Ιδρυματικό Αποθετήριο
Πολυτεχνείο Κρήτης
Πολυτεχνείο Κρήτης
EN
|
EL
| URI | http://purl.tuc.gr/dl/dias/4109FA56-D3F7-4ACE-BDBD-8D8428B9FC5E | - |
| Αναγνωριστικό | https://doi.org/10.26233/heallink.tuc.103997 | - |
| Γλώσσα | en | - |
| Μέγεθος | 127 pages | el |
| Τίτλος | Visualizing blood perfusion through LASER speckle imaging | en |
| Τίτλος | Απεικόνιση της αιμάτωσης με την τεχνική απεικόνισης κοκκίωσης LASER | el |
| Δημιουργός | Marinou Efstratios | en |
| Δημιουργός | Μαρινου Ευστρατιος | el |
| Συντελεστής [Επιβλέπων Καθηγητής] | Balas Costas | en |
| Συντελεστής [Επιβλέπων Καθηγητής] | Μπαλας Κωστας | el |
| Συντελεστής [Μέλος Εξεταστικής Επιτροπής] | Karystinos Georgios | en |
| Συντελεστής [Μέλος Εξεταστικής Επιτροπής] | Καρυστινος Γεωργιος | el |
| Συντελεστής [Μέλος Εξεταστικής Επιτροπής] | Gyftakis Konstantinos | en |
| Συντελεστής [Μέλος Εξεταστικής Επιτροπής] | Γυφτακης Κωνσταντινος | el |
| Εκδότης | Πολυτεχνείο Κρήτης | el |
| Εκδότης | Technical University of Crete | en |
| Ακαδημαϊκή Μονάδα | Technical University of Crete::School of Electrical and Computer Engineering | en |
| Ακαδημαϊκή Μονάδα | Πολυτεχνείο Κρήτης::Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών | el |
| Περίληψη | Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI), a specific method within the broader field of Laser Speckle Imaging, is a non-invasive optical technique, able to visualize motion and flow dynamics through the analysis of speckle patterns. These patterns are formed when the sampling surface is illuminated by coherent light and are captured by a CCD sensor. The simplicity and cost-effectiveness of this configuration are the main factors contributed to LSCI’s growing popularity in the biomedical field. After the acquisition of the raw speckle frames, image processing is performed to extract local intensity contrast. This contrast is indicative of speckle pattern’s decorrelation which, in turn, is related to motion. In fact, through a complex statistical analysis, contrast can be linked to blood flow velocity. Among biomedical applications, blood perfusion imaging is the most prevalent, as it benefits significantly from the technique’s real-time and label-free operation. This work is structured in two main parts. First, a general review of speckle metrology and its applications, along with a description on the biological importance of blood perfusion – providing all the essential foundation for the specific experimental section. The second part of the Thesis focuses on the laboratory work which investigates the application of LSCI in two distinct use cases. The primary application is the visualization of blood perfusion, specifically superfisial skin perfusion. While LSCI is widely used for blood flow imaging, its application to skin perfusion is limited by the lack of resolvable vascular structure, which restricts the method’s ability to produce vascular maps. For this reason, our system was assessed through well-established occlusion-reperfusion protocol. The secondary use case is a novel application of LSCI: visualizing mechanical oscillations on vibrating membranes. LSCI’s sensitivity proved suitable for the visualiazation of stationary field on oscillating drum’ membranes, a widely unexplored application in the literature. We completed this part of our research by applying the technique to controlled osccilation of a speaker’s membrane providing a semi-quantitative analysis. As per our algorithmic choices, a spatial contrast method (LASCA) was implemented using an open-source toolbox and extended with custom post-processing algorithms. Experimental validation demonstrates that, even with low-cost hardware, LSCI can effectively capture both perfusion trends and dynamic motion. The results highlight the technique’s versatility and potential for accessible biomedical and motion analysis applications. | en |
| Περίληψη | H απεικόνιση κοκκίωσης LASER με contrast (LSCI), μια συγκεκριμένη μέθοδος εντός του γενικότερου πεδίου της απεικόνιση κοκκίωσης LASER (Laser Speckle Imaging), είναι μια μη επεμβατική οπτική τεχνική, με δυνατότητα να απεικονίζει την κίνηση και τα δυναμικά της ροής μέσω της ανάλυσης των μοτίβων κοκκίωσης. Τα μοτίβα αυτά, σχηματίζονται όταν η επιφάνεια του δείγματος φωτίζεται με ομοιοφασικό φως (coherent light - LASER) και καταγράφονται από έναν αισθητήρα CCD. Η απλότητα και το χαμηλό κόστος της διάταξης αυτής είναι οι κύριοι λόγοι που συμβάλλουν στην αυξανόμενη απήχηση στον τομέα της βιοϊατρικής. Μετά την απόκτηση των ακατέργαστων εικόνων κοκκίωσης, εφαρμόζεται επεξεργασία εικόνας για την εξαγωγή τοπικής φωτομετρικής αντίθεσης (intensity contrast). Η αντίθεση αυτή είναι ενδεικτική της αποσυσχέτισης του μοτίβου κοκκίωσης, η οποία με τη σειρά της σχετίζεται με την κίνηση. Μάλιστα, μέσω μιας σύνθετης ανάλυσης, η αντίθεση μπορεί να συνδεθεί με την με την ταχύτητα της ροής του αίματος. Από όλες τις βιοϊατρικές εφαρμογές, η απεικόνιση της αιμάτωσης αποτελεί τη συχνότερη, καθώς επωφελείται σημαντικά από τη λειτουργία της μεθόδου σε πραγματικό χρόνο και χωρίς χρήση χρωστικών παραγόντων. Η παρούσα εργασία χωρίζεται σε δυο κύρια μέρη. Το πρώτο, αποτελείται από μια γενική περιγραφή της μετρολογίας κοκκίωσης και των εφαρμογών της, όπως και μια περιγραφή της βιολογικής σημασίας της αιμάτωσης – παρέχοντας το αναγκαίο υπόβαθρο για το ειδικό μέρος. Το δεύτερο μέρος της διπλωματικής επικεντρώνεται στην εργαστηριακή δουλειά που διερευνά την εφαρμογή του LSCI σε δύο ξεχωριστές περιπτώσεις. Η κύρια εφαρμογή είναι η απεικόνιση της αιμάτωσης, συγκεκριμένα της επιφανειακής αιμάτωσης του δέρματος. Ενώ το LSCI χρησιμοποιείται ευρέως για απεικόνιση της ροής του αίματος, η εφαρμογή του στο δέρμα περιορίζεται από την έλλειψη εμφανών δομών αγγείων, το οποίο περιορίζει την δυνατότητα του να παράγει αγγειακούς χάρτες. Για αυτόν το λόγο, το σύστημα αξιολογήθηκε μέσω χρήσης ενός καθιερωμένου πρωτοκόλλου απόφραξης–επανααιμάτωσης. Η δευτερεύουσα εφαρμογή αποτελεί μια πρωτότυπη χρήση του LSCI: την απεικόνιση στάσιμων μηχανικών ταλαντώσεων σε παλλόμενες μεμβράνες. Η ευαισθησία του, αποδείχθηκε κατάλληλη για την απεικόνιση στάσιμων πεδίων σε μεμβράνες τυμπάνων, το οποίο είναι εφαρμογή που δεν φαίνεται να έχει ερευνηθεί στην βιβλιογραφία. Το σκέλος της έρευνας, αυτό το ολοκληρώθηκε αφού εφαρμόσαμε το σύστημα σε ελεγχόμενες ταλαντώσεις στην μεμβράνη ενός ηχείου, παρέχοντας μία ημι-ποσοτική ανάλυση. Όσον αφορά την αλγοριθμική προσέγγιση, υλοποιήσαμε μία μέθοδο χωρικής ανάλυσης contrast (LASCA), χρησιμοποιώντας ένα εργαλείο ανοικτού κώδικα που επεκτείναμε με ειδικούς αλγορίθμους μετα-επεξεργασίας των αποτελεσμάτων μας. Η πειραματική επιβεβαίωση δείχνει ότι, ακόμα και με χρήση εξοπλισμού χαμηλού κόστους, το LSCI μπορεί να συλλάβει αποτελεσματικά και τις τάσεις αιμάτωσης όσο και την δυναμική κίνηση. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν την ευελιξία και την προοπτική της τεχνικής ως μία προσιτή λύση για βιοϊατρικές εφαρμογές και εφαρμογές ανάλυσης κίνησης. | el |
| Τύπος | Διπλωματική Εργασία | el |
| Τύπος | Diploma Work | en |
| Άδεια Χρήσης | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | en |
| Ημερομηνία | 2025-07-16 | - |
| Ημερομηνία Δημοσίευσης | 2025 | - |
| Θεματική Κατηγορία | Reperfusion | en |
| Θεματική Κατηγορία | Occlusion | en |
| Θεματική Κατηγορία | Optical imaging | en |
| Θεματική Κατηγορία | Drum | en |
| Θεματική Κατηγορία | Mechanical oscillations | en |
| Θεματική Κατηγορία | Blood perfusion | en |
| Θεματική Κατηγορία | Biomedical | en |
| Θεματική Κατηγορία | Speckle metrology | en |
| Θεματική Κατηγορία | Metrology | en |
| Θεματική Κατηγορία | Imaging | en |
| Θεματική Κατηγορία | Speckle | en |
| Θεματική Κατηγορία | LASER | en |
| Βιβλιογραφική Αναφορά | Efstratios Marinou, "Visualizing blood perfusion through LASER speckle imaging", Diploma Work, School of Electrical and Computer Engineering, Technical University of Crete, Chania, Greece, 2025 | en |
| Βιβλιογραφική Αναφορά | Ευστράτιος Μαρίνου, "Απεικόνιση της αιμάτωσης με την τεχνική απεικόνισης κοκκίωσης LASER", Διπλωματική Εργασία, Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Πολυτεχνείο Κρήτης, Χανιά, Ελλάς, 2025 | el |
Copyright © DIAS 2013
