作者彼得·索利，沃里克大学 学分:华威大学 科学家们离开发一种利用太赫兹辐射的快速且经济高效的相机又近了一步，这有可能为它们在非侵入性安全和医学筛查中的应用开辟机会
由华威大学物理系的艾玛·皮克威尔-麦克弗森教授领导的研究小组，以及香港中文大学的科学家们，在开发用于生物医学和工业应用的单像素太赫兹成像技术方面，已经达到了一个重要的里程碑
他们的单像素太赫兹相机的采集速度比以前的先进水平快100倍，而不会给整个系统增加任何重大成本，也不会牺牲最受欢迎的应用所需的亚皮秒时间分辨率
这一突破发表在《自然通讯》杂志上
太赫兹辐射的潜力和问题 太赫兹辐射，或称T射线，位于电磁波谱的红外线和无线网络之间
t射线具有不同于其他电磁波的特性，最显著的是，它们可以穿透许多常见的材料，如塑料、陶瓷和衣服，这使得它们在非侵入性检查中具有潜在的用途
另一个特点是T射线的低能光子是非电离的，这使得它们在生物环境中非常安全，包括安全和医疗筛选
它们对水也非常敏感，可以观察到生物物质水合状态的微小变化
这意味着，干扰生物物质含水量的疾病，如皮肤癌，可以在没有任何组织学标记的情况下使用体内T射线进行检测
在过去的25年里，在实验室环境中有效地检测和产生x光是可能的
然而，太赫兹技术仍然没有在商业环境中广泛使用，因为工业环境中商业应用的成本、鲁棒性和/或易用性仍然落后
对于生物医学应用，很少进行临床试验，最显著的原因是设备不便于用户使用，并且成像太慢，因为需要测量多个太赫兹频率(用于精确诊断)
最后，设备和运行成本需要在医院预算之内
因此，目前对太赫兹技术的大量研究集中在开发提高成像速度的设备上，而不会降低诊断精度或导致较大的成本
因此，我们必须探索现代智能手机目前使用的替代成像技术
单像素照相机的优点 沃里克大学物理系的艾玛·皮克威尔·麦克弗森教授说:“我们使用所谓的‘单像素照相机’来获取图像
简而言之，我们对太赫兹光束进行空间调制，并将这种光照射到物体上
然后，使用单元素探测器，我们记录通过我们想要成像的物体透射(或反射)的光
我们对许多不同的空间模式一直这样做，直到我们可以用数学方法重建我们物体的图像
" 研究人员不得不多次改变太赫兹光束的形状，这意味着这种方法通常比多像素探测器阵列慢
然而，用于太赫兹波段的多像素阵列通常缺乏亚皮秒的时间分辨率，需要低温来操作或者产生大的设备成本(> 350，000美元)
沃里克团队开发的装置基于单元素检测器，价格合理(约20，000美元)，坚固耐用，具有亚皮秒的时间分辨率(精确诊断所需)，并且在室温下工作
匹克韦尔-麦克弗森教授补充道:“我们的最新工作将单像素太赫兹相机的采集速率提高了100倍，以每秒6帧的速度采集了32×32的视频
为此，我们首先确定最佳调制几何形状，其次对成像系统的时间响应进行建模，以提高信噪比，最后通过压缩传感技术减少测量总数
事实上，我们的部分工作表明，如果我们有足够的信噪比，我们可以达到快五倍的采集速率
" 研究人员以前已经开发了几种太赫兹器件，包括太赫兹调制器，它利用全内反射几何结构在宽带频率范围内实现高千赫兹，以及利用布儒斯特角进行幅度和相位调制的新方法
他们还致力于通过信号处理方法提高单像素太赫兹成像的分辨率
未来的工作将侧重于提高信噪比和优化精确医学诊断所需的软件，最终目标是将单像素太赫兹成像用于体内癌症诊断
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