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

太赫茲技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢測和診斷中的應(yīng)用爭論引言太赫茲波(terahenzradiation)，一般是指頻率范圍在 o．1～10THz(波長范圍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。在很長的一段時間里，由于缺少良好的光源和檢測器，太赫茲的爭論進(jìn)THz空隙”。近十幾年來，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)用爭論也快速擴(kuò)展到了越來越多的領(lǐng)域。這些爭論領(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)無損檢測等。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)用爭論越來越多。其主要緣由是：(1)生物有機(jī)分子的骨架振動、轉(zhuǎn)動光譜以及分子間弱的相互作用力(如氫鍵、范德華力等)能級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)太赫茲波對極性分子具有較高的靈敏性，尤其是對水具有獨(dú)特的靈敏度[1(3)太赫茲輻射光子能量格外低，僅為X射線光子能量的百萬分之一，因此一般不會對生物體造成損害[2]，可以對生物活體進(jìn)展無損檢測；(4)由于太赫茲光譜承受相干檢測技術(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)太赫茲譜帶波長比_1般光學(xué)和近紅外譜的波長要長，所以太赫茲輻射檢測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，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。本文對太赫茲光譜和成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢測和診斷以及相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用做了簡要的綜述。太赫茲時域光譜、時間區(qū)分光譜和太赫茲放射光譜技術(shù)是三種常見的太赫茲光譜技術(shù)。太赫茲時域光譜為相干檢測技術(shù)，能夠同時得到太赫茲脈沖的相位和振幅信息，通過對時間波形進(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。太赫茲時域光譜分為透射型和反射型兩種。時間區(qū)分太赫茲光譜是一種光泵浦一太赫茲波探測的光譜，是光學(xué)泵浦和太赫茲時域光譜相結(jié)合的一種非接觸式的電場檢測技術(shù)。太赫茲放射光譜通過分析材料輻射出的太赫茲波形的振幅和外形來研究材料的特性。自從Hu和Nuss在1995年將太赫茲時域光譜用于成像以來[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)的太赫茲射線照耀樣本，通過對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，如太赫茲時域逐點(diǎn)掃描成像、太赫茲實(shí)時焦平面成像、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，并經(jīng)過適當(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太赫茲波的散射效應(yīng)，會影響太赫茲波電磁場的強(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。用于生物分子檢測的太赫茲技術(shù)太赫茲波能夠用來爭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。利用太赫茲波對生物分子的靈敏度和特異性，將太赫茲技術(shù)用于爭論生物分子的構(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)爭論了谷氨酸太赫茲光譜的特性。結(jié)果覺察在 1．75～2．5THz范圍內(nèi)有谷氨酸的高區(qū)分率的躍遷。Rungsawang等[5]通過轉(zhuǎn)變單晶的角度，使用太赫茲時域光譜技術(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。為了爭論太赫茲時域光譜在更多物質(zhì)Kikuchi等[6]利用薄膜法從水溶液中沉淀固態(tài)晶體來得到物質(zhì)的光譜。試驗(yàn)使用兩種方法測定了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)展測量；一種是對使用薄膜法沉淀得到的氨基酸進(jìn)展測量。爭論說明太赫茲技術(shù)可應(yīng)用于在水相中測量標(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)對固態(tài)短鏈肽序列進(jìn)展了爭論。爭論說明在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)過盤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)對附在薄金屬網(wǎng)上的辣根過氧化酶進(jìn)展了爭論。結(jié)果說明對于蛋白質(zhì)的測定來說，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]對附在聚二氟乙烯薄膜上的無標(biāo)記的蛋白質(zhì)進(jìn)展了太赫茲成像爭論。試驗(yàn)承受太赫茲時域光譜技術(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會發(fā)生改變的原理，測量太赫茲信號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時使用太赫茲成像對鏈霉親和素蛋白的檢測限為27ng·mm～。爭論方法有望應(yīng)用到抗原抗體反響的醫(yī)學(xué)診斷和過敏測試中，也可作為傳感器應(yīng)用到工業(yè)中。Png等[1婦證明白太赫茲時域光譜技術(shù)作為低溫測量和無損鑒別乳清蛋白凝膠工具的可行性。通過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，單體胰島素的折射率略有下降。爭論說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DNA分子構(gòu)造變化很敏感，因此可以利用太赫茲技術(shù)對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DNA進(jìn)展了一系列的試驗(yàn)。Bmcherseifer等[14]通過時間區(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]爭論了太赫茲輻射對雙鏈DNA呼吸動力學(xué)機(jī)制的影響。爭論說明，特定的太赫茲輻射對DNA動力學(xué)有較大影響，進(jìn)而影響基因表達(dá)和DNA復(fù)制的分子過程。Amra等[17]承受太赫茲時域光譜技術(shù)，在水相中對通過聚合酶鏈?zhǔn)椒错懙玫降腄NA樣品進(jìn)展了無標(biāo)記定量檢測。試驗(yàn)得到兩種DNA樣品，堿基對分別為133對和697對，兩種樣品水溶液的濃度萬方數(shù)據(jù)2066光譜學(xué)與光譜分析第33卷均為o～o．3Tlg·pL一。爭論說明在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)的相對平均變化與濃度間呈線性降低趨133DNA相比，697DNA的吸取系數(shù)相對平均變化值隨濃度增加而降低趨勢更明顯。因此，太赫茲技術(shù)有望成為水相中DNA無標(biāo)記檢測的方法，最小檢測濃度為o．1ng·L10肛L。用于生物組織檢測的太赫茲技術(shù)由于太赫茲波能量低，不會對生物體產(chǎn)生電離危害，能對患者進(jìn)展無損檢測和篩查，這說明太赫茲波的一個優(yōu)點(diǎn)是安全。另一方面，太赫茲波對水相中物質(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)診斷爭論。太赫茲技術(shù)能夠檢測出經(jīng)過脫水處理或者石蠟包埋處理的樣本間的差異，這說明太赫茲波能夠區(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)說明太赫茲技術(shù)在醫(yī)學(xué)爭論中對生物組織的檢測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)用于豬角膜成像爭論中[18。，結(jié)果說明太赫茲脈沖反射成像系統(tǒng)可以準(zhǔn)確檢測角膜的水合程度。Be肌ett[19]將反射式太赫茲成像和光譜技術(shù)應(yīng)用到眼科爭論中。爭論覺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。爭論證明太赫茲技術(shù)在角膜診斷檢測方面具有進(jìn)展?jié)摿?，與其他眼科檢測技術(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)中對病人監(jiān)測，也可應(yīng)用于早期診斷和治療監(jiān)測角膜疾病。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。爭論說明，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造成了光譜差異。Bakopoulos等[z2]爭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)檢測與診斷中，太赫茲技術(shù)也應(yīng)用到硬組織的爭論中，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)用上更加簡便。sim等[2朝承受太赫茲時域光譜技術(shù)對人牙齒的琺瑯質(zhì)和牙本質(zhì)的特性進(jìn)展了爭論。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，振幅變化與之類似?，m瑯質(zhì)的折射率值比牙本質(zhì)的高，而且在測量范圍內(nèi)保持不變。潮濕樣本的吸取率高于枯燥樣本。爭論為硬組織臨床應(yīng)用供給了重要信息。Schimer等[241將實(shí)時太赫茲彩色掃描技術(shù)應(yīng)用到人牙齒組織結(jié)晶度爭論中。為了消退水對太赫茲吸取產(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)在八個不同的頻率下對牙齒切片樣本進(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。通過對樣本六個不同位置的太赫茲透射光譜進(jìn)一步爭論，結(jié)果說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]對人牙齒和牙本質(zhì)切片的太赫茲透射光譜進(jìn)展了爭論。試驗(yàn)得到檢測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)對人腿皮質(zhì)骨進(jìn)展了檢測。爭論有助于理解太赫茲波對生物組織的響應(yīng)狀況。Kan等[z7]通過對兔股骨髁進(jìn)展太赫茲成像爭論了患關(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，說明反射延遲性可以作為一種定量測定軟骨組織厚度的可行方式。Jullg等[28]通過使用太赫茲時域光譜技術(shù)對人體患有骨關(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)測量人關(guān)節(jié)軟骨的折射率和吸取系數(shù)，爭論覺察在太赫茲范圍內(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，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)用太赫茲時域光譜技術(shù)對這些軟骨的分子組成完成檢測診斷具有很大的進(jìn)展?jié)摿?。燒傷組織皮膚燒傷常用的檢測方法是視覺和觸覺評估，對外科醫(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)是一種無損檢測方法，并且對燒傷組織中液體的變化反響格外靈敏，所以太赫茲技術(shù)有望成為檢測和診斷皮膚燒傷組織的有效手段。對燒傷組織的爭論始于1990年[z9|，試驗(yàn)結(jié)果覺察由于燒傷組織含水量少，所以其反射率較小。Taylor等[30]在直接檢測的根底上使用反射脈沖太赫茲波成像系統(tǒng)對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。爭論說明太赫茲醫(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。爭論說明太赫茲技術(shù)是能對燒傷區(qū)域的水含量進(jìn)展梯度成像的可行技術(shù)，這是可見和紅外光譜技術(shù)所無法到達(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1200萬人被確診患上癌癥。所以提高癌癥的檢測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)診斷會給患者帶來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題，并不能夠保證診斷完全準(zhǔn)確無誤。太赫茲光譜成像技術(shù)具有對水靈敏度高、對人體無害和空間區(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)幕胞癌被稱為非黑色素性皮膚癌。Wallace等[31]對基內(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。爭論說明，癌變組織與正常組織的太赫茲譜圖性質(zhì)問存在差異。Wallace等[32]對人類基內(nèi)幕胞癌的太赫茲脈沖光譜性質(zhì)進(jìn)展了系統(tǒng)的爭論?；鶅?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)對非黑色素皮膚癌進(jìn)展了爭論。通過爭論10個樣本的太赫茲透射圖像，覺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，爭論說明白基內(nèi)幕胞癌組織和正常皮膚1．391．63THz爭論結(jié)果說明，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。在人類皮膚癌爭論方面，連續(xù)太赫茲成像作為一種安全、無損的醫(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的婦科惡性腫瘤。JuI】g等【3叫使用太赫茲成像技術(shù)檢測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。爭論覺察淋巴結(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個來自于20名患者的乳腺樣本迸行檢測。檢測使用的太赫茲譜段范圍為o．15～2．oTHz。組織學(xué)爭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。測定每一類的平均折射率，覺察乳腺癌樣本具有較高的折射率和吸取系數(shù)。同時，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樣本時的脈沖響應(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]對人類正常和癌變的結(jié)腸組織樣本分別進(jìn)展了太赫茲時域光譜和連續(xù)波太赫茲成像測定。試驗(yàn)使用福爾馬林固定和脫水石蠟包埋這兩組樣本。爭論說明使用太赫茲時域光譜和連續(xù)波太赫茲成像測定，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)。通過使用兩組處理方式的樣本，覺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]對肺癌和胰腺浸潤性導(dǎo)管癌切片樣本進(jìn)展了太赫茲時域光譜成像。使用模糊聚類方法將o．8～1．2THz范圍的折射率數(shù)據(jù)聚類。使用數(shù)字化病理處理工具來爭論底層細(xì)胞結(jié)構(gòu)和特定的太赫茲信息間的關(guān)系。通過爭論覺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)空間的圖像上類別的可視化。主成分分析的結(jié)果說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型問產(chǎn)生差異的來源是不同的。其他組織肝硬化是臨床常見的慢性進(jìn)展性肝病。有關(guān)肝硬化的太赫茲光譜爭論成果已經(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，并對結(jié)果進(jìn)展了爭論。為了爭論太赫茲光譜性質(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，來判定水是否為形成圖像差異的主要因素。爭論覺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明造成兩類組織間差異的緣由不僅僅是水含量的不同，而且還包括兩類組織間構(gòu)造的差異。Zhang等[3婦利用太赫茲成像技術(shù)對皮下腫瘤和肝炎組織進(jìn)展了爭論。全部樣本使用酒精脫水，石蠟包埋后切片。試驗(yàn)中爭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)檢測中需要解決的問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)檢測與診斷技術(shù)是興爭論領(lǐng)域，由于不同試驗(yàn)室條件尚不全都和太赫茲醫(yī)學(xué)診斷爭論數(shù)據(jù)處理方式尚無統(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。如何在測定中保持穎組織樣本的活性和抑制水合作用等問題還有待進(jìn)一步爭論，以保證太赫茲癌癥檢測診斷技術(shù)的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。樣本差異來源的證明不同類別生物樣本的太赫茲譜圖間的差異來源需要更準(zhǔn)確的解釋。在很長一段時間，水被認(rèn)為是產(chǎn)生太赫茲譜圖差異的主要物質(zhì)Dk∞“¨。一些爭論已經(jīng)開頭考慮產(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，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)分開來需要進(jìn)一步爭論。太赫茲譜圖的準(zhǔn)確解讀。加強(qiáng)理論爭論物質(zhì)在太赫茲波譜范圍內(nèi)的信號產(chǎn)生緣由比較簡潔，可能是基團(tuán)的轉(zhuǎn)動、振動或一種處于中間的能級的躍遷。解釋太赫茲譜圖的關(guān)鍵難點(diǎn)在于缺少可觀看的、明顯的振動模式。譜峰重疊和多重能級等問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)一步爭論。由于水對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，將來爭論工作需要將建立分子的計(jì)算模型與試驗(yàn)驗(yàn)