感知“利”器｜一种基于超材料的太赫兹医学成像仪
2017-04-17 23:12:41   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

工欲善其事，必先利其器。在全球化的今天，专利已不仅仅是创新的一种保护手段，它已成为商业战场中的利器。麦姆斯咨询倾情打造MEMS、传感器以及物联网领域的专利运营平台，整合全产业链知识产权资源，积极推动知识产权保护与有效利用。

医学成像行业是一个巨大的市场，拥有350亿美元规模以及稳定的复合年增长率（5.5%）。据Yole在其最新的研究报告《固态医学成像-2017版》中报道，固态医学成像传感器市场已经达到3.5亿美元，预计2016~2022年期间的复合年增长率为8.3%，2022年将达到6亿美元。

医学成像技术/产品发展路线图

现有的医学成像手段主要包括CT扫描成像、磁共振成像和正电子发射断层扫描成像等，这些成像手段没有一种是绝对完美的，都有各自的优势和弊端。如CT扫描成像使用X射线，对人体伤害大；磁共振成像价格昂贵，且不适用于带有金属物品的病人；正电子发射断层扫描成像价格昂贵，且使用放射性物质，对人体伤害很大。

而太赫兹波光子能量很低，比X射线光子弱107-108倍，辐射到生物组织不会引起任何的组织电离，对人体完全无害；同时太赫兹波具有很强的穿透性，可以穿透衣服、纸张、陶瓷、塑料等材料；加之很多生物大分子在太赫兹频段有特定的“指纹”。因此我们可以利用太赫兹技术来实现生物结构和功能的成像，形成对现有医学成像手段的有效互补。

【推荐发明专利】

《一种基于超材料的太赫兹医学成像仪》

【技术背景】

现有的太赫兹成像手段主要有基于THz-TDS的成像和基于红外的成像。基于THz-TDS 成像的原理是通过THz-TDS获取成像样品的时域电场信号，再通过傅里叶变换得到电场的幅 值和相位信息，进而还原出样品的形貌。这是一种逐点扫描成像的方法，成像速度较慢，对 一个3cm x 3cm的样品成像，为实现100um x 100um的空间分辨率，大约需要30min。基于 红外成像的太赫兹成像方法则是利用红外探测器在远红外区的“尾巴”对太赫兹波有一定的 响应来实现的。但红外探测器对太赫兹波的吸收效率毕竟有限，因此响应很差。

“超材料（metamaterial）”指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。超材料的设计思想的基础，是通过在多种物理结构上的设计来突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能。

【发明内容】

鉴于上述技术背景，本发明提供了一种基于基于超材料的多频谱大阵列太赫兹探测器的医学成像仪及其制作方法，用于解决现有技术中医学成像手段不足的问题。

该太赫兹探测器的频谱响应范围为0.1-10THz。该超材料太赫兹谐振子阵列选用具有热电阻效应的金属材料，通过热电阻材料对温度的高灵敏度和高线性度及超材料天然的频率可调性，可以探测从成像样品上反射或透射的太赫兹波，据此来重构样品图像。

本发明成像系统简易示意图

本发明的技术优势包括：

1、太赫兹波是一种穿透性强、光子能量低的电磁波，可以穿透衣服、纸张、陶瓷、塑料等材料，辐射到生物体时对生物无害。

2、超材料是一种频率可调，电磁性质可控的人工复合结构，可以通过调节超材料的尺寸可以精密控制其谐振频率。

3、本发明提出的基于超材料的太赫兹医学彩色成像仪设计制作方法，可以根据所需匹配的频率点来设计太赫兹探测器，最终实现快速、清晰的彩色实时结构功能成像，可以极大程度地弥补现有医学成像手段的不足，极具现实意义。

【延伸阅读】

《固态医学成像-2017版》

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