太赫兹在医学诊断方面的应用

太赫兹在医学诊断方面的应用

 

 

 

由于太赫兹光子能保持化学键和电离/原子的完整性，所以它对生命体是无害。它恰恰与高能源光子比如X射线和UV射线相反，因为这些射线都是对人体有害的。由于太赫兹辐射的安全性，所以太赫兹成像技术在医学检测和诊断中的应用有无限的可能性和机会，像其它应用一样太赫兹波的优点是它的穿透性能，使人们可以看到物理对象中不可见/可见和可视化的内部信息。太赫兹辐射是无电离的并且不是高度分散在组织里（与光学辐射大不相同）。此外，太赫兹辐射对水具有独特的灵敏度。

 

在电磁波谱的太赫兹区域的吸收是指成像所用的太赫兹辐射是检测软组织的一个非常实用的工具。T射线独特的属性使得它可以很好地应用于各种医疗检测和诊断，这些应用在某些特定方面的诊断都是非常有前景的，正如以下描述所示：

 

 

对许多组织病理学的早期检测即早期的癌症检测都是采用无创诊断技术（例如皮肤癌，乳腺癌，直肠癌等等）

 

在医疗成像领域的最新成就已经大幅度地改善了许多组织病理学的早期检测和治疗。太赫兹成像系统可以有效地在癌症尚无表现出来前检测出早期的癌症。

 

针对检测皮肤癌，乳腺癌和直肠癌组织的太赫兹检测属性的最新研究发现肿瘤组织的折射率和吸收系数相比正常的组织要高得多。这样的区别是由于更高的水分和发生在肿瘤上的结构变化（例如细胞和蛋白质密度都会被疾病所影响，它们的增加可以在细胞中观察到）。太赫兹脉冲成像技术是对水浓度有极高的灵敏度（由于后者衰减）。因此在测量软组织的太赫兹属性中，水的吸收是非常明显的，这样也就可以解释肌肉和脂肪组织的差别。

 

因此，T射线图像可以区分出健康的组织和肿瘤，从而有效地定位出早期阶段肿瘤的具体部位（目前最有前景的技术是这样的无创太赫兹成像技术比如太赫兹脉冲成像，太赫兹时域光谱（TDS—THz，持续波太赫兹(CW-THz),和其他太赫兹新一代/检测方法。）

 

离体光谱 /组织的成像（活检)

.

 

 

通过获得频率和时域信息，太赫兹成像可以确保癌症的有效检测（和其它炎症区域）以及提供了更清晰的成像和分子结构。相比之下，之前传统的检测方式的缺点是每一年都会有成百上千万乳腺组织的活细胞检测是不确定，不准确和无效的诊断。

 

太赫兹时域光谱仪(TDS-THz)可以消除其它医疗诊断所存在的短板，能有效获取受影响的组织或者区域中充分的图像信息。很多研究者确定在特定的频率范围内大多数肿瘤会比正常的组织有更低的吸收率。这样明显特征就是太赫兹成像可以“区别”出肿瘤（发炎区域）和正常组织的工作原理了。另外，为帮助人们克服癌症，挽救更多人的生命，通过T射线光谱进行活组织检测节省了很多时间和静力，因为减少了乳腺癌和皮肤癌治疗案子中第二外科手术的流程步骤。

 

其中T射线成像最有潜力的生物医学应用和分子光谱息息相关，应用于诊断，如今这个技术不断发展并且取得了明显的进步。

 

通过光谱/成像检测体内组织

 

 

 

进行切除手术的外科医生，只能在安全的区域操作手术—因为医生往往需要有充足的安全组织区域进行切除肿瘤手术。在手术中这样极度谨慎的操作是相当必要的，但是它往往会花费医生很多时间和精力以及滞后了病人再生/恢复期。

 

太赫兹频率范围的成像可应用于手术中，并可在手术操作期间提供实时的成像，这样可以准确地切除肿瘤，而不会切除大量健康的组织，并且通过这个技术可实现肿瘤切除彻底，不会有任何肿瘤残留在病人体内。这样同样可以大大减少在未来生命体需要重复的无创操作介入的要求。

太赫兹成像（特别是太赫兹脉冲成像(TPI)可很好地显示出不同动物组织类型的各种差别，并且相应地提高了医疗检测和诊断和补体组织学分析的有效性。这样的诊断被认为可获得单独在每个图像中的每个像素光谱。这些代表不同组织类型的光谱各不相同。因此，T射线图像中的光谱数据可用于区分出在图像每个像素中的软组织和硬组织，提供了其它的诊断信息，这样的信息是现有的传统诊断技术获取不到的。

 

 

体内的分子成像被认为是医疗诊断应用中下一个发展前景，在理想的状态下，会实现无创诊断。

 

 

.

牙科护理

 

现代的科学研究数据表明了太赫兹脉冲成像可提供牙釉质、牙本质、与泵腔等方面有效的诊断信息。

 

许多研究者一致认为太赫兹时域光谱技术可提供牙科医生有效的检测手段，至少现在可采用太赫兹时域光谱技术来确定牙釉质的厚度。另外，太赫兹时域光谱技术可提供牙釉质和牙本质区域内的图像。此外，通过太赫兹脉冲在牙齿内的吸收可识别出髓腔区域，并提供给牙科医生重要的信息从而选择最有效的治疗方式。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

预防保健和血液检测

….

相当一部分的医疗研发项目引领了人们发现太赫兹时域光谱(TDS)可用于检测血液。在这个领域的科学家已经获得了复杂的血液光学常数以及它的成分，比如在太赫兹频率区域里的水，等离子，红血细胞(RBCs)。

 

研究者设法在血液中提取出占多数比例的红细胞，并且与常规的红细胞数量做比较。在生理盐水和全血环境中，太赫兹吸收系数对红细胞浓度被证明是线性变化的。太赫兹信号和红细胞浓度之间优异的线性同样被证实在一种聚氨酯树脂管里使用了太赫兹成像方法。这些结果说明了THz-TDS成像可以促进血液质量分析。

 

另外，太赫兹辐射（在几万兆赫的层面和在300000兆赫的层面）的最新研究项目表明了太赫兹辐射对血糖浓度是非常敏感的。这样的发现为预防保健（血液分析）开启了巨大的机会，可应用于血糖和其它生物医疗相关分子涉及到亚太赫兹和太赫兹范围的无创检测，最高可从20GHz开始。现在很明显的是不同类型生物分子在太赫兹区域里有不同的光谱指纹区，这样很大程度上扩展了太赫兹技术的应用范围到在PoC和诊断系统的临床研究中体外以及体内小型分子的检测（比如葡萄糖，乳酸，尿素）。

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

药物产品的无损检测

.

制药研发项目中的目标药物发现的手段常常是通过追踪分子间相互作用，使用化学'标签'，不过这种方式是相当昂贵的并且容易出错。太赫兹相机实现了小分子反应和蛋白质的无标签检测。太赫兹波易吸收并且可以探测到在生物材料里非常小的变化。无标签生物素-链亲和素反应的探测灵敏度（通常在生物技术中使用），例如，与传统的方式非常相似，可以使用太赫兹成像系统用于无损检测，从而应用于药物生产中。当然，高速太赫兹系统的优点是高产量和低成本。

 

 

其它医疗领域-例如骨关节炎和类风湿性关节炎的诊断

 

除了上面所述之外，太赫兹还有很多在医疗领域方面的应用，比如应用于软组织的手术中探针和手术后分析

AAA

 

骨关节炎（OA）是关节炎中最普遍的一种病，是由于软骨损伤导致的。骨关节炎通常会影响到承重关节比如臀部，膝盖，脚和脊柱，从而导致关节退化。关节软骨病后，可能会发生磨骨，导致骨质增生，形成骨赘。因此导致疼痛，僵硬，肿胀和关节部位不能活动。

。

AAA

使用太赫兹成像进行体内检测将是检测骨关节炎（OA）和其它疾病的一种有效的工具。

.

脚注：

目前有几种太赫兹成像产品应用于医疗检测和诊断方面，特别是太赫兹脉冲成像(TPI)，太赫兹时域光谱(TDS-THz)，持续波太赫兹(CW-THz)，和其它太赫兹产生/探测手段。