Development of a time-resolved optical imaging system based on structured illumination for tissue characterization

In recent years there has been an increased focus towards the development of new non-contact and non-invasive techniques for diagnosis and precision surgery of biological tissues. Optical imaging systems can be applied in the intraoperative field to guide surgical decision making by probing tissues and giving information on their structure. This thesis work aims at developing a new optical imaging system for tissue characterization based on structured illumination, with the combination of two different techniques, Spatial Frequency Domain Imaging (SFDI) and Single Pixel Camera (SPC) Imaging. SFDI provides high resolution spatial maps over a large field of view by quantification of tissues optical properties. SPC, providing low resolution spatial maps, allows to obtain temporal information through time resolved measurements. The system is tested through measurements performed on phantoms before its future application in the field of oncological abdominal surgery.

Negli ultimi anni c'è stata una crescente attenzione verso lo sviluppo di nuove tecniche senza contatto e non invasive per la diagnosi e la chirurgia di precisione dei tessuti biologici. I sistemi di imaging ottico possono essere applicati nel campo intraoperatorio per guidare il processo decisionale chirurgico sondando i tessuti e fornendo informazioni sulla loro struttura. Questo lavoro di tesi mira a sviluppare un nuovo sistema di imaging ottico per la caratterizzazione dei tessuti basato sull'illuminazione strutturata, con la combinazione di due diverse tecniche, Spatial Frequency Domain Imaging (SFDI) e Single Pixel Camera (SPC) Imaging. SFDI fornisce mappe spaziali ad alta risoluzione su un ampio campo visivo quantificando le proprietà ottiche dei tessuti. SPC, che fornisce mappe spaziali a bassa risoluzione, consente di ottenere informazioni temporali attraverso misurazioni risolte nel tempo. Il sistema è validato attraverso misure eseguite su phantoms prima della sua futura applicazione nel campo della chirurgia addominale oncologica.