8]–[14]. Especially, in the previous report in [15], feasibility of the bare-fiber side-viewing probe was demonstrated with inserting a separate external microlens that can focus the output beam to have a better lateral resolution than that of normal diverging bare fiber-optic probes without beam concentration. Furthermore, it has failed to achieve an appropriate strong level of self-contained interferometric reference that can practically work due to the small reflectance at the polished fiber interface so that an external partial reflector has been employed instead to accomplish that purpose only for free-space standing specimens (it usually requires a air gap between the imaging probe and the sample for having a reference signal). Those external bulk optic components eventually make the probing imaging sensor to be greater in overall size, as well as embrace alignment issues in between. In this work, a true integrated micro side-viewing fiber-optic probe ( m) has been fabricated that can be inserted directly into the brain for profiling depth images coated with a semitransparent thin gold (Au) film that allows a self-incorporated reference plane, an essential part for optical reflectometry-based interferometric imaging, from the distal end of the probe without using additional external semitransparent and/or partial reflectors for achieving references or other bulk optics. This technique, in principle, is similar to the conventional electrical or optical time-domain reflectometry (TDR, OTDR), where it localizes and determines the discontinuity or faults from the reflected waveforms for the specimen with a finer dead zone or resolution by using the mixing interference of a broadband light source. Additionally, gold coating which is a biomedically safe material provides and optical protection by avoiding the effect of refractive index dependence of an interfacial contact medium on the reference amplitude whether the probe works in a free-space standing or aqueous environment, even in contact with the specimen. Moreover, in order to achieve beam focusing, a micro dome-shape lens has been fabricated which enables a simple integration without adapting external focusing elements by a high-energy melting process. The angle polished fiber aims the beam for circumferential view by strong interface internal reflection on the gold-coated layer in which one-way directional beam is suitable for the integration with conventional medical hypodermic needles having asymmetrical shapes where one side can be considered as an optical biopsy window. The fiber-optic probe has been characterized as well as its signal-to-noise ratio (SNR) performance and its ability for depth imaging for various specimens including a brain sample of a rat for the potential usage in noninvasive optical biopsy and diagnosis as well as cross-sectional subsurface image profiler. II. THIN-FILM GOLD-COATED SIDE-VIEWING IMAGER The side-viewing microprobe in the inset of Fig. 1 ( magnification, photo taken by a digital microscope, scale bar indicates 100 m) was fabricated from a standard single-mode optical fiber (SMF-28), where a micro-ball lens was formed either (diameter of ball size is around 200 m) by exposing to a high-power CO laser or by melting with using a commercial arc-fusion fiber splicer. It was angled (43 –49 ) by polishing in one side for internal beam reflection so that the remaining lens is used to focus the forward directed beam. A thin gold film was optimized for its reflection and transmission to be deposited for Fig. 3. SNR versus output power: circle-measured, solid line-fitted trend curve. Fig. 4. Experimental setup for all fiber-optical interferometric-based sensor. (a) Schematic view. (b) Push-pull fiber-based double-sided autocorrelator configuration. approximately 20 s using a conventional semiconductor sputtering process (Denton Vacuum DESK II) with a gold-palladium (Au-Pd) alloy on the end face of the fiber tip in order to fabricate a uniform metallic layer [16]. The gold-coated probe was characterized by measuring the reference coherence peak signal (or the point spread function of the probe) from the probe tip, as shown in Fig. 2(a), having a symmetrical peak of dB amplitude above noise background. The measured A-scan (depth) resolution or the dB width of the reference peak of 15 m was determined by the coherence length of the low-coherence light source. At this point, we should mention that, without the gold coating, it was rather hard not only to couple back certain level of reference amplitude [coherence peak as in Fig. 2(a)] from the bare fiber probe with the same structure due to the fractional reflectance from the distal end of the fiber between the glass-air interface, as well as its structural dimension so that additionally, instead, an external bulk partial reflector would preferably be inserted for stronger reference signal [15], accordingly, but also to reconstruct the returned sample signal for sensing.
| دانلود رایگان مقاله انگلیسی + خرید ترجمه فارسی
|
|
| عنوان فارسی مقاله: | سنسور بیوفوتونیک نرومورفیک بر مبنای بازتاب نوری مادون قرمز نزدیک |
| عنوان انگلیسی مقاله: | Neuromorphic Biophotonic Sensor Based on Near Infrared Optical Reflectometry |
