Optical imaging modalities with properties of real-time, non-invasive, in vivo, and high resolution for image-guided surgery have been widely studied. In this review, we introduce two optical imaging systems, that could be the core of image-guided surgery and introduce the system configuration, implementation, and operation methods. First, we introduce the optical coherence tomography (OCT) system implemented by our research group. This system is implemented based on a swept-source, and the system has an axial resolution of 11 ㎛ and a lateral resolution of 22 ㎛. Second, we introduce a fluorescence imaging system. The fluorescence imaging system was implemented based on the absorption and fluorescence wavelength of indocyanine green (ICG), with a light-emitting diode (LED) light source. To confirm the performance of the two imaging systems, human malignant melanoma cells were injected into BALB/c nude mice to create a xenograft model and using this, OCT images of cancer and pathological slide images were compared. In addition, in a mouse model, an intravenous injection of indocyanine green was used with a fluorescence imaging system to detect real-time images moving along blood vessels and to detect sentinel lymph nodes, which could be very important for cancer staging. Finally, polarization-sensitive OCT to find the boundaries of cancer in real-time and real-time image-guided surgery using a developed contrast agent and fluorescence imaging system were introduced.
da Silva, Evair Josino;de Miranda, Erica Muniz;de Oliveira Mota, Claudia Cristina Brainer;Das, Avishek;Gomes, Anderson Stevens Leonidas
Imaging Science in Dentistry
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v.51
no.2
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pp.107-115
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2021
Purpose: This study aimed to demonstrate the presence of dental caries through a photoacoustic imaging system with visible and near-infrared wavelengths, highlighting the differences between the 2 spectral regions. The depth at which carious tissue could be detected was also verified. Materials and Methods: Fifteen permanent molars were selected and classified as being sound or having incipient or advanced caries by visual inspection, radiography, and optical coherence tomography analysis prior to photoacoustic scanning. A photoacoustic imaging system operating with a nanosecond pulsed laser as the light excitation source at either 532 nm or 1064 nm and an acoustic transducer at 5 MHz was developed, characterized, and used. En-face and lateral(depth) photoacoustic signals were detected. Results: The results confirmed the potential of the photoacoustic method to detect caries. At both wavelengths, photoacoustic imaging effectively detected incipient and advanced caries. The reconstructed photoacoustic images confirmed that a higher intensity of the photoacoustic signal could be observed in regions with lesions, while sound surfaces showed much less photoacoustic signal. Photoacoustic signals at depths up to 4 mm at both 532 nm and 1064 nm were measured. Conclusion: The results presented here are promising and corroborate that photoacoustic imaging can be applied as a diagnostic tool in caries research. New studies should focus on developing a clinical model of photoacoustic imaging applications in dentistry, including soft tissues. The use of inexpensive light-emitting diodes together with a miniaturized detector will make photoacoustic imaging systems more flexible, user-friendly, and technologically viable.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.10
no.3
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pp.51-61
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2007
This paper concerns about the requirement analysis for night vision imaging system(NVIS), whose purpose is to intensify the available nighttime near infrared(IR) radiation sufficiently to be caught by the human eyes on a miniature green phosphor screen. The requirements for NVIS are NVIS radiance(NR), chromaticity, daylight legibility/readability, etc. The NR is a quantitative measure of night vision goggle (NVG) compatibility of a light source as viewed through goggles. The chromaticity is the quality of a color as determined by its purity and dominant wavelength. The daylight legibility/readability is the degree at which words are readable based on appearance and a measure of an instrument's ability to display incremental changes in its output value. In this paper, the requirements of NR, chromaticity, and daylight legibility/readability for Type I and Class B/C NVIS are analyzed. Also the rationale is shown with respect to those requirements.
Oh, Ju Hyun;Kim, Jung Ho;Jeong, Jung Hyun;Chang, Seo Hyoung
Current Applied Physics
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v.18
no.11
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pp.1225-1229
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2018
In this paper, we investigated the electronic structures and defect states of $SrLaMgTaO_6$ (SLMTO) double perovskite structures by using resonant inelastic x-ray scattering. Recently, $Eu^{3+}$ doped SLMTO red phosphors have been vigorously investigated due to their higher red emission efficiency compared to commercial white light emitting diodes (W-LED). However, a comprehensive understanding on the electronic structures and defect states of host SLMTO compounds, which are specifically related to the W-LED and photoluminescence (PL), is far from complete. Here, we found that the PL spectra of SLMTO powder compounds sintered at a higher temperature, $1400^{\circ}C$, were weaker in the blue emission regions (at around 400 nm) and became enhanced in near infrared (NIR) regions compared to those sintered at $1200^{\circ}C$. To elucidate the difference of the PL spectra, we performed resonant inelastic x-ray spectroscopy (RIXS) at Ta L-edge. Our RIXS result implies that the microscopic origin of different PL spectra is not relevant to the Ta-related defects and oxygen vacancies.
Polarization is a rich source of information on the physical properties of astronomical objects. In particular, scattered sunlight by optically thin media (e.g., cometary comae) shows linear polarization of light, which highly depends on the phase angle (an angle between the Sun-Comet-Earth), wavelengths, and physical properties of cometary dust particles such as size, composition, and structures. Here, we present a study of polarimetric properties of non-periodic comet C/2013 US10 (Catalina) in optical and near-infrared wavelength regions obtained from imaging, spectroscopy, and polarimetric observations taken on UT 2015 December 17 - 19 welcoming its (probably) first close approach to the Earth. In this presentation, we want to introduce our progress since the last Korean Astronomical Society meeting (at BEXCO, Busan, 2016 April 14 - 15) especially in terms of spatial variations of degree of linear polarization (DOLP) and its possible scenarios to explain the correlations with other observational results. In particular, we found that there is strong anti-correlation between the gas/dust flux ratio and DOLP at the cometocentric distance of $(2-5){\times}104 km$. Besides, within 10 arcseconds in radii (corresponding to inner coma region of 104 km from the center), the inverse relationship of these two parameters does not hold anymore. We conjecture that the rapid outward increase of DOLP can be supported by either the sublimation/evaporation of icy volatiles, disaggregation of cometary dust particles ejected from the nucleus, and/or difference of dominant dust particle sizes. From our results, we can conclude that comet C/2013 US10 (Catalina) corroborates rather indefinite traditional classification of poalrimetric classes of comets, and provides good opportunity to study less processed material which probably cherishes its memory at the formation epoch of the Solar System.
Proceedings of the Korean Society of Near Infrared Spectroscopy Conference
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2002.11a
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pp.59-62
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2002
Wavelength selection and prediction algorithm for determining hematocrit are investigated. A model based on the difference in optical density induced by the pulsation of heart beat is developed by taking approximation of Twersky's theory on the assumption that the variation of blood vessel size is small during arterial pulsing[1]. A device is constructed with a five-wavelength LED array as light source. The selected wavelengths are two isobestic points and three in compensation for tissue scattering. Data are collected from 549 out-patients who are randomly grouped as calibration and prediction sets. The range of percent hematocrit was 19.3∼51.8. The ratio of the variations of optical density between systole and diastole at two different wavelengths is used as a variable. We selected several such variables that show high reproducibility among all variables. Multiple linear regression analysis is made. The relative percent error is 8% and the standard deviation is 3.67 for the calibration set. The relative % error and standard deviation of the prediction set are 8.2% and 3.69 respectively. We successfully demonstrate the possibility of non-invasive hematocrit measurement, particularly, using the wavelengths below 1000nm.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.11
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pp.853-859
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2015
In this study, the temperature change in an imitational biological tissue, when its surface is irradiated with bio-light, was measured by experiments. Using the experimental data, an equation for temperature as a function of time was developed in order to use it as a boundary condition in numerical studies for the model. The temperature profile was measured along the depth for several wavelengths and distances of the light source from the tissue. It was found that the temperature of the tissue increased with increasing wavelength and irradiation time; however, the difference in the temperatures with red light and near infrared light was not large. The numerical analysis results obtained by using the developed equation as boundary condition show good agreement with the measured temperatures.
At the most recent years, laser medical instruments, laser applications and laser nuclear fusion need strong visible light and ultraviolet rays. Nonlinear optical devices, such as harmonic generators and parametric oscillators, provide a means of extending the frequency range of available laser sources. Frequency conversion is a useful technique for extending the utility of high-power lasers. It utilizes the nonlinear optical response of an optical medium in intense radiation fields to generate new frequencies. These progresses have been used to generate high-power radiation in all spectral regions, from the ultraviolet to the far infrared. Optical parametric oscillators and amplifiers generate two waves of lower frequency They are capable of generating a range of wavelengths from a single frequency source, in some cases spanning the entire visible and near infrared regions. Consequently, in order to obtain the green light, the pulsed Nd:YAG laser using multiple-mesh PFN(Pulsed Forming Network) method with Nonlinear optical device was adopted. We compared the current pulseshapes with the laser output energy, and conversion efficiency.
Modern distance sensing methods employ various measurement principles, including triangulation, time-of-flight, confocal, interferometric and frequency comb. Among them, the triangulation method, with a laser light source and an image sensor, is widely used in low-cost applications. We developed an omnidirectional two-dimensional (2D) distance sensor based on the triangulation principle for indoor floor mapping applications. The sensor has a range of 150-1500 mm with a relative resolution better than 4% over the range and 1% at 1 meter distance. It rotationally scans a compact one-dimensional (1D) distance sensor, composed of a near infrared (NIR) laser diode, a folding mirror, an imaging lens, and an image detector. We designed the sensor layout and configuration to satisfy the required measurement range and resolution, selecting easily available components in a special effort to reduce cost. We built a prototype and tested it with seven representative indoor wall specimens (white wallpaper, gray wallpaper, black wallpaper, furniture wood, black leather, brown leather, and white plastic) in a typical indoor illuminated condition, 200 lux, on a floor under ceiling mounted fluorescent lamps. We confirmed the proposed sensor provided reliable distance reading of all the specimens over the required measurement range (150-1500 mm) with a measurement resolution of 4% overall and 1% at 1 meter, regardless of illumination conditions.
This study was performed to develop a prediction model of sugar content for strawberry. Near-infrared (NIR) spectroscopy has been prevailed for on-line and portable applications for non-invasive quality assessment of intact fruit. This work presents effects of illumination method and coating of reflection surface of light source on prediction result of sugar content. Effect of preprocessing methods was also examined. A low-cost commercially available VIS/NIR spectrometer was used for estimation of total soluble solids content (Brix). To predict sugar contents of strawberry, the best results were obtained with the spectrum data measured under intensive illuminations at three locations induced from the light source with fiber optic bundles. Gold coating of reflection surface of light source lamp gave favorable effect to prediction result. The best results in validation of PLSR model were $r_{SEP}$ = 0.891 and SEP = 0.443 Brix under OSC preprocessing and those of PCR were $r_{SEP}$ = 0.845, SEP $r_{SEP}$= 0.520 Brix, under no preprocessing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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