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二零二零年七月二十三日

中大工程学院及华威大学合作团队研究取得突破
太赫兹相机成像速度提升愈百倍



香港中文大学(中大)及英国华威大学的科研团队,近日在单像素太赫兹(T-ray)成像技术取得突破,团队研发的相机在成像质素不变情况下,成像速度较现有技术提升逾百倍,而且制作成本并无增加,将为无创式安检及医学筛查带来更安全和便宜的方案。研究结果已刊登于顶尖学术期刊《自然通讯》(Nature Communications)。

太赫兹辐射的潜力及问题

太赫兹(THz)辐射,又称T射线,在电磁频谱上位于红外线和无线网络之间。相相比其他波段的电磁辐射,T射线能够穿透大部分常见材料,例如塑胶、陶瓷及衣物等,这使其在无创式检查方面有巨大的应用潜力。T射线另一个特点是其光子能量较低,没有电离能力,意味不会对活细胞结构产生影响,可安全应用于安检、医学筛查等。此外,T射线对水份十分敏感,可用于检测生物样品的水含量变化。这意味T射线或可用作检测一些会改变生物组织水份的疾病,例如皮肤癌,而无需使用任何生物标记。

在过去25年,T射线已经在实验室环境证明其高效探测及应用潜力,不过基于成本、系统稳定性及便利度等因素,T射线仍未能广泛作商业应用。

单像素相机的优势

单像素相机的原理是透过发射器将T射线照到目标,其间不断改变调制图案以调制照射到目标的T射线,并利用单点探测器记录穿透目标或从目标反射的射线,通过电脑运算重建该物体的图像。

负责今次研究的中大电子工程学系及华威大学物理系Emma Pickwell Macpherson教授表示:「我们最新研发的单像素T射线相机,能以每秒6帧的速度录制32x32像素影片,速率较现有同类产品提升了一百倍。我们主要从三方面来实现该成像速度,包括计算最佳的调整射线方案、提升信噪比、通过压缩传感技术减少测量次数。」

团队未来会专注于优化单像素T射线相机的信噪比,以及开发用于精确医疗诊断的相机软件,期望有朝一日可应用于活体癌症诊断上。

相关论文已刊登于《自然通讯》: https://doi.org/10.1038/s41467-020-16370-x

更多相关研究请参阅: http://bme.ee.cuhk.edu.hk/thzgroup/index.phpgo.warwick.ac.uk/ultrafast

对物体R进行单像素透射成像的光学装置。
对物体R进行单像素透射成像的光学装置。

Emma Pickwell-Macpherson 教授。
Emma Pickwell-Macpherson 教授。

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