使用指纹矩阵在复杂介质中检测和表征目标

《Nature Physics》：Detection and characterization of targets in complex media using fingerprint matrices

复杂介质中散射目标检测方法研究，提出基于指纹算子的目标状态似然指数计算方法，实现目标定位、形状及参数特征分析。实验验证了其在弹性球体散射悬浮液和泡沫中肿瘤标志物检测的应用，并扩展至介质自身纤维结构分析。方法适用于超声及多元素反射矩阵可测量的波型。

　　

摘要

当波在复杂介质中传播时，会经历多次散射现象。这种现象会对成像造成不利影响，因为会导致图像完全模糊。本文介绍了一种用于检测、定位和表征嵌入在复杂介质中的任何散射目标的方法。我们提出了一种“指纹算子”，该算子包含了目标与其周围环境之间的特定特征。将该算子应用于记录的反射矩阵后，可以得到目标状态的概率指数。这个状态可以是用于定位的目标位置、用于表征的目标形状，或是任何影响其响应的其他参数。我们通过在强散射颗粒悬浮液中埋藏的弹性球体上进行概念验证实验，以及在模拟软组织的泡沫中嵌入的乳腺肿瘤标记物上进行实验，来展示该方法的多功能性。此外，我们还展示了如何利用“指纹算子”来表征复杂介质本身，例如通过映射肌肉组织中的纤维结构。我们的方法不仅适用于超声波波段，还适用于其他类型的波，因为多元素技术能够测量这些波的反射矩阵。