回顧自己多年的科研路，江雪覺得正反饋起了很大的推動作用。一步一步摸索走向科研，就像是徒手推動靜止的輪子，一開始需要花費很大的力氣，而一旦輪子開始轉(zhuǎn)動，只要用比較小的力，就能讓它越轉(zhuǎn)越快。
音樂廳中回蕩的美妙樂聲、孕檢B超圖顯示的小生命、深海探測與通信……人類的生產(chǎn)生活中，處處存在利用聲波的案例。
超聲波承載的信息與能量是聲學(xué)在醫(yī)學(xué)的應(yīng)用中“一個最好的突破點”。由于B超影像分辨率較低，一些疾病的早期癥狀在影像中表現(xiàn)并不顯著。倘若從物理學(xué)角度，利用聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)等技術(shù)提高超聲成像精度，就能為盡早發(fā)現(xiàn)異常增添一份可能。
針對醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的需求，復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院副教授江雪用聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)對聲波進行精準(zhǔn)調(diào)控，實現(xiàn)了三維空間任意位置的精準(zhǔn)聚焦。她作為第一作者提出了三維亞波長分辨率超聲成像，實現(xiàn)了亞波長（0.58波長）分辨率，達到了納米量級。
作為聲學(xué)領(lǐng)域的研究者，江雪以聲為器，從物理學(xué)角度持續(xù)提出創(chuàng)新方案。
▲江雪在實驗室開展工作/圖源：江雪
讓一只螞蟻絆倒大象
聲波被廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，以超聲成像為例，因其安全無輻射、靈活度高、性價比高等特點，在常規(guī)體檢中被廣泛用于腹部臟器的檢查。然而，現(xiàn)有的絕大部分醫(yī)學(xué)器件都是以自然材料為基石設(shè)計的，受材料物理屬性的限制，超聲波在衍射成像過程中存在一個難以突破的衍射極限，影響了成像的精度，分辨率低成為無法忽略的硬傷。
成像清晰度在很多疾病的診斷中都起著關(guān)鍵作用。一些不太明顯的疾病表征，如瘤體直徑小于1厘米的微小肝癌，若僅采用B超檢查，很可能無法被檢測出來。B超漏診之后，普通體檢中的其他步驟很難將患者篩查出來，對小腫瘤更敏感的CT檢查便極易被略過。
因此，在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，追求更高的空間分辨率一直是醫(yī)學(xué)超聲的研究重點。在實現(xiàn)高分辨率成像方面，聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)是從物理聲學(xué)領(lǐng)域跨界而來的“破局者”，它能夠突破自然材料的限制，幫助獲取超聲波在傳播過程中衰減的信息。
“這種物理屬性的突破不是從原子或分子尺度上構(gòu)造材料。”江雪解釋，“而是通過結(jié)構(gòu)上的特殊設(shè)計，更精準(zhǔn)地控制聲波?！?
利用聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)，江雪及合作者實現(xiàn)了三維亞波長分辨率超聲成像。他們在傳統(tǒng)超聲超構(gòu)透鏡的基礎(chǔ)上人工構(gòu)造了一種超聲透鏡，使其具有寬頻、精準(zhǔn)、體積小、結(jié)構(gòu)簡單等特點，從而達到了三維空間任意位置的精準(zhǔn)聚焦。
在對聲波的控制與引導(dǎo)中，相比由自然材料構(gòu)成的聲學(xué)器件，聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)體積更小，性能更好，“就像一只螞蟻將大象絆倒”。在保證對聲波調(diào)控效果相同的前提下，利用聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)研發(fā)器件后，原本數(shù)十米的龐大自然材料器件就能夠被縮減到幾厘米甚至更小。體積上的縮小，極大提高了儀器在實際應(yīng)用場景中的靈活度。
“這項開創(chuàng)性的工作為超聲超材料在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用樹立了一個重要的里程碑?！蹦暇┐髮W(xué)聲學(xué)研究所教授程建春在同期評論文章中評價。
江雪以聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)為手段，攻克了醫(yī)學(xué)超聲和水下通信等國家重大領(lǐng)域與聲學(xué)的技術(shù)難點，在學(xué)科交叉領(lǐng)域持續(xù)探索。正是因為這些成果，江雪在31歲時入選2022“上?？萍记嗄?5人引領(lǐng)計劃”，在更廣闊的平臺上用創(chuàng)新素養(yǎng)繼續(xù)探索世界科技的前沿。
轉(zhuǎn)動科研的飛輪
回顧自己多年的科研路，江雪覺得正反饋起了很大的推動作用。一步一步摸索走向科研，就像是徒手推動靜止的輪子，一開始需要花費很大的力氣，而一旦輪子開始轉(zhuǎn)動，只要用比較小的力，就能讓它越轉(zhuǎn)越快。
起初，江雪只是覺得聲學(xué)很特別，“它既是一門科學(xué)，又可以非常人文、非常藝術(shù)，比如可以與音樂聲學(xué)、建筑設(shè)計等相關(guān)學(xué)科密切交織?！薄@是江雪在大二專業(yè)分流時對聲學(xué)的初印象。
作為一門與其他領(lǐng)域廣泛交叉的學(xué)科，物理聲學(xué)帶來了很多選擇與不確定。江雪坦言，與很多同學(xué)一樣，自己在本科階段的關(guān)鍵詞更多時候是迷茫，并不知道未來將去向何方。
大二下學(xué)期，江雪參加了南京大學(xué)為本科生開設(shè)的科創(chuàng)項目，第一次接觸到物理聲學(xué)領(lǐng)域的科研工作，并因此與科研結(jié)緣。在聲學(xué)實驗室里，她接受科學(xué)素養(yǎng)的培訓(xùn)，鍛煉了科研能力，“更重要的是擴充了視野，覺得更有信心了”。
更大的鼓舞發(fā)生在大四，江雪作為第一作者發(fā)表的論文被刊登在SCI（Scientific Citation Index）索引收錄的期刊。這篇SCI論文的發(fā)表不僅是江雪個人的第一次，也是當(dāng)時南京大學(xué)物理學(xué)專業(yè)兩三百名本科生中的第一次，于她而言，是“比較重要的一個激勵”。
在那篇文章中，江雪設(shè)計并實驗了世界上首個聲場旋轉(zhuǎn)器。這一特殊的聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)能將在其中的聲波波陣面旋轉(zhuǎn)一個特定的角度，被美國物理聯(lián)合會（AIP）專文評價為“可幫助提高醫(yī)學(xué)超聲成像質(zhì)量，提升超聲器件的對比度并提高受損組織的成像質(zhì)量”。
