CN103919530A - 一种增强生物组织太赫兹波成像信号强度的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增强生物组织太赫兹波成像信号强度的系统和方法，其目的在于用来增强生物组织太赫兹波成像信号强度和提高病变组织与正常组织的太赫兹波成像对比度。本发明所述系统包括太赫兹波发生器、太赫兹波探测器、激光发生器、介质平面镜、第一金属平面镜、第二金属平面镜、抛物面镜和平移台，所述第一金属平面镜背面和所述第二金属平面镜背面成固定夹角并有空隙的置于所述平移台上方，两个所述金属平面镜另一侧放置所述抛物面镜，所述抛物面镜一侧放置所述太赫兹波探测器，所述两个金属平面镜空隙上方设置所述介质平面镜，所述介质平面镜一侧放置所述激光发生器。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹波的生物组织成像应用领域，特别是涉及一种增强生物组织太赫兹波成像信号强度的系统和方法。
背景技术
太赫兹波与电磁波谱中与之相邻的红外和微波相比，具有光子能量低、穿透性强、频谱覆盖有机和生物大分子的振动和转动能级等特性，能够发掘出全新的光谱分析和成像检测技术，在医学诊断和生物识别领域有重要的应用前景。并且其成像设备比起核磁共振成像和计算机断层扫描成像等，简单、便携，可用于医学手术的实时导航。太赫兹波成像作为一种新兴的研究生物组织特性和成像识别的手段，越来越多地引起关注。
太赫兹波成像已经被应用到动物组织、牙齿、骨骼、乳腺癌、皮肤和黑色素瘤等生物组织的成像中，用来区分不同的组织成分和辨析病变组织和正常组织。但是生物组织的成像信号强度和不同组织尤其是病变组织和正常组织之间的对比度有待进一步提高；同时现有的生物组织的太赫兹波成像系统大都为脉冲太赫兹波成像系统，具有系统构成复杂、购买和维护成本高昂、成像速度慢和稳定性较低等缺点；而且由于空气中的水蒸气在脉冲太赫兹波所对应的频段内吸收系数较大导致脉冲太赫兹波成像系统很难被实际应用；并且由于生物组织细胞中含有大量水分，水在脉冲太赫兹波所对应的频段内吸收系数较大导致脉冲太赫兹波在生物组织中的穿透深度有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有系统构成简单、购买和维护成本较低、成像速度快和稳定性较高的能增强生物组织太赫兹波成像信号强度的系统以及方法。
为达上述目的，本发明一种增强生物组织太赫兹波成像信号强度的系统和方法，所述系统包括太赫兹波发生器、太赫兹波探测器、激光发生器、介质平面镜、第一金属平面镜、第二金属平面镜、抛物面镜和平移台，所述第一金属平面镜背面和所述第二金属平面镜背面成固定夹角并有空隙的置于所述平移台上方，两个所述金属平面镜另一侧放置所述抛物面镜，所述抛物面镜一侧放置所述太赫兹波探测器，所述两个金属平面镜空隙上方设置所述介质平面镜，所述介质平面镜一侧放置所述激光发生器。
其中所述第一金属平面镜与所述第二金属平面镜为一体V型金属平面镜，V型口处留有透射孔。所述V型金属平面镜透射孔下方为所述平移台，上方为所述介质平面镜。
其中所述太赫兹波发生器为耿式振荡器或反波管。
其中所述太赫兹波探测器为热释电探测器或高莱探测器。
其中所述激光发生器为飞秒激光器或连续激光源（能对应于纳米颗粒吸收峰位置的特定波长的连续激光源，使得纳米颗粒在激光照射下会发生表面等离子体效应而发热，使得周围的生物组织中的水分温度相应的升高）。
一种增强生物组织太赫兹波成像信号强度的方法，包括以下步骤：
将纳米颗粒结合到所需增强成像的生物组织；
激光发生器照射包含纳米颗粒的生物组织样品；
太赫兹波发生器照射所述样品进行二维成像，即得到增强所述生物组织太赫兹波成像信号强度的图像。
其中所述纳米颗粒为金、银、超顺磁性氧化铁纳米颗粒或者其他可以在激光照射下发热的生物相容性高的纳米颗粒。
其中所述纳米颗粒结合到所需增强成像的生物组织采用如下方式，当已知所需增强成像生物组织分布时，采用将纳米颗粒直接注射到所需增强成像的生物组织的方式；当未知所需增强成像生物组织分布时，采用先对纳米颗粒进行表面修饰所需增强成像生物组织对应的靶向物质而后进行静脉注射的方式。
其中所述太赫兹波发生器照射所述样品进行二维成像为太赫兹波逐点扫描成像。
本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：
本系统构造简单，价格较低，成像速度较快和稳定性较好，并且避免了空气中水蒸气强烈吸收太赫兹波的问题和提高了太赫兹波在生物组织中的穿透深度，同时在所采用频率下的太赫兹波强度对温度变化敏感，提高了技术的灵敏度，而且提出的方法具有普适性，金、银、超顺磁性氧化铁纳米颗粒或者其他可以在激光照射下发热的生物相容性高的纳米颗粒均可被采用，扩展了此技术的应用范围。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明增强生物组织太赫兹波成像信号强度的系统结构示意图；
图2为本发明肿瘤细胞液结合纳米颗粒前后并在或不在激光照射下进行太赫兹波成像信号强度对比图。
附图标记说明：1-耿式振荡器；2-热释电探测器；3-飞秒激光器；4-第一金属平面镜；5-第二金属平面镜；6-介质平面镜；7-抛物面镜；8-平移台。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明的一种增强生物组织太赫兹波成像信号强度的连续波成像系统包括：能产生连续太赫兹波的太赫兹波发生器（如耿式振荡器1），反射太赫兹波的第一金属平面镜4和第二金属平面镜5，收集太赫兹波的抛物面镜7，探测太赫兹波强度的太赫兹波探测器（如热释电探测器2），用于放置被成像生物组织的平移台8，提供激光的激光发生器（如飞秒激光器3）和反射激光的介质平面镜6。其中第一金属平面镜4和第二金属平面镜5呈一体V型放置于平移台8上方且中间有一透射孔，所述透射孔上方为介质平面镜6，介质平面镜6一侧为所述激光发生器，使得所述激光发生器发射的激光经介质平面镜6反射并透过所述透射孔后到达平移台8上的生物组织样品，所述太赫兹波发生器位于第一金属平面镜4一侧并与镜面成一定夹角，使得所述太赫兹波发生器发射的太赫兹波能通过第一金属镜面4反射到平移台8上的组织样品，抛物面镜7位于第二金属平面镜5的一侧，所述太赫兹波探测器位于抛物面镜7一侧，使得经所述生物组织样品反射的太赫兹波反射到第二金属平面镜5后又反射至抛物面镜7上，反射至抛物面镜7上的太赫兹波又反射到达所述太赫兹波探测器。
工作原理：当已知所需增强成像的生物组织分布时，可将纳米颗粒直接注射到所需增强成像的生物组织使得纳米颗粒与所需增强的生物组织结合；当未知所需增强成像的生物组织分布时，因为所需增强成像的生物组织细胞含有特异性抗原，如果对纳米颗粒进行表面修饰此特异性抗原所对应的抗体，接着采用静脉注射纳米颗粒的方式，就使得其与所需增强成像的生物组织进行靶向结合，这样，所需增强成像的生物组织中就含有了纳米颗粒。接着利用激光发生器发出的激光照射结合纳米颗粒的生物组织，由于纳米颗粒在激光的照射下发生表面等离子体效应而发热，并且生物组织中含有大量水分使得纳米颗粒周围的水的温度相应的升高，而水在成像的太赫兹波频段内的吸收系数和折射率随温度剧烈变化，这样使得从结合纳米颗粒的生物组织上反射的太赫兹波的强度明显升高。进一步，为增强病变组织与正常组织在太赫兹波成像时的对比度，由于所需增强成像的病变组织细胞含有特异性抗原，对纳米颗粒进行表面修饰病变组织细胞特异性抗原所对应的抗体，接着采用静脉注射纳米颗粒的方式，就使得其与病变组织进行靶向结合而与正常组织不进行结合，通过激光照射前后所成太赫兹波图像相减得到病变组织的轮廓图像。
实施例1
（1）使用耿式振荡器1发射0.2THz太赫兹波经第一金属平面镜4反射至平移台8上的肿瘤细胞液进行照射，依次经肿瘤细胞液、第二金属平面镜5以及抛物面镜7反射后到达热释电探测器2对太赫兹波信号强度进行检测；
（2）使用飞秒激光器3发射800nm红外激光（1.062W/cm2）照射肿瘤细胞液，并利用耿式振荡器1发射0.2THz太赫兹波经第一金属平面镜4反射至平移台8上的肿瘤细胞液上进行照射，依次经肿瘤细胞液、第二金属平面镜5以及抛物面镜7反射后到达热释电探测器2对太赫兹波信号强度进行检测；
（3）采用金纳米颗粒直接注射到肿瘤细胞液（结合后金纳米颗粒浓度为50ug/ml），然后将所述结合金纳米颗粒的肿瘤细胞液放置于平移台8上，使用耿式振荡器1发射0.2THz太赫兹波经第一金属平面镜4反射至平移台8上的结合金纳米颗粒的肿瘤细胞液进行照射，依次经结合金纳米颗粒的肿瘤细胞液、第二金属平面镜5以及抛物面镜7反射后到达热释电探测器2对太赫兹波信号强度进行检测；
（4）采用金纳米颗粒直接注射到肿瘤细胞液（结合后金纳米颗粒浓度为50ug/ml），然后将所述结合金纳米颗粒的肿瘤细胞液放置于平移台8上，利用飞秒激光器3发射800nm红外激光（1.062W/cm2）照射肿瘤细胞液，并使用耿式振荡器1发射0.2THz太赫兹波经第一金属平面镜4反射至平移台8上的结合金纳米颗粒的肿瘤细胞液进行照射，依次经结合金纳米颗粒的肿瘤细胞液、第二金属平面镜5以及抛物面镜7反射后到达热释电探测器2对太赫兹波信号强度进行检测。
检测结果如图2所示，（1）“-”为肿瘤细胞液在未结合纳米颗粒，未经红外激光照射环境下的反射信号强度变化百分比曲线（反射信号强度变化百分比=（变化后的反射信号强度-初始反射信号强度）/初始反射信号强度）；（2）“-+-”为肿瘤细胞液未结合纳米颗粒并在红外激光(1.062W/cm2)照射环境下的反射信号强度变化百分比曲线；（3）:“-*-”为结合金纳米颗粒的肿瘤细胞液（结合后金纳米颗粒浓度为50ug/ml）在未经红外激光照射环境下的反射信号强度变化百分比曲线；（4）“-o-”为结合金纳米颗粒的肿瘤细胞液（结合后金纳米颗粒浓度为50ug/ml）在红外激光(1.062W/cm2)照射环境下的反射信号强度变化百分比曲线，可以看出，结合纳米颗粒并在红外激光照射下的肿瘤细胞液信号强度明显增强。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种增强生物组织太赫兹波成像信号强度的系统，其特征在于：所示系统包括太赫兹波发生器、太赫兹波探测器、激光发生器、介质平面镜、第一金属平面镜、第二金属平面镜、抛物面镜和平移台，所述第一金属平面镜背面和所述第二金属平面镜背面成固定夹角并有空隙的置于所述平移台上方，两个所述金属平面镜另一侧放置所述抛物面镜，所述抛物面镜一侧放置所述太赫兹波探测器，所述两个金属平面镜空隙上方设置所述介质平面镜，所述介质平面镜一侧放置所述激光发生器。
2.根据权利要求1所述的增强生物组织太赫兹波成像信号强度的系统，其特征在于：所述第一金属平面镜与所述第二金属平面镜为一体V型金属平面镜，V型口处留有透射孔。所述V型金属平面镜透射孔下方为所述平移台，上方为所述介质平面镜。
3.根据权利要求1所述的增强生物组织太赫兹波成像信号强度的系统，其特征在于：所述太赫兹波发生器为耿式振荡器或反波管。
4.根据权利要求1所述的增强生物组织太赫兹波成像信号强度的系统，其特征在于：所述太赫兹波探测器为热释电探测器或高莱探测器。
5.根据权利要求1所述的增强生物组织太赫兹波成像信号强度的系统，其特征在于：所述激光发生器为飞秒激光器或连续激光源。
6.一种增强生物组织太赫兹波成像信号强度的方法，其特征在于包括以下步骤：
将纳米颗粒结合到所需增强成像的生物组织；
激光发生器照射包含纳米颗粒的生物组织样品；
太赫兹波发生器照射所述样品进行二维成像，即得到增强所述生物组织太赫兹波成像信号强度的图像。
7.根据权利要求6所述的增强生物组织太赫兹波成像信号强度的方法，其特征在于：所述纳米颗粒为金、银、超顺磁性氧化铁纳米颗粒或者其他可以在激光照射下发热的生物相容性高的纳米颗粒。
8.根据权利要求6所述的增强生物组织太赫兹波成像信号强度的方法，其特征在于：所述纳米颗粒结合到所需增强成像的生物组织采用如下方式，当已知所需增强成像生物组织分布时，采用将纳米颗粒直接注射到所需增强成像的生物组织的方式；当未知所需增强成像生物组织分布时，采用先对纳米颗粒进行表面修饰所需增强成像生物组织对应的靶向物质而后进行静脉注射的方式。
9.根据权利要求6所述的增强生物组织太赫兹波成像信号强度的方法，其特征在于：所述的太赫兹波发生器照射所述样品进行二维成像为太赫兹波逐点扫描成像。
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103919530A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105962880A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-09-28 | 浙江大学 | 一种适用于肠道病变检测的太赫兹内窥镜及检测方法 |
| CN107233076A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-10-10 | 西北核技术研究所 | 一种介入式在体实时肿瘤成像方法及系统 |
| CN114877951A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-08-09 | 北京航空航天大学 | 一种燃烧温度场及水蒸气含量同步测量装置及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101377462A (zh) * | 2008-09-18 | 2009-03-04 | 阮双琛 | 一种太赫兹波探测器、探测系统及探测方法 |
| CN201307089Y (zh) * | 2008-09-18 | 2009-09-09 | 杨珺 | 一种太赫兹波探测器及探测系统 |
| CN102243167A (zh) * | 2011-04-01 | 2011-11-16 | 深圳大学 | 一种太赫兹波成像装置 |
| JP5371293B2 (ja) * | 2007-08-31 | 2013-12-18 | キヤノン株式会社 | テラヘルツ波に関する情報を取得するための装置及び方法 |
| CN103479333A (zh) * | 2013-09-12 | 2014-01-01 | 北京农业智能装备技术研究中心 | 太赫兹成像装置及利用该装置辨识血管的方法 |
-
2014
- 2014-04-21 CN CN201410160623.5A patent/CN103919530A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5371293B2 (ja) * | 2007-08-31 | 2013-12-18 | キヤノン株式会社 | テラヘルツ波に関する情報を取得するための装置及び方法 |
| CN101377462A (zh) * | 2008-09-18 | 2009-03-04 | 阮双琛 | 一种太赫兹波探测器、探测系统及探测方法 |
| CN201307089Y (zh) * | 2008-09-18 | 2009-09-09 | 杨珺 | 一种太赫兹波探测器及探测系统 |
| CN102243167A (zh) * | 2011-04-01 | 2011-11-16 | 深圳大学 | 一种太赫兹波成像装置 |
| CN103479333A (zh) * | 2013-09-12 | 2014-01-01 | 北京农业智能装备技术研究中心 | 太赫兹成像装置及利用该装置辨识血管的方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| JAE YEON PARK: "In Vivo Dual-Modality Terahertz/Magnetic Resonance Imaging Using Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles as a Dual Contrast Agent", 《IEEE TRANSACTIONS ON TERAHERTZ SCIENCE AND TECHNOLOGY》, vol. 2, no. 1, 31 January 2012 (2012-01-31), pages 93 - 97, XP011397360, DOI: doi:10.1109/TTHZ.2011.2177174 * |
| 王羽: "太赫兹反射式波谱与成像", 《首都师范大学硕士学位论文》, 31 December 2009 (2009-12-31), pages 19 - 22 * |
| 袁宏阳: "连续太赫兹波成像系统的应用研究", 《CNKI基础科学辑》, no. 09, 15 September 2009 (2009-09-15), pages 8 - 15 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105962880A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-09-28 | 浙江大学 | 一种适用于肠道病变检测的太赫兹内窥镜及检测方法 |
| CN107233076A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-10-10 | 西北核技术研究所 | 一种介入式在体实时肿瘤成像方法及系统 |
| CN107233076B (zh) * | 2017-05-24 | 2018-02-23 | 西北核技术研究所 | 一种介入式在体实时肿瘤成像系统 |
| CN114877951A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-08-09 | 北京航空航天大学 | 一种燃烧温度场及水蒸气含量同步测量装置及方法 |
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