X激光3D全息成像让医学影像诊断更精准
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尉鹏飞(左二)被国际超快光学学会授予“青年研究者奖”。 |
不久的将来,通过X激光技术,X光片可立体地展示病人的内部构造,让医学影像诊断更精准!
记者近日随浙江省自然科学基金委来到绍兴文理学院,该学院副教授尉鹏飞向记者介绍了一项最新的基础研究成果。
在浙江省自然科学基金的资助下,尉鹏飞所在的项目组利用三束位相锁定的光场有效合成完美波形,在国际上首次实现强场单个原子高次谐波的相干控制和选择性增强。尉鹏飞向记者展示了这么一个场景,这些“身体器官”通过X激光源,能以3D漂浮形式直接投影在医生面前,有助于医生对病变位置进行精准定位。
目前医院X光扫描是2D成像,病人拿到X光片后,由于人体组织结构相互重叠的缘故,医生很难分辨细致的影像解剖结构,这既会造成影像伪影,也增加看片难度。这是由于当前医院的X光片拍摄所用的X光源是普通光源,即X射线是不相干的。
虽然科学家们在数十年前已经实现了相干的X射线光源,但前期获得的这些X激光的辐射剂量太少、光束不集中、相干性不高且稳定性差,因此很难普及应用到医院的X光片3D成像,而解决该问题的难点,就是在增强X激光的辐射剂量的同时提高X激光的光束质量。
2013年,在经过几百万发的试验后,尉鹏飞所在课题组利用独特设计的多色场操控技术,使射入光源从一束改成三束,单维控制变为多维控制,精确地操控了三束光源波长和波长之间的相位关系,首次实现了原子高次谐波的相干控制和选择性增强的真正突破,对比度提高至16∶1,同时输出强度增强了成百上千倍。
尉鹏飞说,这种强场单个高次谐波发射的相干控制与选择性增强具有非常重要的研究意义和应用价值,如高精度微纳结构探测、高精度全息成像等,还可作为自由电子激光器的注入源,应用极其广泛。
对实验过程中每一个数据进行获取、分析、评估,精益求精,成绩背后凝聚着尉鹏飞大量的心血。由于实验经常需要高真空环境,每个组装好的仪器装置首先需要进行气密性检查。有一次,由于气压计失灵导致装置内灌入了几十倍的大气压,观察窗在如此高危压强下突然撑开爆射而出,玻璃块从尉鹏飞的头前10厘米处呼啸而过,插入对面的钢板墙体5厘米深。
“如果没有那10厘米的差距,我的头肯定被击穿了。”如今回忆起来,尉鹏飞还是有一些后怕,但他庆幸付出终于得到了回报。
尉鹏飞长期致力于强场高次谐波发射的相干控制及其相关激光技术的拓展,他在国家自然科学基金和省自然科学基金的资助下,与中科院上海光学精密机械研究所开展合作,取得了许多原创性成果,已发表SCI收录论文10多篇,授权国家发明专利近10项,参与4册本领域国际顶级学术专著的撰写,标志性成果入选“2013中国光学重要成果”,本人被国际超快光学学会授予“青年研究者奖”,获得了国内外同行的高度评价和国内光学领域的最高嘉奖。
本报记者 陈路漫 通讯员 陈登 闻正顺