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太赫兹层析成像技术

日期:2024-03-29 17:26
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摘要: 太赫兹层析成像技术 太赫兹层析成像技术类似于基于X射线的层析成像。通过利用太赫兹波的特性,例如对电介质的穿透性,并使用层析重构算法,可以实现对物体内部结构的二维和三维成像。利用强度和延迟时间不相同的太赫兹波发射脉冲,使用层析成像可以使得物体的内部结构直观的显现出来。 在2002年,张希成等人率先将CT技术引入到太赫兹成像的研究中,并**次报道了太赫兹层析成像的装置和实验结果。与X射线相比,太赫兹波CT技术不但可以获得物体的断层成像,还可以结合太赫兹光谱技术获得成像物体的光谱信息,从而分析了...

太赫兹层析成像技术

太赫兹层析成像技术类似于基于X射线的层析成像。通过利用太赫兹波的特性,例如对电介质的穿透性,并使用层析重构算法,可以实现对物体内部结构的二维和三维成像。利用强度和延迟时间不相同的太赫兹波发射脉冲,使用层析成像可以使得物体的内部结构直观的显现出来。

在2002年,张希成等人率先将CT技术引入到太赫兹成像的研究中,并**次报道了太赫兹层析成像的装置和实验结果。与X射线相比,太赫兹波CT技术不但可以获得物体的断层成像,还可以结合太赫兹光谱技术获得成像物体的光谱信息,从而分析了物体的组成成分。此外,在获得物体吸收率的分布的同时还可以获得物体的折射率的分布。

图1 太赫兹CT成像系统示意图
图1是该团队搭建的基于太赫兹透射式成像技术的CT成像系统。泵浦光束触发偏置的宽孔径天线产生太赫兹脉冲波,经过离轴抛物镜聚焦在被测物体上,通过一个4mm厚的ZnTe光电探测器记录并获得由被测物体所透射的太赫兹波形。被测物体放置在一个旋转台上,可实现x-y面上的平移或旋转,使太赫兹波以不同位置和不同角度穿透被测物体,通过采用滤波反投影算法对透过被测物体的太赫兹波进行分析,以重构样品的三维结构图。图2展示了该团队利用该成像系统重构的骨头图像。

图2 骨头三维重构图
但是,这种技术仍然需要耗费大量的时间,比如测量100×100像素大小的图像就需要超过1个小时。此外,从图2中可以明显看出,样品的外轮廓较为清晰,内部结构却不能较好地呈现,这可能是由于太赫兹波较X射线长,不能简单近似的为直线传播,样本散射、折射、衍射较明显。

太赫兹CT的应用主要受以下三个因素限制:成像速度慢、成像装置较复杂且成本高和成像物体折射率一般需低于1.5。迄今国内外科研团队已在太赫兹CT成像机理和重构方法两方面进行了提高成像速度的研究。*快成像时间可达6s,但成像区域仅为平方厘米量级。成像装置复杂且成本高的主要原因是太赫兹辐射源的选择。目前主要采用飞秒激光器触发光电导开关、量子级联激光器和耿式二极管。利用飞秒激光器实现脉冲太赫兹层析成像可以获得振幅、峰值时间和材料的光谱特性等投影信息,不仅获得物体的吸收系数,还可得到折射率及材料的三维分布。另外,可利用多峰值平均处理,降低由折射引起的太赫兹辐射偏折对层析成像的影响;可通过提高物体转速实现快速二维层析成像。但是总的说来,此类成像系统较为复杂,体积较大,成本高。量子级联激光器构成的成像系统体积较小,但一般需要制冷。耿氏二极管成像系统易于操作,成本较小,但由于输出波长较长,因此分辨率较低,一般在1.5mm左右。CO2泵浦连续太赫兹气体激光器较飞秒激光器辐射源功率高、易于操作、成本低,且分辨率较耿氏二极管高。

截至目前,只有利用飞秒激光器的太赫兹CT在成像物体折射率限制上找到了一种解决措施,但尚未从根本上解决。这是制约太赫兹CT应用推广的瓶颈,是今后研究的重中之重。另外,面阵成像系统和三维重构算法也将是研究的重点。http://www.cewenyi.com/cewenyi_Affiche_8571556.html