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太赫兹成像技术在肿瘤诊断方

面应用

太赫兹成像技术在肿瘤诊断方面应用

太赫兹波(teraliertzwave)通常是指频率为0.1一10.0TH

的电磁波。该波段介于微波和红外线之间，因此低频太赫兹波也

称作亚毫米波，而高频部分则称作远红外线。太赫兹波具有微波

和红外线的优点，实现了二者功能的互补。首先，太赫兹波信号

具有良好的时间分辨率，但同时与微波相比还具有很好的空间分

辨率，很多生物大分子的振动和转动能级都位于该波段，因此太

赫兹波具有在生物医学领域应用的基础。其次，太赫兹波具有定

的穿透性，能穿透陶瓷和塑料等物质，因此能够探测定深度的生

物组织信息。最为重要的是，太赫兹波的光子能量极小会像x

射线样产生电离效应，小会对生物组织和机体造成破坏。太赫兹

波的这些特点使其在生物医学领域的应用逐渐得到重视，并取得

了定的进展。

在众多生物医学领域的研究中，肿瘤的诊断治疗无疑是研究

的重点之。2011年《CA：临床医师癌症杂志》两次更新了全球

及美国癌症统计数据:癌症患者人数明显上升，癌症己成为发达

国家的首位死亡原囚，发展中国家的第2位死亡原囚。癌症的早

期诊断及早期治疗是提高肿瘤治愈率和降低肿瘤患者死亡率的

关键所在。尽管影像学检查是肿瘤早期诊断的重要手段之一，但

病理学检查H.以来是肿瘤诊断的金标准，该方法在定程度上受

病理医生诊断经验的影}}向，并有定的创伤性，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

感度均佳的肿瘤诊断方法，H.是肿瘤预防、诊断和治疗领域的难

题。

本文总结了太赫兹成像技术在肿瘤检测领域的诸多进展，以

期提供个新的视角和方向，对临床肿瘤检测方法进行有益的探

索。

1太赫兹光谱成像的原理

根据太赫兹源的不同，太赫兹系统分为连续波形和脉冲波

形。连续波使用的是固定频率，需要的太赫兹波能量相对较大，

对太赫兹源和探测都有定的要求。脉冲波形系统频碧范围较宽，

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、应用较为成熟的技术。连续型和脉冲型波的探测原理基本相

同，即己知波形的太赫兹波透过样品或从样品反射后包含了样品

复介电常数的空间分布，采集并处理透射或反射过来的太赫兹波

的强度和相位信息，就能得到样品的空间分布和组成特性，再进

一步进步通过数字处理就叫得到图像。

根据样品探测方式不同，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，反射式系统结构与此类似，只是

其探测的是从样品反射的信号。两种系统的工作原理相同，即山

锁模飞秒激光器发射的激光脉冲被分束器分成两束: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

测太赫兹脉冲的电场振幅。延迟线(delayline)的作用在于保持

组织反射出的太赫兹波特性小同，肿瘤组织的脉宽较宽，而II_

太赫兹波成像中的肿瘤Ix_域与病理诊断的结果吻介性较好。

相对于脉冲式太赫兹成像系统，连续式太赫兹成像系统操作

简单，成本较低。2011年Josepli等Uo7探讨了连续刑透射式

太赫兹波用于皮肤BCC检测的叫行性。在实验中，所使用的频率

为1.39和1.63THz，采用新鲜的肿瘤组织，并在24li内

完成实验。实验中，将样本置于pH平衡的0.9%氯化钠溶液中

以防比组织脱水，成像分辨率在1.4THz时为0.39uuu，

在1.6THz时为0.49uuuo为了进行进步的评估，样品均

经苏木精一伊红染色处理。实验结果表明，在所有测量样本中，

太赫兹波透过率下降的Ix_域均对应着组织病理学上的肿瘤Ix.

域，其中止常组织和肿瘤组织的透过率差异达60%，囚此认为该

方法用于术前确定肿瘤界限是叫行的。

2.2乳腺癌生物组织中的应用。

水分对太赫兹波的吸收较大，如果止常和病变组织含水分过

多，则太赫兹成像的差别并小明显。山于乳腺中多为脂肪