《人體組織病變太赫茲探測回響機理和評估分析方法研究》是依託浙江大學，由張光新擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：人體組織病變太赫茲探測回響機理和評估分析方法研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：張光新
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題擬套用太赫茲波時域光譜探測技術，開展生物組織病變檢測問題的基礎研究。課題將圍繞人體組織的病變特徵對太赫茲波的互動激勵作用，引入生物電磁學等理論，著重研究THz-TDS對病變特徵的回響機理、多目標成分的交叉干擾機制、人體組織太赫茲波譜特徵演化模式等正向理論問題，為病變特徵反演提供指導；並以人體胃部組織為對象，研究THz波譜分解和二維相關光譜分析等定性與定量評估技術，解析、剝離和辨識人體組織（含正常組織、炎症組織、不同階段腫瘤組織）的太赫茲光譜特徵，構建THz波光譜學差異特徵集合，建立病變-太赫茲波譜關聯分析方法，形成基於太赫茲光譜的人體病變組織（胃部）檢測技術方案和檢測分析系統原型（THz檢測的反向問題），為THz波探測方法套用於臨床實時檢測與診斷奠定理論知識和套用技術儲備。
結題摘要
在國基面上項目的支持下，本課題主要面向生物醫學領域對檢測與診斷新方法的迫切需求，開展了人體組織病變太赫茲探測回響機理和評估分析方法研究。主要研究內容、技術進展與關鍵數據為：引入“組織晶片”等技術改進了太赫茲時域光譜檢測實驗樣本製備與檢測光斑與醫學檢測定位對準方法；正向理論方面，引入雙德拜模型研究了正常與病變組織的弛豫極化過程，利用格線法計算了組織樣本的靜態介電參數、中間介電常數、極限介電常數以及極化時間等參數，從微觀層面解釋了胃癌組織與正常組織在介電特性上的差異；通過時域差分方式理論研究了太赫茲波在人體胃組織等色散介質中的傳播過程，分析透過組織後的時域波形的相位以及波峰波谷幅值變化，並以此來解釋正常與病變組織光學特性。光譜解析與病變識別方面，提出了基於譜圖特異性主成分提取的辨識模型，利用最佳化的模式識別方法實現組織病理狀態的定性判別；針對混合物譜圖中各成分太赫茲吸收峰相互重疊導致成分識別信息被干擾與湮沒的問題，採用非負矩陣分解、硬建模因子分析、自建模混合分析等方法，分別從數學解析和譜圖物理結構分解的角度對未知混合物的成分光譜進行提取與識別，並修改和改進。多源信息映射方面，提出了基於光譜剝離技術的太赫茲波信息與腫瘤組織特異信息相關性建模方法，對病變組織進行更細緻的判別。套用基礎實踐方面，與相關附屬醫院、腫瘤研究中心、醫科院等進行了聯合設計與聯合實驗，綜合利用病理學和太赫茲光譜學聯合解析病變，建立了“醫學-工學-信息學”聯合小組，先後完成了近千組人體消化道病變組織的醫學檢測、太赫茲波探測實驗與分析工作，積累了病理與太赫茲波相關數據集合，構建了模型算法庫，自主建立了以人體病變組織檢測分析為出發點的太赫茲波探測整體解決技術流程與方案，為後續深化研究奠定了良好基礎。結合相關研究撰寫的多篇學術論文已在國際學術期刊上發表（或錄用）。
