太赫茲技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢測(cè)和診斷中的應(yīng)用研究

太赫茲技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢測(cè)和診斷中的應(yīng)用爭(zhēng)論引言太赫茲波(terahenzradiation)，一般是指頻率范圍在 o．1～10THz(波長(zhǎng)范圍30肚m～3mm)間的電磁輻射波。lTHz等于1012Hz，或者等于4meV光子能。太赫茲波譜段位于毫米波和紅外光之間。在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，由于缺少良好的光源和檢測(cè)器，太赫茲的爭(zhēng)論進(jìn)THz空隙”。近十幾年來(lái)，隨著光子學(xué)技術(shù)和材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，太赫茲波技術(shù)得到了突破性的進(jìn)展，太赫茲輻射技術(shù)的應(yīng)用爭(zhēng)論也快速擴(kuò)展到了越來(lái)越多的領(lǐng)域。這些爭(zhēng)論領(lǐng)域包括了生物醫(yī)學(xué)、藥劑學(xué)、材料科學(xué)、物理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、航空航天、安防和工業(yè)無(wú)損檢測(cè)等。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面，太赫茲光譜技術(shù)在癌癥診斷方面的應(yīng)用爭(zhēng)論越來(lái)越多。其主要緣由是：(1)生物有機(jī)分子的骨架振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)光譜以及分子間弱的相互作用力(如氫鍵、范德華力等)能級(jí)處在太赫茲譜段范圍內(nèi)，這是太赫茲波在生物醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的根底；(2)太赫茲波對(duì)極性分子具有較高的靈敏性，尤其是對(duì)水具有獨(dú)特的靈敏度[1(3)太赫茲輻射光子能量格外低，僅為X射線(xiàn)光子能量的百萬(wàn)分之一，因此一般不會(huì)對(duì)生物體造成損害[2]，可以對(duì)生物活體進(jìn)展無(wú)損檢測(cè)；(4)由于太赫茲光譜承受相干檢測(cè)技術(shù)，太赫茲光譜技術(shù)可以有效地去除背景噪聲，這就使得太赫茲光譜具有較高的信噪比；(5)太赫茲譜帶波長(zhǎng)比_1般光學(xué)和近紅外譜的波長(zhǎng)要長(zhǎng)，所以太赫茲輻射檢測(cè)生物組織樣本不易發(fā)生散射。太赫茲輻射比微波具有更短的波長(zhǎng)，這使得太赫茲光譜具有更高的空間區(qū)分率。太赫茲的上述優(yōu)點(diǎn)促使科研工作者已經(jīng)開(kāi)頭探究太赫茲光譜與成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用，以提高診斷水平。本文對(duì)太赫茲光譜和成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢測(cè)和診斷以及相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用做了簡(jiǎn)要的綜述。太赫茲時(shí)域光譜、時(shí)間區(qū)分光譜和太赫茲放射光譜技術(shù)是三種常見(jiàn)的太赫茲光譜技術(shù)。太赫茲時(shí)域光譜為相干檢測(cè)技術(shù)，能夠同時(shí)得到太赫茲脈沖的相位和振幅信息，通過(guò)對(duì)時(shí)間波形進(jìn)展傅立葉變換可直接得到樣本的吸取系數(shù)和折射率，不需要使用可拉默斯一克勒尼希(Kramers-Kmnig)關(guān)系式變換得到。太赫茲時(shí)域光譜分為透射型和反射型兩種。時(shí)間區(qū)分太赫茲光譜是一種光泵浦一太赫茲波探測(cè)的光譜，是光學(xué)泵浦和太赫茲時(shí)域光譜相結(jié)合的一種非接觸式的電場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)。太赫茲放射光譜通過(guò)分析材料輻射出的太赫茲波形的振幅和外形來(lái)研究材料的特性。自從Hu和Nuss在1995年將太赫茲時(shí)域光譜用于成像以來(lái)[3]，太赫茲成像技術(shù)已經(jīng)有了飛速進(jìn)展。太赫茲成像利用太赫茲成像系統(tǒng)的太赫茲射線(xiàn)照耀樣本，通過(guò)對(duì)成像樣本的透射譜或反射譜的信息進(jìn)展處理、分析，得到樣品的太赫茲圖像。依據(jù)不同的需要，可以使用不同的成像方法，如太赫茲時(shí)域逐點(diǎn)掃描成像、太赫茲實(shí)時(shí)焦平面成像、太赫茲波計(jì)算機(jī)關(guān)心層析、連續(xù)波成像和近場(chǎng)成像等。太赫茲成像技術(shù)可以分為脈沖太赫茲波成像和連續(xù)波太赫茲成像兩種技術(shù)。依據(jù)透過(guò)成像樣本(或從樣本反射)的太赫茲波的強(qiáng)度和相位包含的樣品復(fù)介電函數(shù)的空間分布信息，脈沖太赫茲波成像能夠?qū)⑼干涮掌澆ǖ膹?qiáng)度和相位的二維信息記錄下來(lái)，并經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚砗头治龅玫綐颖镜奶掌潏D像。連續(xù)波太赫茲成像是依據(jù)物體內(nèi)部的缺陷或損傷的邊緣對(duì)太赫茲波的散射效應(yīng)，會(huì)影響太赫茲波電磁場(chǎng)的強(qiáng)度分布，反映到物體的太赫茲波圖像上為明暗即強(qiáng)度的不同，從而可推想出物體內(nèi)部的外形、缺陷或損傷位置。連續(xù)波太赫茲成像實(shí)際是一種強(qiáng)度成像。用于生物分子檢測(cè)的太赫茲技術(shù)太赫茲波能夠用來(lái)爭(zhēng)論生物分子間相鄰分子的弱作用力，如范德華力或者分子間氫鍵作用力。利用太赫茲波對(duì)生物分子的靈敏度和特異性，將太赫茲技術(shù)用于爭(zhēng)論生物分子的構(gòu)造和功能信息，可在分子層面上為疾病的診斷和治療供給理論依據(jù)。氨基酸和多肽氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的根本單位，其準(zhǔn)確的有序排列賜予了蛋白質(zhì)特定的形態(tài)和構(gòu)造。利用太赫茲技術(shù)了解氨基酸的作用是爭(zhēng)論蛋白質(zhì)太赫茲光譜性質(zhì)的根底。Taday等[4]承受太赫茲脈沖光譜技術(shù)爭(zhēng)論了谷氨酸太赫茲光譜的特性。結(jié)果覺(jué)察在 1．75～2．5THz范圍內(nèi)有谷氨酸的高區(qū)分率的躍遷。Rungsawang等[5]通過(guò)轉(zhuǎn)變單晶的角度，使用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)得到了L-半胱氨酸和L_組氨酸單晶多種氫鍵的近似方向。為了爭(zhēng)論太赫茲時(shí)域光譜在更多物質(zhì)Kikuchi等[6]利用薄膜法從水溶液中沉淀固態(tài)晶體來(lái)得到物質(zhì)的光譜。試驗(yàn)使用兩種方法測(cè)定了L_蘇氨酸和甘氨酸的太赫茲光譜。具體如下：一種是將氨基酸固態(tài)粉末壓制成片狀進(jìn)展測(cè)量；一種是對(duì)使用薄膜法沉淀得到的氨基酸進(jìn)展測(cè)量。爭(zhēng)論說(shuō)明太赫茲技術(shù)可應(yīng)用于在水相中測(cè)量標(biāo)記的生物分子。多肽是曠氨基酸以肽鏈連接在一起而形成的化合物，也是蛋白質(zhì)水解的中間產(chǎn)物。Kutteruf等[73用太赫茲光譜技術(shù)對(duì)固態(tài)短鏈肽序列進(jìn)展了爭(zhēng)論。爭(zhēng)論說(shuō)明在1～15THz光譜范圍內(nèi)包含了體系的很多光譜和構(gòu)造信息，如分子固相構(gòu)造和與序列相關(guān)的分子信息等。體系不同光譜特征的密度和唯一性說(shuō)明使用固態(tài)量子力學(xué)模型和理論可以從光譜中提取多肽的序列構(gòu)造信息。Yam鋤oto等[8]爭(zhēng)論了7～55cm_1(21～16．5THz)波數(shù)范圍內(nèi)的多聚甘氨酸和多聚L．丙氨酸的吸取系數(shù)和折射率。通過(guò)光譜結(jié)果得到在45．5cm-1(13．7THz)消滅了多聚甘氨酸較強(qiáng)的吸取峰。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)根底，是由氨基酸經(jīng)脫水縮合組成的多肽鏈經(jīng)過(guò)盤(pán)曲折疊形成的具有確定空間構(gòu)造的生物大分子。Yos}lida等[93承受太赫茲技術(shù)對(duì)附在薄金屬網(wǎng)上的辣根過(guò)氧化酶進(jìn)展了爭(zhēng)論。結(jié)果說(shuō)明對(duì)于蛋白質(zhì)的測(cè)定來(lái)說(shuō)，這種太赫茲技術(shù)比傳統(tǒng)太赫茲技術(shù)具有更好的檢出限。09awa等[10]對(duì)附在聚二氟乙烯薄膜上的無(wú)標(biāo)記的蛋白質(zhì)進(jìn)展了太赫茲成像爭(zhēng)論。試驗(yàn)承受太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)和干預(yù)效應(yīng)手段，依據(jù)隨著薄膜折射率變化太赫茲信號(hào)會(huì)發(fā)生改變的原理，測(cè)量太赫茲信號(hào)觀看鏈霉親和素蛋白和生物素的結(jié)合狀況。試驗(yàn)證明，在1．5THz時(shí)使用太赫茲成像對(duì)鏈霉親和素蛋白的檢測(cè)限為27ng·mm～。爭(zhēng)論方法有望應(yīng)用到抗原抗體反響的醫(yī)學(xué)診斷和過(guò)敏測(cè)試中，也可作為傳感器應(yīng)用到工業(yè)中。Png等[1婦證明白太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)作為低溫測(cè)量和無(wú)損鑒別乳清蛋白凝膠工具的可行性。通過(guò)p乳球蛋白溶液在不同pH值下熱熔膠合成三種蛋白構(gòu)造，包括球狀乳球蛋白(pH4．o)和纖維狀乳球蛋白構(gòu)造(pH2．o和7．o)。試驗(yàn)太赫茲光譜范圍為o．8～1．5THz，直徑為2肛m的球狀乳球蛋白透射率高于直徑小于O．03腳的纖維狀乳球蛋白的透射率，造成這種差異的緣由可能是乳球蛋白的微觀構(gòu)造產(chǎn)生了瑞利散射。球狀乳球蛋白和纖維狀乳球蛋白具有明顯不同的消光系數(shù)。爭(zhēng)論成果在醫(yī)藥科學(xué)應(yīng)用上具有可行性。Liu等[12]將太赫茲光譜技術(shù)應(yīng)用于胰島素淀粉樣蛋白纖維化的爭(zhēng)論中。試驗(yàn)在60℃，20％的乙酸中培育牛胰島素，太赫茲光譜頻率范圍為o．2～3．oTHz。結(jié)果顯示單體胰島素的吸取系數(shù)譜圖沒(méi)有消滅明顯的吸取峰，但胰島素纖維形成后吸取系數(shù)譜圖上出現(xiàn)一個(gè)明顯的譜峰。胰島素單體和胰島素纖維的折射率分別穩(wěn)定在1．20和1．44。然而當(dāng)頻率大于1．64THz時(shí)，單體胰島素的折射率略有下降。爭(zhēng)論說(shuō)明白太赫茲光譜技術(shù)在區(qū)分胰島素單體和胰島素纖維應(yīng)用上具有可行性。太赫茲光譜技術(shù)將在將來(lái)胰島素纖維化的研究中發(fā)揮重要作用。2．3DNA脫氧核糖核酸(deox蜘bonucleicacid，DNA)，又稱(chēng)去氧核糖核酸，是一種生物大分子，是染色體的主要化學(xué)成分，同時(shí)也是組成基因的材料。DNA可組成遺傳指令以引導(dǎo)生物發(fā)育與生命機(jī)能運(yùn)作。太赫茲波對(duì)DNA分子構(gòu)造變化很敏感，因此可以利用太赫茲技術(shù)對(duì)DNA進(jìn)展?fàn)幷摗ittlin等[伽承受太赫茲技術(shù)和其他光譜技術(shù)對(duì)DNA進(jìn)展了一系列的試驗(yàn)。Bmcherseifer等[14]通過(guò)時(shí)間區(qū)分太赫茲技術(shù)證明白復(fù)數(shù)折射率取決于DNA的結(jié)合狀態(tài)。Fischer等[151記錄了DNA堿基的介電函數(shù)。A1e)【andmv等[16]爭(zhēng)論了太赫茲輻射對(duì)雙鏈DNA呼吸動(dòng)力學(xué)機(jī)制的影響。爭(zhēng)論說(shuō)明，特定的太赫茲輻射對(duì)DNA動(dòng)力學(xué)有較大影響，進(jìn)而影響基因表達(dá)和DNA復(fù)制的分子過(guò)程。Amra等[17]承受太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)，在水相中對(duì)通過(guò)聚合酶鏈?zhǔn)椒错懙玫降腄NA樣品進(jìn)展了無(wú)標(biāo)記定量檢測(cè)。試驗(yàn)得到兩種DNA樣品，堿基對(duì)分別為133對(duì)和697對(duì)，兩種樣品水溶液的濃度萬(wàn)方數(shù)據(jù)2066光譜學(xué)與光譜分析第33卷均為o～o．3Tlg·pL一。爭(zhēng)論說(shuō)明在o．3～1．2THz頻譜范圍內(nèi)，兩種DNA樣品的吸取系數(shù)隨DNA濃度的增加而減小。這是由于具有較高吸取的水分子被少量DNA分子取代，水合層水動(dòng)力學(xué)阻滯造成了水THz吸取藍(lán)移，所以造成DNA吸收系數(shù)隨其濃度增加而減小的現(xiàn)象。在o．8～1．oTHz范圍內(nèi)，與緩沖溶液相比較，樣品吸取系數(shù)的相對(duì)平均變化與濃度間呈線(xiàn)性降低趨133DNA相比，697DNA的吸取系數(shù)相對(duì)平均變化值隨濃度增加而降低趨勢(shì)更明顯。因此，太赫茲技術(shù)有望成為水相中DNA無(wú)標(biāo)記檢測(cè)的方法，最小檢測(cè)濃度為o．1ng·L10肛L。用于生物組織檢測(cè)的太赫茲技術(shù)由于太赫茲波能量低，不會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生電離危害，能對(duì)患者進(jìn)展無(wú)損檢測(cè)和篩查，這說(shuō)明太赫茲波的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是安全。另一方面，太赫茲波對(duì)水相中物質(zhì)水含量或者化學(xué)物質(zhì)的微小變化極其敏感，很多生物樣本的水含量較高，不同樣本水含量的差異有利于太赫茲醫(yī)學(xué)診斷爭(zhēng)論。太赫茲技術(shù)能夠檢測(cè)出經(jīng)過(guò)脫水處理或者石蠟包埋處理的樣本間的差異，這說(shuō)明太赫茲波能夠區(qū)分不同病理組織的組織構(gòu)造。另外，太赫茲波空間區(qū)分率高；太赫茲波能夠穿透表皮；太赫茲時(shí)域成像技術(shù)使用樣本的振幅和相位信息生成樣本的3D圖像；因太赫茲波比紅外光的波長(zhǎng)大，所以太赫茲波比紅外光的色散性低。太赫茲波的上述優(yōu)點(diǎn)說(shuō)明太赫茲技術(shù)在醫(yī)學(xué)爭(zhēng)論中對(duì)生物組織的檢測(cè)和診斷具有重要的應(yīng)用價(jià)值和進(jìn)展?jié)摿?。角膜組織角膜中水含量關(guān)系到角膜的透亮度和折射率，角膜的流體力學(xué)是眼睛安康的一個(gè)指標(biāo)，很多角膜疾病是由角膜的流體力學(xué)特別引起的。由于太赫茲波對(duì)物質(zhì)水含量變化的靈敏性很高，所以反射式太赫茲成像系統(tǒng)可以作為測(cè)定眼角膜水合程度的抱負(fù)工具。2023年太赫茲技術(shù)已被應(yīng)用于豬角膜成像爭(zhēng)論中[18。，結(jié)果說(shuō)明太赫茲脈沖反射成像系統(tǒng)可以準(zhǔn)確檢測(cè)角膜的水合程度。Be肌ett[19]將反射式太赫茲成像和光譜技術(shù)應(yīng)用到眼科爭(zhēng)論中。爭(zhēng)論覺(jué)察太赫茲反射率與角膜含水量近似成正比，反射率隨頻率的增大而單調(diào)遞減。爭(zhēng)論證明太赫茲技術(shù)在角膜診斷檢測(cè)方面具有進(jìn)展?jié)摿?，與其他眼科檢測(cè)技術(shù)相比具有優(yōu)越性。這項(xiàng)技術(shù)可應(yīng)用于屈光手術(shù)中對(duì)病人監(jiān)測(cè)，也可應(yīng)用于早期診斷和治療監(jiān)測(cè)角膜疾病。2023年太赫茲技術(shù)用于建立和驗(yàn)證角膜組織反射率的分層模型[2…。腦組織由于太赫茲波對(duì)組織蛋白質(zhì)有良好的感應(yīng)，所以特別適用于與蛋白質(zhì)特別有關(guān)的疾病檢測(cè)與診斷。Png等[21]使用太赫茲光譜鑒別正常和患病的腦組織樣本。樣本采集于人腦的三個(gè)不同區(qū)域?；疾〗M織經(jīng)神經(jīng)病理學(xué)診斷含有大量特別的蛋白質(zhì)斑塊。樣本承受快速冷凍法制備，快速冷凍的組織樣本比緩慢冷凍制備的樣本的優(yōu)點(diǎn)在于前者含有較少量的冰晶。而且，使用凍結(jié)樣本有利于消退樣本中因水的存在而產(chǎn)生的不確定因素。爭(zhēng)論說(shuō)明，兩種樣本的太赫茲光譜間存在一些差異，可能是因患病組織病變?cè)斐闪斯庾V差異。Bakopoulos等[z2]爭(zhēng)論了一種能在宏觀和分子水平上進(jìn)展腦成像的2D太赫茲成像技術(shù)。這種技術(shù)可用于記錄太赫茲波段的腦組織特征數(shù)據(jù)信息，而且原則上它可用于鑒別腦組織化學(xué)物質(zhì)的不同濃度。牙齒組織很多結(jié)晶材料在太赫茲波段有晶體構(gòu)造特征光譜指紋區(qū)。除了應(yīng)用到軟組織醫(yī)學(xué)檢測(cè)與診斷中，太赫茲技術(shù)也應(yīng)用到硬組織的爭(zhēng)論中，如牙組織和骨組織。由于硬組織含水量較低，所以太赫茲技術(shù)在硬組織的醫(yī)學(xué)應(yīng)用上更加簡(jiǎn)便。sim等[2朝承受太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)對(duì)人牙齒的琺瑯質(zhì)和牙本質(zhì)的特性進(jìn)展了爭(zhēng)論。試驗(yàn)承受了兩組樣本，一組為人工唾液浸泡的牙齒切片潮濕樣本，另一組為在空氣中枯燥1h的牙齒切片枯燥樣本。樣本在o．1～1THz范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的吸取。兩組樣本的吸取率隨頻率的增加而增大，振幅變化與之類(lèi)似。琺瑯質(zhì)的折射率值比牙本質(zhì)的高，而且在測(cè)量范圍內(nèi)保持不變。潮濕樣本的吸取率高于枯燥樣本。爭(zhēng)論為硬組織臨床應(yīng)用供給了重要信息。Schimer等[241將實(shí)時(shí)太赫茲彩色掃描技術(shù)應(yīng)用到人牙齒組織結(jié)晶度爭(zhēng)論中。為了消退水對(duì)太赫茲吸取產(chǎn)生的影響，在進(jìn)展掃描前牙齒切片樣本在加熱器中枯燥2h。試驗(yàn)在八個(gè)不同的頻率下對(duì)牙齒切片樣本進(jìn)展太赫茲光譜透射成像。由圖像可知，太赫茲光譜透射圖像特征分布取決于樣本位置。通過(guò)對(duì)樣本六個(gè)不同位置的太赫茲透射光譜進(jìn)一步爭(zhēng)論，結(jié)果說(shuō)明太赫茲透射圖像隨樣本位置和太赫茲頻率的不同而發(fā)生顯著變化。太赫茲彩色掃描技術(shù)供給了一種顯示礦化硬組織結(jié)晶度的可行性工具。太赫茲彩色掃描技術(shù)能夠成為說(shuō)明齲齒或骨質(zhì)疏松癥初期發(fā)病機(jī)制的有力工具。Hinner等[25]對(duì)人牙齒和牙本質(zhì)切片的太赫茲透射光譜進(jìn)展了爭(zhēng)論。試驗(yàn)得到檢測(cè)牙髓的適宜的太赫茲光譜范圍，并且證明白將太赫茲技術(shù)應(yīng)用到牙齒診斷方面的可行性。骨組織stringer等[26]應(yīng)用太赫茲光譜技術(shù)對(duì)人腿皮質(zhì)骨進(jìn)展了檢測(cè)。爭(zhēng)論有助于理解太赫茲波對(duì)生物組織的響應(yīng)狀況。Kan等[z7]通過(guò)對(duì)兔股骨髁進(jìn)展太赫茲成像爭(zhēng)論了患關(guān)節(jié)炎軟骨的太赫茲特性。試驗(yàn)結(jié)果顯示太赫茲波在樣本不同分層上反射，說(shuō)明反射延遲性可以作為一種定量測(cè)定軟骨組織厚度的可行方式。Jullg等[28]通過(guò)使用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)對(duì)人體患有骨關(guān)節(jié)炎的關(guān)節(jié)軟骨中的水含量進(jìn)展了定量表征。軟骨切片放在150肛m10弘m厚的低密度聚乙烯防止樣本枯燥。使用太赫茲技術(shù)測(cè)量人關(guān)節(jié)軟骨的折射率和吸取系數(shù)，爭(zhēng)論覺(jué)察在太赫茲范圍內(nèi)軟骨組織的吸取系數(shù)隨著深度的增加而漸漸減小。也就是說(shuō)，軟骨組織中的水含量隨著組織深度的增加而削減。此結(jié)果與使用破壞性生化方法所得結(jié)果吻合。應(yīng)用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)對(duì)這些軟骨的分子組成完成檢測(cè)診斷具有很大的進(jìn)展?jié)摿?。燒傷組織皮膚燒傷常用的檢測(cè)方法是視覺(jué)和觸覺(jué)評(píng)估，對(duì)外科醫(yī)生閱歷的依靠性強(qiáng)，并且缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。常用的幾種診斷技萬(wàn)方數(shù)據(jù)第8期光譜學(xué)與光譜分析2067術(shù)光散射較為嚴(yán)峻，深度區(qū)分率不高。由于太赫茲技術(shù)是一種無(wú)損檢測(cè)方法，并且對(duì)燒傷組織中液體的變化反響格外靈敏，所以太赫茲技術(shù)有望成為檢測(cè)和診斷皮膚燒傷組織的有效手段。對(duì)燒傷組織的爭(zhēng)論始于1990年[z9|，試驗(yàn)結(jié)果覺(jué)察由于燒傷組織含水量少，所以其反射率較小。Taylor等[30]在直接檢測(cè)的根底上使用反射脈沖太赫茲波成像系統(tǒng)對(duì)豬皮膚燒傷樣本成像，得到了高區(qū)分率的圖像。由于燒傷組織和正常組織的水含量相差較大，太赫茲圖像能夠清楚地顯示出兩種不同組織的輪廓。爭(zhēng)論說(shuō)明太赫茲醫(yī)療成像具有可行性。試驗(yàn)使用的太赫茲系統(tǒng)具有高區(qū)分率，即使是用十層醫(yī)用棉紗包覆的組織也能夠得到高質(zhì)量的圖像。爭(zhēng)論說(shuō)明太赫茲技術(shù)是能對(duì)燒傷區(qū)域的水含量進(jìn)展梯度成像的可行技術(shù)，這是可見(jiàn)和紅外光譜技術(shù)所無(wú)法到達(dá)的。癌組織世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前全球平均每8個(gè)死亡病例中就有1人死于癌癥。而且，全球癌癥發(fā)病率持續(xù)上升，每年全球有超過(guò)1200萬(wàn)人被確診患上癌癥。所以提高癌癥的檢測(cè)水平是確保癌癥有效診斷與治療的必要保證。目前，組織病理學(xué)檢查為癌癥的主要診斷手段。但是病理學(xué)診斷會(huì)給患者帶來(lái)身體上的損傷和加重患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，尤其是存在誤診或者估量缺乏的問(wèn)題，并不能夠保證診斷完全準(zhǔn)確無(wú)誤。太赫茲光譜成像技術(shù)具有對(duì)水靈敏度高、對(duì)人體無(wú)害和空間區(qū)分率高等特性，所以在癌癥診斷上具有優(yōu)越性。作為一種的無(wú)創(chuàng)診斷方法，太赫茲光譜成像技術(shù)已經(jīng)在癌癥醫(yī)學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的進(jìn)展?jié)摿?。皮膚鱗狀細(xì)胞癌和皮膚基內(nèi)幕胞癌被稱(chēng)為非黑色素性皮膚癌。Wallace等[31]對(duì)基內(nèi)幕胞癌18例體外樣本和5例活體樣本進(jìn)展了太赫茲脈沖成像。爭(zhēng)論說(shuō)明，癌變組織與正常組織的太赫茲譜圖性質(zhì)問(wèn)存在差異。Wallace等[32]對(duì)人類(lèi)基內(nèi)幕胞癌的太赫茲脈沖光譜性質(zhì)進(jìn)展了系統(tǒng)的爭(zhēng)論。基內(nèi)幕胞癌組織太赫茲光譜的吸取系數(shù)和折射率均比正常組織的值要高。在o．2～2．oTHz范圍內(nèi)的吸取系數(shù)和o．25～o．90THz范圍內(nèi)的折射率差異比較明顯。了解太赫茲頻率波段組織譜圖的性質(zhì)，能夠促進(jìn)數(shù)學(xué)模型的使用，從而提高對(duì)正常組織和癌變組織不同太赫茲響應(yīng)的理解。Joseph等[33]承受連續(xù)太赫茲成像技術(shù)對(duì)非黑色素皮膚癌進(jìn)展了爭(zhēng)論。通過(guò)爭(zhēng)論10個(gè)樣本的太赫茲透射圖像，覺(jué)察太赫茲圖像中具有較低透射比的區(qū)域與組織病理學(xué)中癌變區(qū)域吻合。同時(shí)，爭(zhēng)論說(shuō)明白基內(nèi)幕胞癌組織和正常皮膚1．391．63THz爭(zhēng)論結(jié)果說(shuō)明，正常組織和癌組織間的差異主要由水含量和(或者)構(gòu)造的不同造成。在人類(lèi)皮膚癌爭(zhēng)論方面，連續(xù)太赫茲成像作為一種安全、無(wú)損的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)具有寬闊的進(jìn)展前景。宮頸癌是世界上常見(jiàn)的婦科惡性腫瘤。JuI】g等【3叫使用太赫茲成像技術(shù)檢測(cè)了早期宮頸癌患者的淋巴結(jié)微轉(zhuǎn)移灶。試驗(yàn)將腫瘤區(qū)域圖像的外形與大小與病理學(xué)檢查所得的外形與大小比較。爭(zhēng)論覺(jué)察淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移區(qū)域的反射峰振幅比淋巴結(jié)正常區(qū)域的反射峰振幅低。太赫茲光譜成像能夠顯示出最小約為3mm轉(zhuǎn)移灶的輪廓。Ashworth等[35]使用便攜式太赫茲105個(gè)來(lái)自于20名患者的乳腺樣本迸行檢測(cè)。檢測(cè)使用的太赫茲譜段范圍為o．15～2．oTHz。組織學(xué)爭(zhēng)論將組織樣本分為安康脂肪組織、安康纖維乳腺組織和乳腺癌三類(lèi)。測(cè)定每一類(lèi)的平均折射率，覺(jué)察乳腺癌樣本具有較高的折射率和吸取系數(shù)。同時(shí)，依據(jù)組織樣本的太赫茲光譜性質(zhì)模擬了脈沖響應(yīng)函數(shù)，推想使用太赫茲脈沖成像檢測(cè)樣本時(shí)的脈沖響應(yīng)。結(jié)果與推想一樣，安康脂肪組織樣本與安康纖維乳腺組織、安康脂肪組織樣本與乳腺癌組織間存在明顯的差異。癌癥組織樣本和安康纖維組織樣本二者的脈沖響應(yīng)峰高差異為60％。乳腺癌與正常組織的譜圖差異主要源于折射系數(shù)的增加，局部是由于吸取系數(shù)的增加。這些覺(jué)察有助于太赫茲技術(shù)醫(yī)學(xué)設(shè)備的進(jìn)展。Wahaia等[36]對(duì)人類(lèi)正常和癌變的結(jié)腸組織樣本分別進(jìn)展了太赫茲時(shí)域光譜和連續(xù)波太赫茲成像測(cè)定。試驗(yàn)使用福爾馬林固定和脫水石蠟包埋這兩組樣本。爭(zhēng)論說(shuō)明使用太赫茲時(shí)域光譜和連續(xù)波太赫茲成像測(cè)定，全部組織樣本的患病組織比正常組織表現(xiàn)出較高的折射率和吸收系數(shù)。通過(guò)使用兩組處理方式的樣本，覺(jué)察高水含量并非是造成癌變組織與正常組織產(chǎn)生差異的唯一因素。爭(zhēng)論為太赫茲技術(shù)應(yīng)用于結(jié)腸癌診斷奠定了根底。Brun等[37]對(duì)肺癌和胰腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌切片樣本進(jìn)展了太赫茲時(shí)域光譜成像。使用模糊聚類(lèi)方法將o．8～1．2THz范圍的折射率數(shù)據(jù)聚類(lèi)。使用數(shù)字化病理處理工具來(lái)爭(zhēng)論底層細(xì)胞結(jié)構(gòu)和特定的太赫茲信息間的關(guān)系。通過(guò)爭(zhēng)論覺(jué)察不僅癌變組織和正常組織間存在光譜差異，而且癌變組織間也存在差異。主成分分析方法用來(lái)進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在二維(或三維)空間的圖像上類(lèi)別的可視化。主成分分析的結(jié)果說(shuō)明造成正常組織和癌變組織間的差異的緣由與癌變組織子類(lèi)型問(wèn)產(chǎn)生差異的來(lái)源是不同的。其他組織肝硬化是臨床常見(jiàn)的慢性進(jìn)展性肝病。有關(guān)肝硬化的太赫茲光譜爭(zhēng)論成果已經(jīng)有報(bào)道[38|。試驗(yàn)承受大鼠的正常肝組織與肝硬化組織進(jìn)展太赫茲光譜檢測(cè)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)展了爭(zhēng)論。為了爭(zhēng)論太赫茲光譜性質(zhì)、水含量、構(gòu)造變化和肝硬化之間的關(guān)系，試驗(yàn)中測(cè)定了穎組織樣本的水含量。最終，使用福爾馬林溶液將樣本固定，來(lái)判定水是否為形成圖像差異的主要因素。爭(zhēng)論覺(jué)察與正常的組織相比，肝硬化組織的水含量與吸取系數(shù)均較高。即使在使用福爾馬林溶液固定后，正常組織與肝硬化組織的太赫茲光譜同樣存在明顯的差異。進(jìn)一步的太赫茲譜圖分析說(shuō)明造成兩類(lèi)組織間差異的緣由不僅僅是水含量的不同，而且還包括兩類(lèi)組織間構(gòu)造的差異。Zhang等[3婦利用太赫茲成像技術(shù)對(duì)皮下腫瘤和肝炎組織進(jìn)展了爭(zhēng)論。全部樣本使用酒精脫水，石蠟包埋后切片。試驗(yàn)中爭(zhēng)論了不同患病程度的組織樣本的太赫茲性質(zhì)。結(jié)果證明皮下腫瘤和肝炎組織比它們相對(duì)應(yīng)的正常組織吸取系數(shù)較低。太赫茲成像技術(shù)能清楚區(qū)分腫瘤和正常組織，炎癥組織和正常組織。太赫茲成像技術(shù)促進(jìn)生物組織成像爭(zhēng)論的進(jìn)展，有助于腫瘤的臨床診斷。但腫瘤和炎癥組織間的鑒別還萬(wàn)方數(shù)據(jù)2068光譜33太赫茲光譜和成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)中需要解決的問(wèn)題樣本處理方法全都。建立標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)Ｐ吞掌濁t(yī)學(xué)檢測(cè)與診斷技術(shù)是興爭(zhēng)論領(lǐng)域，由于不同試驗(yàn)室條件尚不全都和太赫茲醫(yī)學(xué)診斷爭(zhēng)論數(shù)據(jù)處理方式尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，太赫茲文獻(xiàn)報(bào)道的組織保存方式也不盡一樣。常見(jiàn)的組織樣本形式有標(biāo)準(zhǔn)組織病理學(xué)福爾馬林固定樣本、切除樣本和凍結(jié)樣本等。如何在測(cè)定中保持穎組織樣本的活性和抑制水合作用等問(wèn)題還有待進(jìn)一步爭(zhēng)論，以保證太赫茲癌癥檢測(cè)診斷技術(shù)的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。樣本差異來(lái)源的證明不同類(lèi)別生物樣本的太赫茲譜圖間的差異來(lái)源需要更準(zhǔn)確的解釋。在很長(zhǎng)一段時(shí)間，水被認(rèn)為是產(chǎn)生太赫茲譜圖差異的主要物質(zhì)Dk∞“¨。一些爭(zhēng)論已經(jīng)開(kāi)頭考慮產(chǎn)生差異的其他因素[32’38|。癌變組織根本性質(zhì)轉(zhuǎn)變的根源還有待證明。雖然這種差異可以歸因于組織光學(xué)性質(zhì)的轉(zhuǎn)變，這些轉(zhuǎn)變是由于發(fā)病時(shí)，組織水含量增加、組織構(gòu)造和蛋白質(zhì)濃度發(fā)生了轉(zhuǎn)變等，但是如何將惡性腫瘤和良性腫瘤區(qū)分開(kāi)來(lái)需要進(jìn)一步爭(zhēng)論。太赫茲譜圖的準(zhǔn)確解讀。加強(qiáng)理論爭(zhēng)論物質(zhì)在太赫茲波譜范圍內(nèi)的信號(hào)產(chǎn)生緣由比較簡(jiǎn)潔，可能是基團(tuán)的轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)或一種處于中間的能級(jí)的躍遷。解釋太赫茲譜圖的關(guān)鍵難點(diǎn)在于缺少可觀看的、明顯的振動(dòng)模式。譜峰重疊和多重能級(jí)等問(wèn)題的存在使得解釋太赫茲光譜更加困難。水和生物分子的相互作用需要進(jìn)一步爭(zhēng)論。由于水對(duì)太赫茲波有猛烈的吸取，所以生物分子所處的自然水環(huán)境對(duì)太赫茲技術(shù)的使用也是挑戰(zhàn)。在分子生物學(xué)領(lǐng)域，將來(lái)爭(zhēng)論工作需要將建立分子的計(jì)算模型與試驗(yàn)驗(yàn)