《科学》重磅！从“手指粗”到“头发丝细”，极细光纤让人告别痛苦胃镜

对于很多胃病患者而言，胃镜是一项让人倍感痛苦的检查。胃镜是一条约“手指”粗的管子，经口伸入受检者的食道、胃、十二指肠，通过光纤成像把检查情况反映到荧光屏上供医师分析。

一种新的成像技术可使人类头发丝宽的光纤进行3D成像，从而改变医学检查和环境监测中广泛应用的成像。

该系统是由格拉斯哥大学光学组领导的一个国际科学家团队开发的。在近日发表在《科学》杂志上的一篇新论文中，该团队描述了他们如何利用一种被称为飞行时间三维成像的过程，从一根多模光纤中创建视频图像。

通常情况下，当光照过一根光纤时，模式之间的串扰会扰乱光线，使图像无法辨认。为了解决这个问题，该团队使用先进的光束整形技术，将输入到光纤的激光进行模式化，在输出端形成一个单点。然后这一光点会扫描整个场景，系统测量背向散射光进入另一根光纤的强度，从而给出图像中每个像素的亮度。

通过使用脉冲激光，他们还测量光的飞行时间，从而测量图像中每个像素的范围。这些三维图像可以在距离光纤末端几十毫米到几米的地方记录下来，具有毫米级的距离分辨率和足够高的帧率。

原型系统通过一根40厘米长的光纤以5赫兹的速度传送图像，每帧包含大约4000个独立可分辨的特征，深度分辨率为5毫米。

目前，多模光纤在校准后必须保持在一个固定的位置。未来的研究将着眼于减少校准时间和管理弯曲光纤的动态性质。该团队的目标是与工业界合作，在未来10年内将这项改变世界的研究发展为功能性技术。

该研究论文题为"Time-of-flight 3D imaging through multimode optical fibers"，已发表在《科学》期刊上。

前瞻经济学人APP资讯组

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