《科學》重磅！從“手指粗”到“頭發絲細”，極細光纖讓人告別痛苦胃鏡

對于很多胃病患者而言，胃鏡是一項讓人倍感痛苦的檢查。胃鏡是一條約“手指”粗的管子，經口伸入受檢者的食道、胃、十二指腸，通過光纖成像把檢查情況反映到熒光屏上供醫師分析。

一種新的成像技術可使人類頭發絲寬的光纖進行3D成像，從而改變醫學檢查和環境監測中廣泛應用的成像。

該系統是由格拉斯哥大學光學組領導的一個國際科學家團隊開發的。在近日發表在《科學》雜志上的一篇新論文中，該團隊描述了他們如何利用一種被稱為飛行時間三維成像的過程，從一根多模光纖中創建視頻圖像。

通常情況下，當光照過一根光纖時，模式之間的串擾會擾亂光線，使圖像無法辨認。為了解決這個問題，該團隊使用先進的光束整形技術，將輸入到光纖的激光進行模式化，在輸出端形成一個單點。然后這一光點會掃描整個場景，系統測量背向散射光進入另一根光纖的強度，從而給出圖像中每個像素的亮度。

通過使用脈沖激光，他們還測量光的飛行時間，從而測量圖像中每個像素的范圍。這些三維圖像可以在距離光纖末端幾十毫米到幾米的地方記錄下來，具有毫米級的距離分辨率和足夠高的幀率。

原型系統通過一根40厘米長的光纖以5赫茲的速度傳送圖像，每幀包含大約4000個獨立可分辨的特征，深度分辨率為5毫米。

目前，多模光纖在校準后必須保持在一個固定的位置。未來的研究將著眼于減少校準時間和管理彎曲光纖的動態性質。該團隊的目標是與工業界合作，在未來10年內將這項改變世界的研究發展為功能性技術。

該研究論文題為"Time-of-flight 3D imaging through multimode optical fibers"，已發表在《科學》期刊上。

前瞻經濟學人APP資訊組

論文原文：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl3771

標簽： 光纖 成像