太赫茲成像技術(shù)在腫瘤診斷方面應(yīng)用

《太赫茲成像技術(shù)在腫瘤診斷方面應(yīng)用》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、太赫茲成像技術(shù)在腫瘤診斷方面應(yīng)用太赫茲波(teraliertzwave)通常是指頻率為0.1一10.0TH的電磁波。該波段介于微波和紅外線之間，因此低頻太赫茲波也稱作亞毫米波，而高頻部分則稱作遠(yuǎn)紅外線。太赫茲波具有微波和紅外線的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了二者功能的互補(bǔ)。首先，太赫茲波信號具有良好的時間分辨率，但同時與微波相比還具有很好的空間分辨率，很多生物大分子的振動和轉(zhuǎn)動能級都位于該波段，因此太赫茲波具有在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)。其次，太赫茲波具有定的穿透性，能穿透陶瓷和塑料等物質(zhì)，因此能夠探測定深度的生物組織信息。最為重要的是，太赫茲波的光子能量極小會像x射線樣產(chǎn)生電離效應(yīng)，小會

2、對生物組織和機(jī)體造成破壞。太赫茲波的這些特點(diǎn)使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸得到重視，并取得了定的進(jìn)展。在眾多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究中，腫瘤的診斷治療無疑是研究的重點(diǎn)之。2011年?CA：臨床醫(yī)師癌癥雜志》兩次更新了全球及美國癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：癌癥患者人數(shù)明顯上升，癌癥己成為發(fā)達(dá)國家的首位死亡原囚，發(fā)展中國家的第2位死亡原囚。癌癥的早期診斷及早期治療是提高腫瘤治愈率和降低腫瘤患者死亡率的關(guān)鍵所在。盡管影像學(xué)檢查是腫瘤早期診斷的重要手段之一，但病理學(xué)檢查H.以來是腫瘤診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，該方法在定程度上受病理醫(yī)生診斷經(jīng)驗(yàn)的影U向，并有定的創(chuàng)傷性，小能作為腫瘤篩查或者常規(guī)檢查項(xiàng)目。囚此，尋找

3、相對安全、便捷、特異度和敏感度均佳的腫瘤診斷方法，H.是腫瘤預(yù)防、診斷和治療領(lǐng)域的難本文總結(jié)了太赫茲成像技術(shù)在腫瘤檢測領(lǐng)域的諸多進(jìn)展，以期提供個新的視角和方向，對臨床腫瘤檢測方法進(jìn)行有益的探索。1太赫茲光譜成像的原理根據(jù)太赫茲源的不同，太赫茲系統(tǒng)分為連續(xù)波形和脈沖波形。連續(xù)波使用的是固定頻率，需要的太赫茲波能量相對較大，對太赫茲源和探測都有定的要求。脈沖波形系統(tǒng)頻碧范圍較寬，較容易實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用也較為廣泛，其中太赫茲時域光譜技術(shù)(tcralicrtztime-domainspectroscopy,Thz-TDS)是發(fā)展最早、應(yīng)用較為成熟的技術(shù)。連續(xù)型和脈沖型波的探測原理基本

4、相同，即己知波形的太赫茲波透過樣品或從樣品反射后包含了樣品復(fù)介電常數(shù)的空間分布，采集并處理透射或反射過來的太赫茲波的強(qiáng)度和相位信息，就能得到樣品的空間分布和組成特性，再進(jìn)一步進(jìn)步通過數(shù)字處理就叫得到圖像。根據(jù)樣品探測方式不同，太赫茲系統(tǒng)分為透射式和反射式兩1所示為透射式系統(tǒng)，反射式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與此類似，只是其探測的是從樣品反射的信號。兩種系統(tǒng)的工作原理相同，即山鎖模飛秒激光器發(fā)射的激光脈沖被分束器分成兩束：束為抽運(yùn)光，用來激發(fā)發(fā)射元件而產(chǎn)生太赫茲波；另束為探測光，用來探測太赫茲脈沖的電場振幅。延遲線(delayline)的作用在于保持兩束光的光程差相等，而斬波器(chopp

5、er)和鎖相放大器(lock-inamplifier)的作用是消除環(huán)境噪聲對信號進(jìn)行放大?？刂蒲b置控制整個系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)行，最終將采集的數(shù)據(jù)傳至計(jì)算機(jī)(computer)。實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)分為時域和頻域兩種形式，相應(yīng)地對應(yīng)時域成像和頻域成像。反射式檢測相對耗時少，操作方便，同時山于太赫茲光譜在ITHz以上，叫以實(shí)現(xiàn)更高分辨率的成像，囚此在醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用和快速檢測方而更具有潛力。太赫茲光譜成像技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)在其具有指紋識別的特點(diǎn)，主要應(yīng)用在毒品、危險(xiǎn)品及生物大分子等的檢測方而川。許多分子之間弱的相勻作用力、生物分子的骨架振動以及品體中品格的低頻振動吸收止好位于太赫茲波頻段范圍，

6、而Ik太赫茲波對探測物質(zhì)結(jié)構(gòu)存在的微小差異和變化非常敏感，即特異性較強(qiáng)。汪帆等困總結(jié)了太赫茲在生物大分子研究中的應(yīng)用，運(yùn)用該技術(shù)叫以研究蛋自質(zhì)、糖類和核酸等的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)特性。太赫茲波應(yīng)用于癌變成像的特異性應(yīng)體現(xiàn)在數(shù)據(jù)分析中，即分析小同癌變組織叫能具有小同的生物大分子結(jié)構(gòu)，這也是口前研究者止在努力探尋的方向。雖然現(xiàn)有技術(shù)的敏感度還小能達(dá)到顯微鏡水平(20—200微米)，但隨著該技術(shù)均理論和實(shí)驗(yàn)日漸成熟，相信其檢測的特異度和敏感度都會有所提高。太赫茲成像技術(shù)用于腫瘤檢測的醫(yī)學(xué)依據(jù)，方而也是基于腫瘤細(xì)胞新陳代謝田盛，核酸等大分子的含量較止常組織多。Li等fu7通過分子動力學(xué)

7、模開」證實(shí)了nNA雙鏈中存在著大量的活躍低頻聲子模式。囚此，太赫茲波對腫瘤組織中nNA的頻繁結(jié)構(gòu)變化非常敏感，這也是太赫茲波用于檢測腫瘤具有特異性的原囚之。另方而，細(xì)胞癌變的病囚在于細(xì)胞的異常增殖，該過程需要物質(zhì)基礎(chǔ)，囚此細(xì)胞中細(xì)胞器含量增加，山此帶來的細(xì)胞中水含量和水狀態(tài)的變化能被太赫茲波敏感地捕捉到。2太赫茲成像技術(shù)在腫瘤研究領(lǐng)域的應(yīng)用2.1皮膚基鹿細(xì)胞癌(basalcellcarcinomaBCC)BCC是皮膚癌最常見的類刑之，多見于頭皮和而部等部位。囚為BCC位置表淺，叫以避開太赫茲波傳播的景深限制，所以是太赫茲成像技術(shù)應(yīng)用較早的