当患者因中风症状进入急诊室时，每一秒都关乎生死。然而目前，区分血栓性与出血性中风——这种生死攸关的诊断——仍需依赖大型固定设备如CT扫描仪，而此类设备在全球许多地区难以及时获取。在救护车、乡村诊所及众多医院中，医生往往无法在黄金救治期内完成诊断。
多年来，科学家们构想了一种全新场景：仅需轻便如自行车头盔大小的微波成像设备，即可在无需辐射、无需屏蔽室的条件下实现脑部扫描。这一设想并非天方夜谭。微波成像技术现已存在，它能探测组织电学特性的变化——当中风、水肿或肿瘤破坏脑部正常结构时，这些特性就会发生改变。
真正的障碍始终在于速度。"硬件本身可以便携化，"纽约大学坦登工学院生物医学工程系研究教授史蒂芬·金表示，"但将原始微波数据转化为图像所需的计算过程过于缓慢。若患者正在经历出血性中风，我们不可能等待长达一小时。"
金教授与生物医学工程博士生拉腊·皮纳及系主任安德烈亚斯·希尔舍认为，这一障碍现已消除。在发表于《IEEE计算成像汇刊》的新研究中，团队描述了一种创新算法，其微波图像重建速度比现有最佳方法快10至30倍，这一飞跃有望将实时微波成像从理论带入临床实践。
该突破并非源于新设备或更快硬件，而是对成像数学原理的重构。金教授回忆在实验室通宵观测微波重建过程的场景："计算机运算吃力的声音仿佛在耳畔回响，如同推着巨石上山。我们知道必须找到更好的方法。"
传统算法的瓶颈在于其工作方式：反复"猜测"组织电学特性，验证该猜测是否符合实测微波信号，再不断调整猜测值。这个过程需数百次求解大型电磁方程，极其耗时。
团队的新方法开辟了不同路径。其算法不再要求每次迭代都获得精确中间解，而是允许早期使用快速但不完美的近似值，仅在必要时才提高精度。这个概念简单却效果显著的转变，大幅减少了繁重计算量。
为提升效率，团队还融入多项创新技巧：采用紧凑数学表达式缩小问题规模、优化计算更新流程，并建立能适应复杂头型的稳定建模方法。成果令人瞩目：过去需近1小时的重建过程，如今可在40秒内完成。使用曼尼托巴大学微波扫描仪对圆柱体目标的实际测试表明，该方法始终能在数秒内输出高质量图像。
对数十年合作研究光学与微波成像技术的金教授和希尔舍而言，这种速度提升标志着期待已久的转折点。"我们始终相信微波成像具备便携化与低成本的潜力，但缺乏快速重建能力，技术就无法进入真实临床场景，"希尔舍表示，"如今我们终于弥合了这一鸿沟。"
该技术前景远超中风检测。便携式微波设备未来或将成为资源匮乏地区乳腺X光检查的替代方案，在重症监护室实现无需重复CT扫描的脑水肿监测，甚至通过观测组织成分的细微变化来追踪肿瘤对治疗的反应。
团队现正致力于将算法扩展至全三维成像，这将使微波断层扫描更接近实际部署。但突破势头已然显现。"我们正将困在实验室多年的技术，赋予其临床价值所需的运算速度，"金教授说，"最令我们振奋的是：想象未来将有多少患者因此受益。"
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