《高品質太赫茲成像技術用於癌變組織特性研究》是依託天津大學，由何明霞擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高品質太赫茲成像技術用於癌變組織特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：何明霞
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對當前癌變組織太赫茲（THz）成像診斷技術的研究現狀，創新性地提出將THz波段具有諧振激發增強效應的亞波長孔陣列新型感測器（THz-SP感測器），集成於THz-TDS反射成像系統；以提高成像解析度，獲取高對比度的基底癌變（BCC）組織圖像；並採用探針吸收式無孔徑近場成像技術，實現亞微米級的空間解析度，以探測BCC組織細胞結構信息。要實現以上兩種高品質成像技術，需重點研究的問題包括：(1)與探測樣品特性相匹配的，用於實現高解析度的THz-SP感測器的物理量，即最佳化感測器品質因子與探測匹配角；(2)THz波段探針吸收式孔徑近場成像中獲取最最佳化局域光源。通過本課題的研究，不僅實現基底癌細胞組織高品質的THz成像技術，為癌症組織的活體診斷提供一種有效、精確可靠的新方法，而且將發現實現高品質脈衝時域頻譜THz成像的規律與條件。
結題摘要
項目摘要：利用實驗室自行搭建的透射式太赫茲時域光譜（Terahertz Time Domain Spectroscopy，THz-TDS）系統對石蠟封裝的人體皮膚癌組織進行探測，通過傅立葉變換對採集到的時域數據進行頻域分析。通過計算分析樣品不同位置透射率和吸收係數，並進行比較分析，確定樣品吸收係數較大的位置在1.35THz、1.65THz和2.2THz。其中在1.35THz和1.65THz處的吸收係數成像所重構出的樣品圖像中的病變位置與病理分析所得到的結論很吻合。利用太赫茲快速掃描系統對脂肪瘤組織進行了時域幅值成像，得到的重構圖像與光學圖像結果一致。在進行一系列實驗的同時，課題組進行對重構圖像的病理學解釋分析工作。由於癌變組織的細胞處在異常增殖狀態，細胞新陳代謝速度很快，導致細胞及周圍環境的水含量增加。而THz波對水分含量變化十分敏感，實驗已證實在THz波段存在9個以上明顯的水的吸收峰，這使癌變組織對THz的吸收強度要高於正常組織的吸收強度，從而能夠在特定頻率的吸收圖像中區分出癌變組織與正常組織。為得到實現更好的判別區分，引入偏最小二乘法和判別分析兩種定量分析模型，兩種模型的判別結果與病理學診斷的一致，說明利用模型判別可以套用到THz癌症診斷之中。 太赫茲表面等離子激元（Terahertz Surface Plasmons，THz-SPs）是THz波的一種透射增強現象。當THz波透過周期性金屬亞波長微結構的孔陣列後，金屬與電介質交界面的自由電子對外界入射電磁波做出集體回響，出現相干起伏，使電子密度分布周期化，這時稱這種狀態為表面等離子諧振子，即THz-SPs，它與入射的THz波發生諧振作用，會出現透射增強。其透射增強峰的中心頻率與電介質的介電常數及金屬結構有關，這個特性使SPs適於作為一種感測器使用。由於癌變組織與健康組織成分的不同導致介電常數的差別，通過設計金屬陣列的結構，確定敏感的頻率位置，最佳化品質因數，從實驗中得出最優樣品厚度，實現了THz-SPs感測器對不同組織的區分和THz-SPs輔助成像。由於THz反射式系統對THz檢測技術用於癌變組織的活體檢測具有很大的實用意義。實驗室利用光纖飛秒雷射器搭建了全光纖傳輸的反射式太赫茲時域光譜系統，可以實現對樣品表面的反射信號採集分析。
