Source: Peter the Great St Petersburg Polytechnic University – Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого –
Учёные Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали новый подход к трехмерной визуализации внутренней структуры объектов, которая не нарушает их целостность и не влияет на их свойства. Специалисты улучшили свойства оптической когерентной томографии и создали установку, позволяющую визуализировать неоднородности в объекте размером менее 3 микрон — в сотни раз тоньше человеческого волоса. Технология необходима, прежде всего, в медицине, а также в промышленности. Новый способ в пять раз эффективнее традиционных способов получения изображений. Работа выполнена при поддержке программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Во многих областях науки и техники, например, в биологии, медицине, производстве полупроводников или оптических компонентов, учёным необходимо заглянуть вглубь объекта, не нарушая его целостность. Ярче всего эта необходимость видна на примере рентген-снимка для постановки диагноза в медицине: врач «просвечивает» человека и получает информацию о состоянии внутренних органов. Но при этом рентгеновское излучение негативно влияет на живые организмы, а в промышленности может попросту испортить просвечиваемый объект. Кроме того, рентгеновскую установку тяжело интегрировать непосредственно в производственную линию. Другой подход к получению изображения изнутри объекта заключается в применении ультразвуковых методов исследования. Их главный минус в том, что из-за относительно большой длины волны ультразвука невозможно однозначно визуализировать неоднородности размером порядка десятков микрон и менее, что сейчас является крайне востребованной задачей.
В настоящее время только оптические методы позволяют исследовать внутреннюю структуру объектов и визуализировать неоднородности размером в единицы микрон. При этом оптическая микроскопия позволяет изучать только поверхность объектов, а оптическая когерентная томография позволяет пучку света проникать внутрь объекта и, изучив его отражение, построить объёмную модель.
Учёные Политеха предложили комплексное улучшение существующих методов оптической когерентной томографии — за счёт оптимизации самой установки, а также благодаря улучшению методов обработки сигналов. Специалисты создали прототип установки, которая позволяет анализировать внутреннюю структуру объектов без вреда для них. По словам инженеров, новый подход помогает визуализировать в 3-5 раза меньшие неоднородности, чем традиционные методы.
Нам удалось существенно улучшить качество полученного изображения за счет использования нескольких источников инфракрасного излучения, а также специально разработанного алгоритма обработки сигналов. Такая комбинация способна визуализировать неоднородности в объектах размером менее 3 микрон. При этом наш метод подходит не только для медицинской диагностики совершенно нового уровня, но и для промышленности. Так, например, широко используемый для изготовления полупроводниковых приборов и фотонных интегральных схем кремний непрозрачен для традиционных методов оптической визуализации. Наш же метод позволит проверять и отбраковывать детали оптических и оптоэлектронных систем ещё на ранней стадии производства, что снизит затраты. В биологии новый подход позволит вести мониторинг роста клеток в живых организмах в режиме реального времени или визуализировать доставку и действие лекарственных препаратов внутри тканей
, — отметил доктор физико-математических наук, профессор Высшей школы прикладной физики и космических технологий СПбПУ Николай Ушаков.
Как отмечают специалисты, главное отличие новой системы оптической когерентной томографии от существующих заключается в том, что для неё были разработаны и использованы усовершенствованные методы обработки экспериментальных сигналов, формируемых светом, отражённым внутри исследуемого объекта. Также политехники разработали и теоретически опробовали подходы для дальнейшего улучшения точности визуализации до величин в сотни нанометров, что в тысячи раз меньше толщины человеческого волоса.
Работа выполнена при поддержке программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Обратите внимание; Эта информация является необработанным контентом непосредственно из источника информации. Это точно соответствует тому, что утверждает источник, и не отражает позицию MIL-OSI или ее клиентов.