在奧地利和法國的科學家開發出一種新的成像方法，該技術能夠揭示被不透明材料（如沙子、霧或人體組織）掩蓋的物體，這一突破有望在醫學診斷和感測技術領域開辟新的前沿。這項研究的成果於本周在《Nature Physics》上發表，研究團隊來自巴黎的Institut Langevin和維也納的TU Wien。
這種新方法利用了所謂的「指紋矩陣」，這是一種數學描述，能夠精確地描述每個物體散射波（如光波或超聲波）的獨特方式。傳統的成像方法，無論是照片、聲納還是超聲掃描，都是依賴將波發送至物體並分析反彈回來的部分。然而，當密集的介質遮蔽物體時，這一過程幾乎變得不可能。在這種情況下，波會在目標物體和周圍材料之間反覆散射，產生噪聲信號。研究的共同作者盧卡斯·拉赫鮑爾表示：「你所看到的只是散射的霧氣；這是成像技術的一個基本問題，從潛艇中的聲納到醫學成像都面臨這一挑戰。」
為了解決這個問題，研究團隊首先在清晰的環境中研究物體，記錄它們在理想條件下散射波的模式。這一模式或指紋被存儲在一個矩陣中。隨後，研究人員在複雜環境中向隱藏的物體發送超聲波，例如埋在沙子中的鋼球。雖然大多數波會混亂地散射，但仍有部分波與埋藏的物體互動，並攜帶其指紋的痕跡。通過將測量到的信號與存儲的指紋進行比較，團隊的算法可以精確確定物體的位置，即使物體無法直接被觀察到。維也納科技大學理論物理學院的教授斯特凡·羅特表示：「根據測量到的反射波與未改變的指紋矩陣之間的相關性，可以推斷物體最有可能的位置，即使該物體被埋藏。」
研究團隊使用這一系統對埋在沙子中的鋼球進行了測試，並將其擴展到醫學場景中。在一個應用中，他們成功識別了用於監測乳腺癌的病變標記，這些標記在傳統掃描中常常被散射信號掩蓋。此外，他們還利用該技術檢測肌肉纖維，這一能力有望推進心臟病和肌肉疾病的診斷。除了醫學，指紋矩陣還可應用於光學成像和其他基於波的檢測系統。物體的散射指紋可能會根據物理條件（如壓力或溫度）發生變化，這為遠程感測提供了潛力。羅特表示：「這在例如測量人腦時將特別令人興奮，因為波需要穿透高度散射的顱骨。」
研究團隊已與法國的CNRS創新部門以及維也納科技大學的專利和許可管理部門合作，就這項技術申請了專利。一家醫療科技公司已經對商業化這一方法表現出了興趣。羅特表示，這項技術具有「非常廣泛的應用潛力」，可能成為科學家面對不透明障礙時的強大工具。
