利用少量的光實(shí)現(xiàn)散射組織的探測
光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,比如用于檢測人體組織內(nèi)部,往往受到組織高度散射特性的限制。直覺上,假設(shè)的下限是每一個(gè)像素上一個(gè)光子。荷蘭屯特大學(xué)和位于美國的加州理工學(xué)院的科學(xué)家們證明,這種下限值在實(shí)際上要低得多,因此可以利用較少的光可能實(shí)現(xiàn)更深入的組織的探測。
你如何通過散射組織發(fā)送光,而且需要多少光?你可能會(huì)說,相機(jī)每像素一個(gè)光子將是下限。但值得注意的是,實(shí)際上還可以實(shí)現(xiàn)低得多的下限,屯特大學(xué)和加州理工學(xué)院的研究人員在《物理評(píng)論快報(bào)》雜志上展示了他們的研究成果。 雖然光在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用上是很有前途的,例如測量血液循環(huán)或跟蹤腫瘤,但深度的組織由于其重度散射而受到限制。你究竟需要多少光線?荷蘭屯特大學(xué)和加州理工學(xué)院的研究人員的最新成果表明,每像素一個(gè)光子的直觀下限實(shí)際上不是下限。由于光的波的特性,即使每像素的光子數(shù)是一千分之一那是足夠的。不管怎么說,這都是好消息,因?yàn)槟闶遣荒芎唵蔚厥褂么罅康墓庠诮M織上:太多的話可能會(huì)損壞組織。 回溯源頭 少量的光通過組織找到它的路徑,走過了一條復(fù)雜的道路。它分散了很多次,但最終找到出路。如果你沿著這條路走回去,你知道需要什么波形來實(shí)現(xiàn)通過組織并把光發(fā)送成功。雖然你不知道確切的路徑,在這種情況下,你知道有一個(gè)路徑:你計(jì)算結(jié)果回到源頭。通過這種方式,也可以將光線集中在組織內(nèi),使其能夠通過組織或進(jìn)行更深的腦內(nèi)觀察。 違反直覺的現(xiàn)象 想象不超過1000個(gè)光子通過組織,而相機(jī)芯片有20萬像素。第一個(gè)想法是,只有1000像素接收光,顯示偶爾顯現(xiàn)的'斑點(diǎn)'在這里或那里。然而,這不是正確的假設(shè)。不同的像素可以同時(shí)接收一個(gè)單光子的信息。因?yàn)楣庖彩且粋(gè)波,一個(gè)光子可以行進(jìn)不同的路徑。光照在相機(jī)像素上的相位,始終是實(shí)際信號(hào)和參考源的組合。 即使有存在像素和光子的“不平等比率”,完整的圖像也是可用的,可以計(jì)算回源。雖然圖像有較少的對(duì)比度,但仍然有可能重建它。你不期望看到光子是作為單獨(dú)的粒子存在的。這是違反直覺的,結(jié)果證明你只需要較少的光就可以深入組織的探測。對(duì)于新型成像技術(shù)來說,這是一個(gè)好消息,例如實(shí)現(xiàn)使用光和超聲相組合的混合技術(shù)等。 文章鏈接:https://phys.org/news/2017-03-tissue.html |