太赫茲層析成像技術

太赫茲層析成像技術類似于基于X射線的層析成像。通過利用太赫茲波的特性，例如對電介質(zhì)的穿透性，并使用層析重構算法，可以實現(xiàn)對物體內(nèi)部結構的二維和三維成像。利用強度和延遲時間不相同的太赫茲波發(fā)射脈沖，使用層析成像可以使得物體的內(nèi)部結構直觀的顯現(xiàn)出來。

在2002年，張希成等人率先將CT技術引入到太赫茲成像的研究中，并**次報道了太赫茲層析成像的裝置和實驗結果。與X射線相比，太赫茲波CT技術不但可以獲得物體的斷層成像，還可以結合太赫茲光譜技術獲得成像物體的光譜信息，從而分析了物體的組成成分。此外，在獲得物體吸收率的分布的同時還可以獲得物體的折射率的分布。

圖1 太赫茲CT成像系統(tǒng)示意圖
圖1是該團隊搭建的基于太赫茲透射式成像技術的CT成像系統(tǒng)。泵浦光束觸發(fā)偏置的寬孔徑天線產(chǎn)生太赫茲脈沖波，經(jīng)過離軸拋物鏡聚焦在被測物體上，通過一個4mm厚的ZnTe光電探測器記錄并獲得由被測物體所透射的太赫茲波形。被測物體放置在一個旋轉(zhuǎn)臺上，可實現(xiàn)x-y面上的平移或旋轉(zhuǎn)，使太赫茲波以不同位置和不同角度穿透被測物體，通過采用濾波反投影算法對透過被測物體的太赫茲波進行分析，以重構樣品的三維結構圖。圖2展示了該團隊利用該成像系統(tǒng)重構的骨頭圖像。

圖2 骨頭三維重構圖
但是，這種技術仍然需要耗費大量的時間，比如測量100×100像素大小的圖像就需要超過1個小時。此外，從圖2中可以明顯看出，樣品的外輪廓較為清晰，內(nèi)部結構卻不能較好地呈現(xiàn)，這可能是由于太赫茲波較X射線長，不能簡單近似的為直線傳播，樣本散射、折射、衍射較明顯。

太赫茲CT的應用主要受以下三個因素限制：成像速度慢、成像裝置較復雜且成本高和成像物體折射率一般需低于1.5。迄今國內(nèi)外科研團隊已在太赫茲CT成像機理和重構方法兩方面進行了提高成像速度的研究。*快成像時間可達6s，但成像區(qū)域僅為平方厘米量級。成像裝置復雜且成本高的主要原因是太赫茲輻射源的選擇。目前主要采用飛秒激光器觸發(fā)光電導開關、量子級聯(lián)激光器和耿式二極管。利用飛秒激光器實現(xiàn)脈沖太赫茲層析成像可以獲得振幅、峰值時間和材料的光譜特性等投影信息，不僅獲得物體的吸收系數(shù)，還可得到折射率及材料的三維分布。另外，可利用多峰值平均處理，降低由折射引起的太赫茲輻射偏折對層析成像的影響；可通過提高物體轉(zhuǎn)速實現(xiàn)快速二維層析成像。但是總的說來，此類成像系統(tǒng)較為復雜，體積較大，成本高。量子級聯(lián)激光器構成的成像系統(tǒng)體積較小，但一般需要制冷。耿氏二極管成像系統(tǒng)易于操作，成本較小，但由于輸出波長較長，因此分辨率較低，一般在1.5mm左右。CO2泵浦連續(xù)太赫茲氣體激光器較飛秒激光器輻射源功率高、易于操作、成本低，且分辨率較耿氏二極管高。

截至目前，只有利用飛秒激光器的太赫茲CT在成像物體折射率限制上找到了一種解決措施，但尚未從根本上解決。這是制約太赫茲CT應用推廣的瓶頸，是今后研究的重中之重。另外，面陣成像系統(tǒng)和三維重構算法也將是研究的重點。http://www.weishanli.cn/cewenyi_Affiche_8571556.html