利用可见光实现材料的成像
密歇根大学的研究人员研究了一种技术，可以利用可见光实现人体内的图像成像技术。他们所使用的聚焦光束透过目标材料的方法比今天主流所使用的方法更快且更简单。 2 G|}ENC
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在X射线下像骨头这样的致密结构会表现得很清楚，但是像器官和肿瘤这样柔软的组织就很难识别出来。这是因为X射线被骨头强烈地偏转，而经过软的组织时会直接穿过。 8;~,jZ
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另一方面，可见光会被软组织偏转。但直到最近才实现了利用透射的可见光透过皮肤并获得探测图像，可见光在透射的同时也会在各个方向上发生散射。同时，可见光比高能的X射线更适合于诊断成像。 B_#M)d
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“光透射进来，它会击中其中的分子，然后再依次几种另一个，然后再透射出去，” Moussa N'Gom是密歇根大学电气工程和计算机学院的助理研究员，并是发表在《科学报告》杂志上的这篇论文的第一作者，论文阐述了了预测单个光线路径研究的挑战性。 >mQD/U
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通过了解一块皮肤对散射光的具体原理，研究人员希望仔细选择光束的模式，使它们可以集中在身体中，这才是利用可见光实现成像的第一步。 / !h<+
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在他们的实验中，研究人员用酸奶和碎玻璃实现了“MICHIGAN”字样的成像。他们选择了这些材料，因为它们会强烈地散射光线，是模拟皮肤的较好的模型。他们的示范，让人想起利用手电筒写名字，表明他们可以进行一个单一快速的材料扫描，并重点聚焦在一些点上，正如他们需要做的，进行人体组织内的成像。 860y9wzU
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上图所示，由157个点拼出的MICHIGAN字样。每一个焦点的图像都被分层，以产生视频效果 QBmARQ
透过目标材料的成像领域，从蛋壳直到老鼠头骨层，在过去的十年中，这种技术已经取得了很大的进步。典型的“全息”的方法解开散射模式中光波的相互干扰情况，这就使得信息在利用不同的射线会产生不同的延迟情况。 TH >uL;?=
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他们建立了空间光调制器，以数百种不同的模式发光（共461种）。但不是对每一个从另一侧透射出的光路径进行分析， N'Gom的研究小组仅仅测量了光的亮度。 Q_/UC#I 8
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他们开发了一种算法来实现通过传入的光的图案和传出的亮度测量，使用这种信息来建立一个数学表示，实现材料的散射图案，这种数学表述称为传输矩阵。 Hv"qRuQ?[
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“而以前的技术，相反，用复杂的所谓全息设置提取必要的信息，”Raj Rao Nadakuditi说，他是电气工程和计算机学院的资深作者和副教授。“通过简单的亮度测量，我们能够达到同样的效果，因此运行速度更快。” cooi cKS7
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利用传输矩阵，N'Gom研究团队可能会弄清楚如何设置空间光调制器，实现碎玻璃或酸奶的另一边的任何一点都有亮点。 <qoc)p=__
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对于酸奶环境下，成像效果好的图像有一个时间限制，几分钟的时间，这对于N'Gom和他的同事来说拼写“密歇根”的157个点是足够的。 {niV63$m
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在皮肤环境下，时间约束更加紧密，他们需要在每毫秒刷新一个新的图像。即便如此，与现有的最先进的电子产品相比，N'Gom认为他们的算法能跑得更快。 t`6~ ud >
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实现皮肤透视成像的另一个挑战是，他们将无法在它下面放置一个检测器来测量光的亮度。为此，N'Gom说，研究人员利用超声波实现靶向组织的热能检测，从而探测到有多少光穿过。 abV Ei[nP
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最后，随着光线集中在组织里，成像装置需要聚焦从皮肤中反射回的光。对于这一点，他们基本上可以通过传输矩阵运行光的模式来推断反射来自何处。 J{;\TNkJ
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考虑到通过半透明材料聚焦光进展和正在进行的研究，N'Gom预计，我们可以在未来五年内可以实现五年第一个可见光拍摄的皮下组织的图像。 gT fA]
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原文来源：https://phys.org/news/2017-06-materials-visible.html
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