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太赫兹成像技术在肿瘤诊断方面应用

太赫兹波(teraliertzwave)普通是指频率为0.1一10.

0TH电磁波。该波段介于微波和红外线之间，因而低频太赫兹

波也称作亚毫米波，而高频某些则称作远红外线。太赫兹波具

备微波和红外线长处，实现了两者功能互补。一方面，太赫兹

波信号具备良好时间辨别率，但同步与微波相比还具备较好空

间辨别率，诸多生物大分子振动和转动能级都位于该波段，因

而太赫兹波具备在生物医学领域应用基本。另一方面，太赫兹

波具备定穿透性，能穿透陶瓷和塑料等物质，因而可以探测定

深度生物组织信息。最为重要是，太赫兹波光子能量极小会像

x射线样产生电离效应，小会对生物组织和机体导致破坏。太

赫兹波这些特点使其在生物医学领域应用逐渐得到注重，并获

得了定进展。

在众多生物医学领域研究中，肿瘤诊断治疗无疑是研究重

点之。《CA：临床医师癌症杂志》两次更新了全球及美国癌症

记录数据:癌症患者人数明显上升，癌症己成为发达国家首位死

亡原囚，发展中华人民共和国家第2位死亡原囚。癌症初期诊

断及初期治疗是提高肿瘤治愈率和减少肿瘤患者死亡率核心所

在。尽管影像学检查是肿瘤初期诊断重要手段之一，但病理学

检查H.以来是肿瘤诊断金原则，该办法在定限度上受病理医生

诊断经验影}}向，并有定创伤性，小能作为肿瘤筛查或者常规

检查项目。囚此，寻找相对安全、便捷、特异度和敏感度均佳

肿瘤诊断办法，H.是肿瘤防止、诊断和治疗领域难题。

本文总结了太赫兹成像技术在肿瘤检测领域诸多进展，以

期提供个新视角和方向，对临床肿瘤检测办法进行有益摸索。

1太赫兹光谱成像原理

依照太赫兹源不同，太赫兹系统分为持续波形和脉冲波

形。持续波使用是固定频率，需要太赫兹波能量相对较大，对

太赫兹源和探测均有定规定。脉冲波形系统频碧范畴较宽，较

容易实现，应用也较为广泛，其中太赫兹时域光谱技术

(teraliertztime-domainspectroscopy,Thz-TDS)是发展最

早、应用较为成熟技术。持续型和脉冲型波探测原理基本相

似，即己知波形太赫兹波透过样品或从样品反射后包括了样品

复介电常数空间分布，采集并解决透射或反射过来太赫兹波强

度和相位信息，就能得到样品空间分布和构成特性，再进一步

进步通过数字解决就叫得到图像。

依照样品探测方式不同，太赫兹系统分为透射式和反射式

两种。图1所示为透射式系统，反射式系统构造与此类似，只

是其探测是从样品反射信号。两种系统工作原理相似，即山锁

模飞秒激光器发射激光脉冲被分束器提成两束:束为抽运光，用

来激发发射元件而产生太赫兹波;另束为探测光，用来探测太赫

兹脉冲电场振幅。延迟线(delayline)作用在于保持两束光光

程差相等，而斩波器(chopper)和锁相放大器(lock-in

amplifier)作用是消除环境噪声对信号进行放大。控制装置控

制整个系统机械运营，最后将采集数据传至计算机

(computer)。实验得到数据分为时域和频域两种形式，相应地

相应时域成像和频域成像。反射式检测相对耗时少，操作以

便，同步山于太赫兹光谱在1THz以上，叫以实现更高辨别率

成像，囚此在医学临床应用和迅速检测方而更具备潜力。

太赫兹光谱成像技术优势体当前其具备指纹辨认特点，重

要应用在毒品、危险品及生物大分子等检测方而川。许多分子

之间弱相匀作用力、生物分子骨架振动以及品体中品格低频振

动吸取止好位于太赫兹波频段范畴，而II_太赫兹波对探测物

质构造存在微小差别和变化非常敏感，即特异性较强。汪帆等

困总结了太赫兹在生物大分子研究中应用，运用该技术叫以研

究蛋自质、糖类和核酸等构造和动力学特性。太赫兹波应用于

癌变成像特异性应体当前数据分析中，即分析小同癌变组织叫

能具备小同生物大分子构造，这也是口前研究者止在努力探寻

方向。虽然既有技术敏感度还小能达到显微镜水平(20一200

微米),但随着该技术均理论和实验日渐成熟，相信其检测特异

度和敏感度都会有所提高。