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光子反弹技术有望成为无损生物成像的无价之宝

2012-08-17 10:10
龙凰
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  受光子放大和光子在室内被物体和墙壁反弹现象的启发,美国麻省理工学院、哈佛大学、威斯康星大学和莱斯大学的科学家利用先进的光学系统追踪反弹的光子,从而能够“看到”隐藏在屋内拐角处无法直接看到的物体。该技术在未来有望成为减灾和无损生物医学成像的无价之宝。

  麻省理工大学研究生奥特克莱斯特·古普塔表示,当光子从墙上反弹并射在室内拐角处暗藏物体上被反射回来时,利用光子环绕和反弹的时间数据,他们能够获取有关物体几何形状的信息。

  先进光学系统主要由超快激光器和两维超快扫描照相机组成,它们的工作频率可达每秒万亿次。科学家用它们能在1秒钟内拍摄数10亿张图像,通过分析反弹光子的运动状况“看到”室内拐角处的物体。

  超快扫描照相机与其他照相机不同,它是根据光子进入照相机的时间来成像。古普塔说,这样的成像方式为人们提供了了解光子需要多长时间被反弹回来的良好途径。如果在拐角处存在某种物体的话,光子返回得越快则进入超快扫描照相机的时间就越早。他们用超快扫描照相机捕捉和计算光子数,每张图像上有3个或更少的光子。通过快速大量的成像来生产扫描图像,帮助他们决定光子传输的距离(以厘米计算)。当数据收集完成后,他们便能了解拐角处暗藏物体的基本几何形状和3维成像。

  新的成像技术具有众多潜在的应用,其中包括在救灾方面的应用。古普塔认为,如果有房屋倒塌,新仪器技术能够帮助救灾人员知道废墟内是否有人存在。事实上,新技术几乎适用于各种各样的灾害现场,特别是需要了解内部具体情况以及角落处是否有人的火灾,火灾的危险程度以及有害环境,由此人们不会冒险派人进入燃烧的房屋内,新技术可以极大地减少救灾人员可能面对的威胁。

  此外,新技术十分有望被用作无损或非侵害生物医学成像,帮助医生掌握病人皮下组织的情况。这是科学家目前要着手研究的课题。古普塔表示,根据典型的时间表,研发展示到产品推出,新技术商业化需要5年至10年的时间。

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