Simultaneous retrieval of optical and geometrical parameters of multilayered turbid media via state-estimation algorithms

In the present paper we propose an implementation of the Kalman filter algorithm, which allows simultaneous recovery of the absorption coefficient, the reduced scattering coefficient and the thicknesses of multi-layered turbid media, with the deepest layer taken as semi-infinite. The approach is validated by both Monte Carlo simulations and experiments, showing good results in structures made up of four layers. As it is a Bayesian algorithm, prior knowledge can be included to improve the accuracy of the retrieved unknowns. One of the most promising applications of this approach is the capability of real-time monitoring of living organs by near infrared spectroscopy. In particular, determination of blood perfusion in the adult head is one of the desired goals, allowing continuous control of stroke patients. This demands accurate measurement of the optical properties, especially absorption, of the head layers, from scalp to the cortex.Fil: García, Héctor Alfredo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Baez, Guido Rodrigo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Pomarico, Juan Antonio. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentin

Quantitative phase determination by using a Michelson interferometer

The Michelson interferometer is one of the best established tools for quantitative interferometric measurements. It has been, and is still successfully used, not only for scientific purposes, but it is also introduced in undergraduate courses for qualitative demonstrations as well as for quantitative determination of several properties such as refractive index, wavelength, optical thickness, etc. Generally speaking, most of the measurements are carried out by determining phase distortions through the changes in the location and/or shape of the interference fringes. However, the extreme sensitivity of this tool, for which minimum deviations of the conditions of its branches can cause very large modifications in the fringe pattern, makes phase changes difficult to follow and measure. The purpose of this communication is to show that, under certain conditions, the sensitivity of the Michelson interferometer can be 'turned down' allowing the quantitative measurement of phase changes with relative ease. As an example we present how the angle (or, optionally, the refractive index) of a transparent standard optical wedge can be determined. Experimental results are shown and compared with the data provided by the manufacturer showing very good agreement.Fil: Pomarico, Juan Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Molina, Pablo Fernando. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil; ArgentinaFil: D'angelo, Cristian Adrián. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil; Argentin

Optical velocimetry based on the spatial correlation of off-axis image speckle patterns

A method is proposed for measuring the linear velocity of a moving rough surface. It is based on maximizing the spatial correlation between two laterally shifted image speckle patterns. Besides, an expression of a spatially variant point-spread function is given, which modifies the spatial distributions of the off-axis image speckle patterns.Facultad de Ingeniería (FI)Centro de Investigaciones Ópticas (CIOp

A comparison between plausible models in layered turbid media with geometrical variations applying a Bayesian selection criterion

One possible application of Near Infrared techniques is to analyze human brain metabolic activity. Currently used models take into account the layered structure of the human head but, usually, they do not consider the non-planar surface of some of the boundaries, i.e. gray matter, which results in a much more complex structure, thus leading to more sophisticated models and longer calculation times. The main objective of this work is to determine if it is worth to replace a planar layered structure by a non-planar one. To this end we implement a Bayesian-based quantitative methodology for choosing between two competitive models describing light propagation in layered turbid media. Experiments of time-resolved diffuse reflectance measurements are performed in layered phantoms and complemented with numerical calculations. The resulting Distributions of Time of Flight of both models are compared using Bayesian model selection analysis. The non-planar interface was introduced in the simulations by a simple surface parametrization. Results suggest that, under certain conditions, a multilayer model with planar boundaries is good enough.Fil: Vera, Demián Augusto. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Baez, Guido Rodrigo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Grupo de Plasmas Densos Magnetizados. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Grupo de Plasmas Densos Magnetizados; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: García, Héctor Alfredo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Iriarte, Daniela Ines. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Pomarico, Juan Antonio. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentin

Camera-based CW diffuse optical tomography for obtaining 3D absorption maps by means of digital tomosynthesis

We present a novel method for obtaining a 3D absorption map of a tissue-like turbid slab in the near-infrared spectral range by tomosynthesis. Transmittance data are obtained for a large number of oblique projection directions by scanning a cw laser source across the surface of the slab and by using a CCD camera for spatially resolved light detection. A perturbation model of light transport is used to convert the intensity maps for the different projections into absorption maps. By applying the tomosynthesis approach to these new maps, 3D absorption information on embedded inclusions has been obtained for the first time. The number and the positions of the lateral offset detectors have been optimized by employing a structural similarity index for comparison of the reconstructed with the true absorption data. We present 3D reconstruction of absorption maps using both Monte Carlo simulations and experiments on phantoms with breast-like optical properties. A comparison with conventional 3D reconstruction by a finite element approach shows the superior location performance of tomosynthesis.Fil: Carbone, Nicolás Abel. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Vera, Demián Augusto. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Iriarte, Daniela Ines. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Pomarico, Juan Antonio. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Macdonald, R.. Physikalisch-Technische Bundesanstalt; AlemaniaFil: Grosenick, D.. Physikalisch-Technische Bundesanstalt; Alemani

Optical velocimetry based on the spatial correlation of off-axis image speckle patterns

A method is proposed for measuring the linear velocity of a moving rough surface. It is based on maximizing the spatial correlation between two laterally shifted image speckle patterns. Besides, an expression of a spatially variant point-spread function is given, which modifies the spatial distributions of the off-axis image speckle patterns.Facultad de Ingeniería (FI)Centro de Investigaciones Ópticas (CIOp

Study of inks used in biomedical optics phantoms: stability and ageing

Inks are the most common absorbers added in phantoms for biomedical optics experiments. Due to the small quantities required, it is usual to prepare dilutions in distilled water and to store them for future use. However, they may degrade with time. This work investigates the stability, over a 60 day period, of various types of ink dilutions as a component used in tissue-mimicking phantoms. For this purpose, the optical properties, particularly the absorption coefficient, of a diffusive phantom fabricated with various pre-diluted inks have been determined by using time-resolved experiments, for the period of time under investigation. Two commercial India inks were studied, namely Rotring® and Higgins®, as well as a third type, a black ink-jet printer ink (Powertec®). Results suggest that all ink dilutions suffer from ageing, affecting the reproducibility of the optical properties of the phantoms. For the investigated period, this effect was more noticeable for the India inks, but almost negligible for the ink-jet printer ink.Fil: Pardini, Pamela Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones En Física E Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Waks Serra, María Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones En Física E Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Ranea Sandoval, Hector Francisco. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Pomarico, Juan Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones En Física E Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Iriarte, Daniela Ines. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones En Física E Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; Argentin

Theoretical investigation of photons partialpathlengths in multilayered turbid media

Functional near infrared spectroscopy (fNIRS) is a valuable tool for assessing oxy- and deoxyhemoglobin concentration changes (∆[HbO] and ∆[HbR], respectively) in the human brain. To this end, photon pathlengths in tissue are needed to convert from light attenuation to ∆[HbO] and ∆[HbR]. Current techniques describe the human head as a homogeneous medium, in which case these pathlengths are easily computed. However, the head is more appropriately described as a layered medium; hence, the partial pathlengths in each layer are required. The current way to do this is by means of Monte Carlo (MC) simulations, which are time-consuming and computationally expensive. In this work, we introduce an approach to theoretically calculate these partial pathlengths, which are computed several times faster than MC simulations. Comparison of our approach with MC simulations show very good agreement. Results also suggest that these analytical expressions give much more specific information about light absorption in each layer than in the homogeneous case.Fil: García, Héctor Alfredo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Vera, Demián Augusto. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Waks Serra, María Victoria. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Baez, Guido Rodrigo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Iriarte, Daniela Ines. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Pomarico, Juan Antonio. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentin

Diffuse reflectance optical topography: location of inclusions in 3D and detectability limits

In the present contribution we investigate the images of CW diffusely reflected light for a point-like source, registered by a CCD camera imaging a turbid medium containing an absorbing lesion. We show that detection of μa variations (absorption anomalies) is achieved if images are normalized to background intensity. A theoretical analysis based on the diffusion approximation is presented to investigate the sensitivity and the limitations of our proposal and a novel procedure to find the location of the inclusions in 3D is given and tested. An analysis of the noise and its influence on the detection capabilities of our proposal is provided. Experimental results on phantoms are also given, supporting the proposed approach.Fil: Carbone, Nicolás Abel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Baez, Guido Rodrigo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: García, Héctor Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Waks Serra, María Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Di Rocco, Hector Omar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Iriarte, Daniela Ines. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Pomarico, Juan Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Grosenick, D.. Physikalisch-Technische Bundesanstalt; AlemaniaFil: Macdonald, R.. Physikalisch-Technische Bundesanstalt; Alemani

Compact device for assessment of microorganism motility

We have designed and constructed a simple and reliable instrument, based on dynamic speckle interferometry, which allows the determination of the relative degree of motility for microorganisms. A measurement can be carried out in a few seconds and parasites have been used for test purposes. An ad hoc software was also developed showing easy operation characteristics. This instrument surpasses the purely qualitative methodology employed by human operators, that can be affected by great errors, fatigue, etc. Besides, it does not require using image formation systems (such as a microscope) and a frame grabber is not mandatory. © 2004 American Institute of Physics.Fil: Pomarico, Juan Antonio. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física Arroyo Seco; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Di Rocco, Hector Omar. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física Arroyo Seco; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin