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利用可見光實現(xiàn)材料的成像  在X射線下像骨頭這樣的致密結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)得很清楚，但是像器官和腫瘤這樣柔軟的組織就很難識別出來。這是因為X射線被骨頭強烈地偏轉(zhuǎn)，而經(jīng)過軟的組織時會直接穿過。 另一方面，可見光會被軟組織偏轉(zhuǎn)。但直到最近才實現(xiàn)了利用透射的可見光透過皮膚并獲得探測圖像，可見光在透射的同時也會在各個方向上發(fā)生散射。同時，可見光比高能的X射線更適合于診斷成像。 “光透射進來，它會擊中其中的分子，然后再依次幾種另一個，然后再透射出去，” Moussa N'Gom是密歇根大學(xué)電氣工程和計算機學(xué)院的助理研究員，并是發(fā)表在《科學(xué)報告》雜志上的這篇論文的第一作者，論文闡述了了預(yù)測單個光線路徑研究的挑戰(zhàn)性。 通過了解一塊皮膚對散射光的具體原理，研究人員希望仔細選擇光束的模式，使它們可以集中在身體中，這才是利用可見光實現(xiàn)成像的第一步。 在他們的實驗中，研究人員用酸奶和碎玻璃實現(xiàn)了“MICHIGAN”字樣的成像。他們選擇了這些材料，因為它們會強烈地散射光線，是模擬皮膚的較好的模型。他們的示范，讓人想起利用手電筒寫名字，表明他們可以進行一個單一快速的材料掃描，并重點聚焦在一些點上，正如他們需要做的，進行人體組織內(nèi)的成像。  上圖所示，由157個點拼出的MICHIGAN字樣。每一個焦點的圖像都被分層，以產(chǎn)生視頻效果 透過目標材料的成像領(lǐng)域，從蛋殼直到老鼠頭骨層，在過去的十年中，這種技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進步。典型的“全息”的方法解開散射模式中光波的相互干擾情況，這就使得信息在利用不同的射線會產(chǎn)生不同的延遲情況。 他們建立了空間光調(diào)制器，以數(shù)百種不同的模式發(fā)光（共461種）。但不是對每一個從另一側(cè)透射出的光路徑進行分析， N'Gom的研究小組僅僅測量了光的亮度。 他們開發(fā)了一種算法來實現(xiàn)通過傳入的光的圖案和傳出的亮度測量，使用這種信息來建立一個數(shù)學(xué)表示，實現(xiàn)材料的散射圖案，這種數(shù)學(xué)表述稱為傳輸矩陣。 “而以前的技術(shù)，相反，用復(fù)雜的所謂全息設(shè)置提取必要的信息，”Raj Rao Nadakuditi說，他是電氣工程和計算機學(xué)院的資深作者和副教授。“通過簡單的亮度測量，我們能夠達到同樣的效果，因此運行速度更快�！�  利用傳輸矩陣，N'Gom研究團隊可能會弄清楚如何設(shè)置空間光調(diào)制器，實現(xiàn)碎玻璃或酸奶的另一邊的任何一點都有亮點。 對于酸奶環(huán)境下，成像效果好的圖像有一個時間限制，幾分鐘的時間，這對于N'Gom和他的同事來說拼寫“密歇根”的157個點是足夠的。 在皮膚環(huán)境下，時間約束更加緊密，他們需要在每毫秒刷新一個新的圖像。即便如此，與現(xiàn)有的最先進的電子產(chǎn)品相比，N'Gom認為他們的算法能跑得更快。 實現(xiàn)皮膚透視成像的另一個挑戰(zhàn)是，他們將無法在它下面放置一個檢測器來測量光的亮度。為此，N'Gom說，研究人員利用超聲波實現(xiàn)靶向組織的熱能檢測，從而探測到有多少光穿過。 最后，隨著光線集中在組織里，成像裝置需要聚焦從皮膚中反射回的光。對于這一點，他們基本上可以通過傳輸矩陣運行光的模式來推斷反射來自何處。 |
