mwirth-epo/epo-nmt-datasets huggingface dataset:
Il secondo gradino G2, che può rappresentare il segnale di uscita Y4quando il filtro digitale 20 è basato sul filtro digitale 10 avente frequenza di taglio fc1’=3110 Hz, può avere un valore minore rispetto al primo gradino G1, che può rappresentare il segnale di uscita Y4quando il filtro digitale 20 è basato sul filtro digitale 10 avente frequenza di taglio fc2’=6223 Hz.
The second step G2, which may represent the output signal Y4 when the digital filter 20is based on the digital filter 10having cutoff frequency fc1′=3110 Hz, may have a smaller value with respect to the first step G1, that may represent the output signal Y4 when the digital filter 20is based on the digital filter 10having cutoff frequency fc2′=6223 Hz.
Per contro, il segnale di uscita Yref del filtro digitale di riferimento può comprendere una sequenza di gradini che hanno una stessa ampiezza Gref.
Conversely, the output signal Yref of the reference digital filter may comprise a sequence of steps, having same amplitude Gref.
In una o più forme di attuazione, tuttavia, le frequenze di taglio risultanti del filtro digitale di riferimento e del filtro digitale approssimato 20 possono coincidere, nella misura in cui l’ampiezza di gradino Grefdel filtro digitale di riferimento può corrispondere sostanzialmente a una media tra l’ampiezza del primo gradino G1 e l’ampiezza del secondo gradino G2.
In one or more embodiments, however, the resulting cutoff frequencies of the reference digital filter and the approximated digital filter 20may coincide, insofar as the step amplitude Gref of the reference digital filter may substantially correspond to an average between the amplitude of the first step G1and the amplitude of the second step G2.
Si apprezzerà che, qui, gli switch 18 sono esemplificati come alternare l’uscita a ogni ciclo di clock, tuttavia esiste la possibilità di fare commutare l’uscita a intervalli di tempo differenti.
It will be appreciated that, herein, the switches 18are exemplified as alternating output every clock cycle, however the possibility exists of switching output at different time intervals.
L’approssimazione secondo una o più forme di attuazione può essere applicata a differenti tipi di filtri digitali che comprendono una o più operazioni di moltiplicazione, per esempio un filtro passa-alto 30 secondo una o più forme di attuazione può essere esemplificato nella Figura 7.
The approximation according to one or more embodiments may be applied to different types of digital filters including one or more multiplication operations.
Un filtro digitale passa-alto 30 può essere basato su un filtro analogico avente come funzione di trasferimento: in cui a e b sono coefficienti che possono essere differenti l’uno dall’altro.
A high pass digital filter 30may be based on an analog filter having transfer function: H(s)=b*(s+a)a*(s+b) where a and b are coefficients that may be different from each other.
Una funzione di trasferimento H(z) risultante del filtro digitale, calcolata impiegando il tempo di campionamento T, può avere equazione: in cui a è una frequenza di taglio passa-alto in rad/s, b è una frequenza di taglio passa-basso in rad/s, che è più alta della frequenza di taglio passa-alto a (b>>a) e permette la realizzazione del filtro digitale passa-alto 30, e b/a è un guadagno del filtro digitale passa-alto 30.
A resulting digital filter transfer function H(z), calculated employing the sampling time T, may have equation: H(z)=ba*(z-1)+1-e-bTz-e-bT where a is a high pass cutoff frequency in rad/s, b is a low pass cutoff frequency in rad/s, which is higher than the high pass cutoff frequency a (b>>a) and permits the realization of the high pass digital filter 30, and b/a is a gain of the high pass digital filter 30.
Tramite calcoli ben noti nella tecnica, può risultare la seguente evoluzione dell’uscita del filtro digitale passa-alto 30: in cui n rappresenta un istante di tempo discreto, X(n) rappresenta un segnale digitale di ingresso del filtro digitale 30 e Y(n) rappresenta un segnale digitale di uscita del filtro digitale 30.
Via calculations that are well known in the art, the following high pass digital filter 30output evolution may result: Y(n)=e-bT*Y(n-1)+ba*X(n)+[1-ba-e-bT]*X(n-1) where n represents a discrete-time instant, X(n) represents a digital input signal of the digital filter 30and Y(n) represents a digital output signal of the digital filter 30.
Nel presente esempio non limitativo, perciò, possono essere presenti due coefficienti di moltiplicazione, differenti dal valore unitario, cioè, ݁−௕ ௕ e௔.
In the present non-limiting example, therefore, two multiplication coefficients may be present, different from the unitary value, i.e. e−bT and ba.
In una o più forme di attuazione, il coefficiente di moltiplicazione b/a può essere approssimato come un valore di una potenza di due.
In one or more embodiments, the multiplication coefficient b/a may be approximated as a power-of-two value.
Per esempio, una o più forme di attuazione possono comprendere: - selezionare una frequenza di confine passa-alto a desiderata, - selezionare una frequenza di confine passa-basso b desiderata, in modo tale che la frequenza di confine passabasso sia più alta della frequenza di confine passa-alto e in modo tale che la frequenza di confine passa-basso b possa comprendere una moltiplicazione tra la frequenza di taglio a e un valore di potenza di due con l’esponente M (M essendo un intero positivo), cioè, b’= 2M*a, - approssimare la frequenza di confine passa-basso b’ desiderata con una frequenza di taglio, per esempio una frequenza di taglio approssimata fc’ elencata nella Figura 6, - calcolare una frequenza di taglio passa-alto approssimata a’, in funzione della frequenza di taglio passa-basso approssimata b’, cioè, a’=b’/2M, - sostituire la frequenza approssimata b’ nei coefficienti di moltiplicazione, ottenendo con ciò: - e-bT= e-b’T, che può essere approssimato come descritto precedentemente, e ௕ ௕′ ଶ௔′ -௔=௔′=௔′= ʹெ.
For example, one or more embodiments may comprise selecting a desired high pass border frequency a and selecting a desired low pass border frequency b, so that the low pass border frequency is higher than the high pass border frequency and so that the low pass border frequency b may comprise a multiplication between the cutoff frequency a and a power-of-two value with exponent M (M being a positive integer), i.e. b′=2M*a.
Per esempio, per il filtro digitale passa-alto 30 della Figura 7, che ha una frequenza passa-alto a=3 kHz desiderata e un tempo di campionamento T=50 ns.
For example, for the high pass digital filter 30of FIG. 7, having a desire high pass frequency a=3 kHz and a sampling time T=50 ns.
La frequenza b può essere approssimata (b=2M*a) come una moltiplicazione tra la frequenza passa-alto a e un valore di potenza di due con esponente intero positivo M. L’esponente M può essere selezionato in modo tale che la frequenza b possa essere vicina a una frequenza di taglio elencata nella tabella della Figura 6: per esempio, M=3, cosicché b = 23*3 kHz, b = 24 kHz.
The exponent M may be selected so that the frequency b may be close to a cutoff frequency listed in the table of FIG. 6: for example, M=3, so that b=23*3 kHz, b=24 kHz.
Si può considerare, come frequenza più vicina elencata nella Figura 6, b’ = 24966 Hz e la frequenza di taglio passa-alto approssimata può avere un valore a’=b’/8=3121 Hz.
The closest frequency listed in FIG. 6may be considered b′=24966 Hz and the approximated high pass cutoff frequency may have value a′=b′/8=3121 Hz.
Di conseguenza, il filtro digitale 30 può avere una frequenza di taglio passa-alto a approssimata; tuttavia, il filtro digitale 30 può anche presentare una moltiplicazione con il guadagno b/a che può essere implementata con un blocco circuitale di shift 14’ invece che con un moltiplicatore.
Accordingly, the digital filter 30may have an approximated high pass cutoff frequency a, however, the digital filter 30may also feature a multiplication with the gain b/a that may be implemented with a shifting circuit block 14′ rather than a multiplier.
L’evoluzione dell’uscita del filtro digitale passa-alto 30 può così comprendere: ܻሺ݊ሻ = ݁−௕′ ∗ ܻሺ݊ − ͳሻ ͺ ∗ ܺሺ݊ሻ [ͳ − ͺ − ݁−௕′] ∗ ܺሺ݊ − ͳሻ in cui il coefficiente esponenziale e-b’Tpuò essere approssimato come discusso precedentemente.
The output evolution of the high pass digital filter 30may thus include: Y(n)=e−b′T*Y(n−1)+8*X(n)+[1−8−e−b′T]*X(n−1) Where the exponential coefficient e−b′T may be approximated as previously discussed.
Nel presente esempio non limitativo, i valori di esponente scelti possono comprendere N1=7 e N2=8.
In the present non-limiting example, the chosen exponent values may comprise N1=7 and N2=8.
Di conseguenza, l’evoluzione dell’uscita può essereriscritta come: Yሺnሻ = ሺͳ − ʹ−Niሻ ∗ Yሺn − ͳሻ ͺ ∗ Xሺnሻ [−ͺ+ʹ−Ni] ∗ ܺሺ݊ − ͳሻin cui Nipuò comprendere un valore N1o N2a seconda degli impulsi di clock di un segnale di clock CLK.
Accordingly, the output evolution may be rewritten as: Y(n)=(1−2−Ni)*Y(n−1)+8*X(n)+[−8+2−Ni]*X(n−1) where Ni may comprise value N1 or N2 depending on clock pulses of a clock signal CLK.
In una o più forme di attuazione, il filtro digitale passa-alto 30 può essere realizzato secondo una o più forme di attuazione come esemplificato nella Figura 4.
In one or more embodiments, the high pass digital filter 30may be realized according to one or more embodiments as exemplified in FIG. 4.
I blocchi circuitali di shift nella Figura 7 possono corrispondere ai blocchi circuitali di shift già discussi.
The shifting circuit blocks in FIG. 7may correspond to the shifting circuit blocks already discussed.
Nel presente esempio non limitativo, un blocco circuitale di shift a sinistra indicato con il numero di riferimento 14’ può fare scorrere a sinistra di 3 bit un segnale ricevuto, avendo con ciò come risultato una moltiplicazione del segnale ricevuto per un valore di potenza positiva di due con esponente M=3.
In the present non-limiting example, a left shifting circuit block designated with reference number 14′ may left shift a received signal of 3 bits, thereby resulting in a multiplication of the received signal by a positive power-of-two value having exponent M=3.
Inoltre, i blocchi circuitali di shift a destra possono essere implementati tramite un primo 141 e un secondo 142 blocco circuitale di shift a destra più uno switch 18.
Also, the right shifting circuit blocks may be implemented via a first 141 and second 142 right shifting circuit block plus a switch 18.
I blocchi circuitali di shift a destra possono ricevere un segnale che può essere fatto scorrere a destra rispettivamente di N1=7 e di N2=8 bit dal primo 141e dal secondo 142blocco circuitale di shift, implementando con ciò moltiplicazioni per valori di potenze negative di due aventi rispettivamente un esponente N1e N2.
The right shifting circuit blocks may receive a signal which may be right shifted by the first 141 and second 142 right shifting circuit blocks of N1=7 and N2=8 bits, thereby implementing multiplications by negative power-of-two values having exponent N1 and N2, respectively.
Lo switch 18 può ricevere come ingresso i segnali fatti scorrere a destra di N1e di N2bit, e può fornire come uscita uno di questi segnali in funzione degli impulsi di clock del segnale di clock CLK.
The switch 18may receive as an input the signals right shifted of N1 and N2 bits, and may provide as an output one of these signals depending on clock pulses of the clock signal CLK.
Per esempio, l’uscita dello switch 18 può cambiare a ciascun impulso di clock del segnale di clock CLK.
For example, the output of the switch 18may change at each clock pulse of the clock signal CLK.
Così, nell’esempio non limitativo della Figura 7, il filtro digitale passa-alto 30 può ricevere, in corrispondenza di un nodo di ingresso, un segnale di ingresso digitale X(n), comprendente una sequenza di campioni digitalizzati, e può fornire un segnale di uscita digitale filtrato Y(n), comprendente una sequenza di campioni digitalizzati, in corrispondenza di un nodo di uscita.
Thus, in the non-limiting example of FIG. 7, the high pass digital filter 30may receive, at an input node, a digital input signal X(n), comprising a sequence of digitized samples, and provide a filtered digital output signal Y(n), comprising a sequence of digitized samples, at an output node.
APPARATO A SUPER-RISOLUZIONE SPAZIALE PER L’ANALISI IN FLUORESCENZA DEL FONDO DELL’OCCHIO La presente invenzione concerne la microscopia in fluorescenza per l’analisi del fondo dell’occhio a fini diagnostici, e riguarda un apparato di microscopia basato sull’uso di un fascio Bessel.
The present invention concerns fluorescence microscopy for eye fundus analysis for diagnostic purposes, and refers to a microscopy apparatus based on the use of a Bessel beam.
Tale apparato di microscopia in fluorescenza consente di eccitare il fondo dell’occhio e di rilevare in super-risoluzione spaziale i segnali di fluorescenza sul fondo dell’occhio, di non limitare l’apertura numerica del fascio di scansione e di ridurre grandemente il rumore presente nelle immagini acquisite, in particolare il livello del rumore di fondo dovuto all’auto-fluorescenza propria dei tessuti intra-oculari rispetto al segnale associato a marcatori utilizzabili per l’identificazione di proteine, o altre specifiche molecole da ricercare nella retina dell’occhio, aumentando di conseguenza la risoluzione delle immagini acquisite in modo semplice, efficiente, affidabile, ed economico.
This fluorescence microscopy apparatus allows to excite the eye fundus and to detect with spatial super-resolution the fluorescence signals at the eye fundus, not to limit the numerical aperture of the scanning beam and to greatly reduce the noise in the acquired images, in particular the level of background noise due to the autofluorescence of the intraocular tissues with respect to the signal associated with markers usable for identifying proteins, or other specific molecules to be found in the retina of the eye, consequently increasing the resolution of acquired images in a simple, efficient, reliable, and inexpensive way.
Negli ultimi decenni la microscopia a fluorescenza, chiamata anche microscopia a campo scuro, è diventata uno strumento fondamentale per l’attività di ricerca in campo biologico.
In the last decades fluorescence microscopy, also called dark field microscopy, has become a fundamental tool for researching activities in the biological field.
L’uso di coloranti sintetici e, successivamente, delle proteine fluorescenti verdi o GFP (Green Fluorescent Protein) ha permesso di visualizzare con estrema risoluzione l’interno delle cellule sia per analisi morfologiche che funzionali, in quanto le GFP permettono la microscopia in fluorescenza anche in vivo.
The use of synthetic dyes and, subsequently, of green fluorescent proteins or GFP has allowed to visualise with high resolution the inside of the cells both for morphological and functional analyses, since the GFP allow also in vivo fluorescence microscopy.
Le tecniche confocali, principalmente microscopia confocale a scansione laser (CLSM: Confocal Laser Scanning Microscopy) e microscopia confocale a disco rotante (SDCM: Spinning Disk Confocal Microscopy), e le tecniche di superrisoluzione, quali la microscopia a luce strutturata e le tecniche basate sulla ridotta popolazione di cellule fluorescenti, come ad esempio la microscopia di localizzazione fotoattivata (PALM: Photo-Activated Localization Microscopy) e la microscopia a ricostruzione ottica stocastica (STORM: Stochastic Optical Reconstruction Microscopy), hanno permesso un ulteriore passo avanti, dando la possibilità di migliorare la risoluzione laterale “x-y” (nel piano ortogonale all’asse ottico, per cui si assume che gli assi x e y giacciono nel piano del campione) e la risoluzione assiale “z” (lungo l’asse ottico che è ortogonale al piano del campione), e quindi hanno offerto la possibilità di effettuare delle ricostruzioni 3D della cellula con un elevatissimo dettaglio (con risoluzioni che possono arrivare sino a decine di nanometri).
Confocal techniques, mainly confocal laser scanning microscopy (CLSM) and spinning disk confocal microscopy (SDCM), and super-resolution techniques, such as structured light microscopy and techniques based on reduced population of fluorescent cells, such as photo-activated localization microscopy (PALM) and stochastic optical reconstruction microscopy (STORM), have allowed a further step forward, giving the possibility of improving the lateral resolution “x-y” (in the plane orthogonal to the optical axis, whereby it is assumed that the x and y axes lie in the plane of the sample) and the axial resolution “z” (along the optical axis that is orthogonal to the plane of the sample), and thus they have offered the possibility of carrying out 3D reconstructions of the cell with a very high detail level (with resolutions which can reach tens of nanometers).
Tuttavia tali tecniche confocali e di super-risoluzione presentano alcuni inconvenienti.
However, such confocal and super-resolution techniques have some drawbacks.
Innanzitutto, lo spessore del campione è limitato (generalmente è difficile effettuare misure su campioni spessi più di 20 micrometri) a causa degli effetti di diffusione dovuti alla torbidità del campione ed al fondo di fluorescenza dovuto ai piani fuori fuoco.
First of all, the sample thickness is limited (it is generally difficult to carry out measurements on samples thicker than 20 micrometres) because of diffusion effects due to the turbidity of the sample and to fluorescence background due to the out-of-focus planes.
Inoltre, la capacità di risoluzione di entrambe le tecniche è limitata dal rapporto segnale/rumore o S/N, in cui al rumore totale contribuiscono sia il rumore proprio della strumentazione di acquisizione del segnale e del rumore dell’ambiente al contorno, sia il rumore del fondo di fluorescenza dovuto ai piani fuori fuoco ed alla torbidità del campione.
Also, the resolution capability of both techniques is limited by the signal-to-noise or S/N ratio, in which both the noise of the signal acquisition equipment and surrounding environment noise and the noise of fluorescence background due to out-of-focus planes and sample turbidity contribute to the total noise.
In particolare, questo rapporto limita l’utilizzazione di ordini elevati nelle polinomiali che costituiscono l’algoritmo di deconvoluzione utilizzato nei metodi di super-risoluzione in luce strutturata.
In particular, this ratio limits the use of high orders in the polynomials which form the deconvolution algorithm used in the structured light super-resolution methods.
Inoltre, poiché il segnale della fluorescenza dei piani fuori fuoco ha la stessa dipendenza del segnale di interesse dalla luce di eccitazione, l’aumento dell’intensità dell’eccitazione o del tempo di esposizione non può migliorare le prestazioni oltre il limite dovuto alla saturazione del sensore di acquisizione, e.g. un sensore a CCD o sCMOS (scientific CMOS).
Moreover, since the signal of the fluorescence of the out-of-focus planes has the same dependency of the signal of interest on the excitation light, the increase of the excitation intensity or exposure time cannot improve performance beyond the limit due to the saturation of the acquisition sensor, e.g. a CCD or sCMOS (scientific CMOS) sensor.
In questo contesto, viene ad inserirsi la soluzione proposta secondo la presente invenzione che consente di risolvere i succitati problemi delle soluzioni della tecnica anteriore.
In this context, the solution proposed according to the present invention is introduced allowing to solve the aforementioned problems of the prior art solutions.
Scopo della presente invenzione è, pertanto, quello di aumentare la capacità di penetrazione di un apparato di microscopia in fluorescenza per esaminare un campione spesso quale l’occhio, di aumentare la risoluzione spaziale e di migliorare il rapporto segnale-rumore in modo semplice, efficiente, affidabile, ed economico.
Therefore, it is an object of the present invention to increase the penetration capability of a fluorescence microscopy apparatus for examining a thick sample as the eye, to increase the spatial resolution and to improve the signal-to-noise ratio in a simple, efficient, reliable, and inexpensive way.
Secondo un altro aspetto dell’invenzione, detto apparato di microscopia in fluorescenza può includere almeno un primo filtro di pulizia a banda stretta configurato per eliminare un fondo di fluorescenza spurio dal fascio luminoso di eccitazione.
According to another aspect of the invention, said fluorescence microscopy apparatus may include at least one first narrowband cleaning filter configured to eliminate a spurious fluorescence background from the excitation light beam.
Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, detto obiettivo può essere una lente adattiva singola o doppia, opzionalmente una lente adattiva a contatto.
According to a further aspect of the invention, said objective may be a single or double adaptive lens, optionally an adaptive contact lens whereby the distanced of the sample eye from the objective is zero.
Secondo un aspetto aggiuntivo dell’invenzione, detto apparato di microscopia in fluorescenza può comprendere un gruppo ottico per formazione di immagini configurato per focalizzare detto fascio di fluorescenza sul dispositivo rivelatore.
According to an additional aspect of the invention, said fluorescence microscopy apparatus may comprise an imaging optical unit configured to focus said fluorescence beam on the sensor device.
Secondo un altro aspetto dell’invenzione, detto dispositivo rivelatore può includere una pluralità di singoli elementi di rilevazione selezionati nel gruppo comprendente fotomoltiplicatori, diodi avalanche, CCD, o SCMOS.
According to another aspect of the invention, said sensor device may include a plurality of sensing elements selected from the group comprising photomultipliers, avalanche diodes, CCDs, or SCMOSs.
Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, detto apparato di microscopia in fluorescenza può includere una pluralità di microlenti posizionata a monte del dispositivo rivelatore ognuna delle quali è biunivocamente accoppiata ad un singolo elemento della pluralità di elementi di rilevazione del dispositivo rivelatore.
According to a further aspect of the invention, said fluorescence microscopy apparatus may include a plurality of microlenses placed upstream of the sensor device each one of which is biunivocally coupled to a respective element of the plurality of sensing elements of the sensor device.
Secondo un aspetto aggiuntivo dell’invenzione, detto apparato di microscopia in fluorescenza può includere una seconda sorgente luminosa generante un fascio luminoso di eccitazione addizionale configurato per eccitare una porzione addizionale dell’occhio campione, che internamente include detta porzione dell’occhio campione scansionata con il fascio luminoso di eccitazione generato dal gruppo ottico di generazione, detto fascio luminoso di eccitazione addizionale potendo essere configurato per saturare un’auto-fluorescenza di tessuti intraoculari dell’occhio campione.
According to an additional aspect of the invention, said fluorescence microscopy apparatus may include a second light source generating an additional excitation light beam configured to excite at least one additional portion of the sample eye, that internally includes said at least one portion of the sample eye scanned by the excitation light beam generated by the generation optical unit, said additional excitation light beam being configured to saturate an autofluorescence of intraocular tissues of the sample eye According to another aspect of the invention, said generation optical unit may include a static optical phase filter placed on the Fourier plane of the optical launch unit, optionally a bidimensional grating made of multiple dielectric layers, more optionally an axicon lens, still more optionally an axicon lens provided with a phase mask.