Los científicos están un paso más cerca de desarrollar una cámara rápida y rentable que utilice radiación de terahercios, potencialmente abriendo la oportunidad para que puedan ser utilizados en la seguridad no invasiva y el examen médico.
Un equipo de investigación dirigido por la profesora Emma Pickwell-Macpherson del Departamento de Física de la Universidad de Warwick y que involucra a Rayko Ivanov Stantchev y científicos del Departamento de Ingeniería Electrónica de la Universidad China de Hong Kong ha alcanzado un hito crucial hacia el desarrollo de un solo píxeltecnología de imágenes terahercios para su uso en aplicaciones biomédicas e industriales.
Su cámara de terahercios de un solo píxel alcanzó una adquisición 100 veces más rápida que el estado de la técnica anterior sin agregar costos significativos a todo el sistema o sacrificar la resolución temporal de sub-picosegundos necesaria para las aplicaciones más buscadas.
El avance ha sido publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Los potenciales y problemas de la radiación de Terahercios
La radiación de Terahercios THz, o rayos T, se ubican entre infrarrojos y WiFi en el espectro electromagnético. Los rayos T tienen diferentes propiedades que otras ondas electromagnéticas, sobre todo pueden ver a través de muchos materiales comunes como plásticos, cerámicasy la ropa, lo que los hace potencialmente útiles en inspecciones no invasivas.Otra cualidad es que los fotones de baja energía de los rayos T no son ionizantes, lo que los hace muy seguros en entornos biológicos, incluidos los controles médicos y de seguridad.agua y puede observar pequeños cambios en el estado de hidratación de la materia biológica. Esto significa que las enfermedades que perturban el contenido de agua de la materia biológica, como el cáncer de piel, pueden detectarse potencialmente mediante rayos T in vivo sin ningún marcador histológico.
La detección eficiente y la generación de rayos T ha sido posible en entornos de laboratorio durante los últimos 25 años. Sin embargo, la tecnología THz todavía no se usa ampliamente en entornos comerciales, ya que el costo, la robustez y / o la facilidad de uso aún están rezagadosadopción comercial en entornos industriales.
Para aplicaciones biomédicas, se han realizado muy pocos ensayos clínicos, sobre todo porque el equipo no es fácil de usar y las imágenes son demasiado lentas debido a la necesidad de medir múltiples frecuencias de terahercios para un diagnóstico preciso. Finalmente, el equipo y los costos de funcionamientodeben estar dentro de los presupuestos hospitalarios. Como resultado, muchas investigaciones sobre la tecnología de terahercios se centran actualmente en desarrollar el equipo para mejorar la velocidad de la imagen, sin reducir la precisión del diagnóstico o incurrir en grandes costos. Como resultado, tenemos que explorar técnicas alternativas de imagena los que se usan actualmente en los teléfonos inteligentes modernos.
Las ventajas de las cámaras de un solo píxel
La profesora Emma Pickwell-Macpherson, del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, dijo: "Utilizamos lo que se llama 'una cámara de un solo píxel' para obtener nuestras imágenes. En resumen, modulamos espacialmente el haz de THz y el brilloesta luz sobre un objeto. Luego, usando un detector de un solo elemento, registramos la luz que se transmite o refleja a través del objeto que queremos fotografiar. Seguimos haciendo esto para muchos patrones espaciales diferentes hasta que podamos reconstruir matemáticamente una imagende nuestro objeto "
Los investigadores tienen que seguir cambiando la forma del haz de THz muchas veces, lo que significa que este método suele ser más lento en comparación con los conjuntos de detectores de múltiples píxeles. Sin embargo, los conjuntos de múltiples píxeles para el régimen de terahercios generalmente carecen de una resolución temporal inferior a los picosegundos, requierentemperaturas criogénicas para operar o incurrir en grandes costos de equipo > US $ 350,000. La configuración desarrollada por el equipo de Warwick, que se basa en un detector de un solo elemento, tiene un precio razonable ~ US $ 20,000, robusto, tiene sub-picosegundo temporalresolución necesaria para un diagnóstico preciso y funciona a temperatura ambiente.
El profesor Pickwell-Macpherson agrega: "Nuestro último trabajo mejora la tasa de adquisición de cámaras de terahercios de un solo píxel en un factor de 100 del estado de la técnica anterior, adquiriendo un video de 32x32 a 6 cuadros por segundoHacemos esto determinando en primer lugar la geometría de modulación óptima, en segundo lugar modelando la respuesta temporal de nuestro sistema de imágenes para mejorar la señal a ruido, y en tercer lugar reduciendo el número total de mediciones con técnicas de detección comprimidas. De hecho, parte denuestro trabajo muestra que podemos alcanzar una tasa de adquisición cinco veces más rápida si tenemos suficiente relación señal / ruido "
Los investigadores han desarrollado previamente varios dispositivos THz, incluidos los moduladores THz que utilizan la geometría de reflexión interna total para lograr MD altos en un rango de frecuencia de banda ancha y un nuevo enfoque para la modulación de amplitud y fase que explota el ángulo de Brewster. También están trabajando paraMejorar la resolución de imágenes de THz de un solo píxel a través de enfoques de procesamiento de señales. El trabajo futuro se centrará en mejorar la señal a ruido y optimizar el software necesario para un diagnóstico médico preciso, con el objetivo final de utilizar imágenes de THz de un solo píxel para el cáncer in vivodiagnóstico.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Warwick . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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