ارائه کننده: نیما صالحی

استاد راهنما: دکتر سجودی

استاد ناظر داخلی: دکتر بدری

استاد ناظر خارج از دانشگاه: دکتر معرفیان پور (دانشگاه علوم تحقیقات)

تاریخ: ۱۴۰۵/۰۴/۰۹

ساعت: ۱۵

مکان: کلاس 08/6

چکیده:

تصویربرداری میکروسکوپی با قدرت تفکیک بالا نقش حیاتی در تشخیص‌های پزشکی و تحقیقات زیستی ایفا می‌کند. با این حال، میکروسکوپ‌های متعارف معمولاً پرحجم، گران‌قیمت و وابسته به تنظیم دستی فوکوس توسط اپراتور هستند که سبب کاهش سرعت، تکرارپذیری و افزایش خطای انسانی می‌شود. در این پژوهش، یک سامانه مینی میکروسکوپ دیجیتال خودکار، کم‌هزینه و قابل حمل، مبتنی رویکرد مهندسی کنترل و پردازش تصویر طراحی و ساخته شده است که قابلیت تنظیم خودکار فوکوس را با استفاده از یک الگوریتم بهینه‌سازی تطبیقی ترکیبی فراهم می‌کند. هسته کنترلی سیستم بر مبنای یک الگوریتم حلقه‌بسته بدون مدل عمل می‌کند که در آن سیگنال بازخورد، معیار وضوح تصویر (بر پایه میانگین اندازه گرادیان) است و عمل کنترلی، جابه‌جایی موقعیت محور Z استیج مکانیکی می‌باشد. به منظور افزایش کارایی و مقابله با ماهیت پرنویز و غیرخطی تابع وضوح، از یک راهبرد دو مرحله‌ای (تنظیم اولیه/تنظیم دقیق) بهره گرفته شده که ترکیبی از جستجوی تپه‌نوردی تطبیقی و برازش سهمی مرتبه دو با کمترین مربعات است. این رویکرد موجب کاهش تعداد نمونه‌برداری از تابع هدف و افزایش پایداری همگرایی می‌گردد. از دیدگاه سخت‌افزاری، یک استیج مکانیکی سه محوره با دقت حرکتی ۳۱۲٫۵ نانومتر طراحی و ساخته شده که در آن موتور پله‌ای، لیداسکرو و درایورهای میکرواستپینگ به‌کار رفته‌اند. بخش پردازش تصویر و الگوریتم بهینه‌سازی در یک رابط کاربری یکپارچه در محیط پایتون پیاده‌سازی شده و ارتباط بلادرنگ با برد کنترلی آردوینو برقرار می‌کند. نتایج آزمایش‌های عملی بر روی نمونه‌های زیستی واقعی (بافت تیروئید و رویان موش) نشان می‌دهد که سیستم توانسته است با همگرایی پایدار و بدون نوسان ماندگار، نقطه فوکوس بهینه را در شرایط مختلف نوری و بزرگ‌نمایی شناسایی و تثبیت نماید. این پروژه گامی در جهت دموکراتیک‌سازی دسترسی به میکروسکوپ‌های خودکار دقیق در محیط‌های پژوهشی و کلینیکی کوچک بوده و چارچوبی برای توسعه سامانه‌های کنترلی مبتنی بر پردازش تصویر در کاربردهای پزشکی فراهم می‌آورد.