אופטימיזציה לזמן חשיפה במערכת אופטית למדידת עומק חדירה של ננו חלקיקים ברקמה

Exposure time optimization in an optical system for determination of nanoparticles' penetration depth within tissue

תיאור:

בשנים האחרונות פיתחנו שיטה אופטית ייחודית לזיהוי עומק חדירה של ננו חלקיקים בתוך תווך. בפרויקט נבצע אוטומציה למערכת אופטית זו. 
אחד היתרונות הבולטים של ננו חלקיקים הוא יכולתם לחדור עמוק יותר לעור מחלקיקים אחרים. יכולת זו בעלת חשיבות רבה מבחינה רפואית ואחת מהשלכותיה הינה היכולת להחדיר חומרים לגוף ללא הזרקה. מדידת עומק החדירה של הננו חלקיקים בתוך רקמה מהווה אתגר גדול עד היום.
המערכת המוצעת בפרויקט זה הינה מערכת חדשנית המשלבת בתוכה שיטה לחילוץ מקדם הפיזור, המתבססת על אלגוריתם אופטי בשם Gerchberg- Saxton, בשילוב מערכת ניסויית המאפשרת מדידת רקמות שונות. המערכת מחלצת את מקדם הפיזור של הרקמה המכילה ננו חלקיקים ובכך מאפשרת את גילויים בתוך הרקמה. לאחרונה עברה המערכת אוטומציה וכיום המערכת הניסויית מופעלת על ידי ממשק מרכזי שמחבר בין כל הרכיבים במערכת עם אלגוריתם העיבוד.
בעיה שקיימת במערכת היום ועליה נרצה להתגבר הינה בחירה ידנית של זמן החשיפה של המצלמות במערכת הניסויית. אופטימיזציה ואוטומציה של זמן החשיפה דורש הבנה והכרה של אלגוריתמים לצורך עיבוד תמונה. 
הסטודנטים יכירו את האלגוריתם והמערכת האופטית הניסויית, יחקרו את השפעת זמני החשיפה השונים על התמונות המתקבלות במערכת. יבחנו את האפשרויות השונות לחישוב זמן חשיפה אידאלי בצורה אוטומטית במערכת. לאחר מכן יצרו קוד המחשב את זמן החשיפה האידאלי למדידה ויטמיעו אותו בקוד הכללי. לבסוף יבצעו הסטודנטים ניסויים אופטיים במערכת האוטומטית לצורך אימות ובחינת תקינות.

תכולה:

• למידת אלגוריתמי עיבוד תמונה שונים.
• יישום האלגוריתמים השונים לצורך אופטימיזציה של זמן החשיפה.
• הטמעת האלגוריתם לבחירת זמן חשיפה באלגוריתם הכללי של המערכת.
• ביצוע ניסויים אופטיים במערכת לצורך אימות ובדיקת תקינות.

דרישות:

• מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרו-אופטיקה.
• ידע בעיבוד תמונה.
• ידע בתכנות (MATLAB/ LabVIEW/ C).
• יכולת עבודה במעבדה.
• ממוצע ציונים בתואר מעל 80

 מקורות:

1. R. W. Gerchberg, W. O. Saxton, "A practical algorithm for the determination of phase image and diffraction plane pictures," Optik 35, 237-246 (1972).
2. T. Lister, P. A. Wright, and P. H. Chappell, "Optical properties of human skin," Journal of Biomedical Optics 17, 0909011-09090115 (2012).
3.  I.Yariv, G.Rahamim, E.Shliselberg, H.Duadi, A.Lipovsky, R. Lubart and D.Fixler. "Detecting nanoparticles in tissue using an optical iterative technique," Biomed. Opt. Express, 5, 3871-3881 (2014). 
4.  I. Yariv, et al., "Detecting concentrations of milk components by an iterative optical technique," Journal of Biophotonics, 8, 979-984 (2015).
5. I. Yariv, et al., " New optical sensing technique of tissue viability and blood flow based on nanophotonic iterative multi-plane reflectance measurements", Journal of Nanomedicine, 11, 5237-5244 (2016).