Imaging in mezzi altamente diffondenti tramite tecniche di compressive sensing

In recent years, several techniques of imaging and tomography in highly scattering media have been developed in order to increase the efficiency of injection and harvest of the light in biological samples, in respect to the classical approach with optical fibers. For example, Diffuse Optical Tomography (DOT) generally uses a huge data set which requires high acquisition and computational time, but biological tissues behave as low-pass filter of the spatial information and this peculiarity leads to a selective acquisition in the spatial frequency domain with the compressive sensing technique. Furthermore, a time-resolved single pixel camera scheme, combined with structured light illumination, can be used to perform wide field and contact-less experiments. These approaches lead to a significant reduction of the data set and of the measurement duration, while preserving the information content. The latter is a fundamental requirement for \textit{in vivo} applications. The techniques are experimentally validated on phantom measurements, both in free running and in time-gated light detection. Nevertheless, measurements in spatial frequency domain are strongly affected by noise and there is high demand of noise suppression methods.

Negli ultimi anni, sono state sviluppate diverse tecniche di imaging biomedico e di tomografia in mezzi fortemente diffondenti, al fine di aumentare l’efficienza in fase di lancio e raccolta della luce nelle misure con campioni biologici, rispetto all’approccio classico che impiega delle fibre ottiche. Infatti, Diffuse Optical Tomography (DOT) utilizza, in genere, insiemi di valori di misura molto onerosi, in termini di tempo di acquisizione e di elaborazione. Tuttavia, ogni tessuto biologico si comporta come un filtro passa-basso per l’informazione spaziale e questa caratteristica avvalora l’utilizzo di un’acquisizione dei dati selettiva, direttamente nel dominio delle frequenze spaziali con la tecnica del compressive sensing. Inoltre, viene sviluppato uno schema che utilizza una single pixel camera con elevata risoluzione temporale e la luce strutturata, per avere esperimenti senza scansione di fibre, contact-less e wide field. Queste tecniche riducono significativamente l’ingombro dei dati e la durata della misura, mantenendo però lo stesso contenuto informativo: caratteristiche fondamentali per le applicazioni in vivo. Lo schema in questione è stato sottoposto a esperimenti con mezzi fantoccio, sia in acquisizione free-running che in finestre temporali. Tuttavia, le misure nel dominio delle frequenze si sono rivelate molto sensibili al rumore sperimentale e richiedono ulteriori approfondimenti.