CN109540833A - 一种基于太赫兹时域谱的离体肿瘤组织鉴定方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及肿瘤组织检测技术领域，具体公开一种基于太赫兹时域谱的离体肿瘤组织鉴定方法及其应用。本发明首次提出利用太赫兹时域谱鉴定肿瘤的方法，利用肿瘤组织太赫兹时域光谱的特异吸收峰，通过比对分析，鉴定待测组织是否为非肿瘤组织、乳腺癌组织或直肠癌组织。本发明解决了现有技术肿瘤的诊断方法时间长且价格昂贵的技术问题，肿瘤组织检测样本制备简单，且整个检测过程无需消耗生化试剂，有效避免昂贵试剂的应用，无需大量人工操作，有利于临床应用。
Description
技术领域
本发明涉及肿瘤组织检测技术领域，具体地说，是一种基于太赫兹时域谱的离体肿瘤组织鉴定方法及其应用。
背景技术
目前肿瘤的诊断方法往往是通过石蜡包埋后进行HE染色和免疫组化染色，然后由医生在显微镜下进行观察，然后做出诊断，往往需要几天的时间且价格较贵。太赫兹(Terahertz, THz)辐射是指一个特定波段的电磁辐射，在电磁波谱上位于微波和红外辐射之间。在电子学领域，这一频段的电磁波被称作毫米波或亚毫米波；在光谱学领域，它也被称为远红外射线。通常所指的THz辐射其频率范围为0.1THz-10THz。由于THz波的透视性、安全性以及具有光谱分辨等特点，人们对该波段产生了浓厚兴趣。在THZ辐射光源和探测器方面取得的进步，促进THz技术的应用研究。THz时域光谱(terahertztime-domainspectroscopy, THz-TDS)和THz成像是该技术在实际应用中的重要方法和手段。THz-TDS技术是利用飞秒激光脉冲产生并探测时间分辨的THz电场，通过傅里叶变换获得被测物品的广谱信息。 THz技术在生物医药领域的应用受到越来越多的关注，采用THz-TDS和THz成像技术在药物成分的探测、异构体的区分、药物的多晶型和假多晶型的鉴别以及混合物的定性及定量分析等方面取得了诸多研究成果。中国专利CN200910228847.4公开一种利用太赫兹时域光谱快速检测淀粉样蛋白纤维的方法，用于检测发生错误折叠或变性的蛋白质，包括以下步骤：1)测定一系列与待检测蛋白样品相应的正常蛋白的太赫兹时域光谱，建立光谱数据库； 2)测定待检测蛋白样品的太赫兹时域光谱；3)根据光谱数据库，对比正常蛋白的光谱数据，分析待测蛋白样品中是否形成淀粉样蛋白纤维；该发明通过对比太赫兹时域光谱数据，检测蛋白样品是否形成淀粉样蛋白纤维。中国专利CN201711423266.公开一种基于太赫兹光谱的循环肿瘤细胞筛查系统及方法，该系统包括血样处理模块、循环肿瘤细胞检测模块、数据处理模块和结果输出模块，所述循环肿瘤细胞检测模块集成有用于对细胞进行太赫兹检测的太赫兹光谱仪。该发明主要通过不同有核细胞的太赫兹特征光谱实现循环肿瘤细胞的准确识别和区分，是一种低成本无标记无损检测方法。然而现有技术中，关于本发明的基于太赫兹时域谱的离体肿瘤组织鉴定方法及其应用，目前还未见报道。
发明内容
本发明的第一个目的是针对现有技术中的不足，提供一种肿瘤组织太赫兹吸收光谱。
本发明的第二个目的在于，提供如上所述肿瘤组织太赫兹吸收光谱的用途。
本发明的第三个目的在于，提供一种基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统。
为实现上述第一个目的，本发明采取的技术方案是：
一种肿瘤组织太赫兹吸收光谱，所述肿瘤组织太赫兹吸收光谱横坐标为频率，单位 THz；纵坐标为吸收系数，单位cm-1；所述肿瘤包括乳腺癌和直肠癌，所述乳腺癌太赫兹吸收光谱在1.0-1.2THz范围内有吸收光谱，所述直肠癌太赫兹吸收光谱在1.0-1.5THz范围内有吸收光谱。
在上述肿瘤组织太赫兹吸收光谱中，作为一个优选方案，所述乳腺癌太赫兹吸收光谱在1.019和1.165THz处有吸收峰。
在上述肿瘤组织太赫兹吸收光谱，其特征在于，直肠癌太赫兹吸收光谱在1.164和1.413THz处有吸收峰。
为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：
第一方面，如上所述肿瘤组织太赫兹吸收光谱在非诊断目的的离体肿瘤组织鉴定中的应用，所述鉴定是指鉴定非肿瘤组织、乳腺癌组织或直肠癌组织。
第二方面，如上所述肿瘤组织太赫兹吸收光谱在肿瘤组织理论研究中的应用，所述肿瘤包括乳腺癌和直肠癌。
为实现上述第三个目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统，包括检测模块、数据处理模块和结果输出模块，所述检测模块用于对待测组织样本进行太赫兹检测；所述数据处理模块用于接收来自所述检测模块获得的频域信息，并利用这些频域信息计算得到太赫兹吸收光谱；所述太赫兹吸收光谱横坐标为频率，单位THz，纵坐标为吸收系数，单位cm-1，吸收系数计算公式为：吸收系数α＝1/L In(I/I0)得到其太赫兹吸收光谱，其中I代表发射信号的幅值，I0代表原始信号的幅值，L代表待测样本厚度；所述结果输出模块用于接收来自所述数据处理模块获得的太赫兹吸收光谱，并将获得的太赫兹吸收光谱与权利要求1所述的肿瘤组织太赫兹吸收光谱进行比对，根据比对结果判断所述待测组织样本为乳腺癌组织、直肠癌组织或非肿瘤组织。
在上述基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统，作为一个优选方案，还包括组织样本处理模块，所述组织样本处理模块用于对待测组织样本进行石蜡包埋，将组织样本制备成厚度 1mm，长度12mm的正方形石蜡包埋组织切片。
在上述基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统，作为一个优选方案，所述检测模块集成有用于对待测组织样本进行太赫兹检测的太赫兹光谱装置。所述太赫兹光谱装置例如可以是华讯方舟生产型号为CCT-1700的太赫兹时域光谱仪。
在上述基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统，作为一个优选方案，所述数据处理模块集成有太赫兹频域信息处理分析算法，所述太赫兹光谱处理分析算法包括特征提取，所述特征包括太赫兹光谱装置发射信号的幅值及原始信号的幅值，太赫兹频域信息处理分析算法用于将不同频率下的发射信号的幅值及原始信号的幅值代入吸收系数计算公式中，计算出不同频率下的吸收系数，获得太赫兹吸收光谱，所述频率范围为0.1-2.0THz。
在上述基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统，作为一个优选方案，判断标准为：(1)若在1.019和1.165THz处有吸收峰，则待测组织为乳腺癌组织；(2)若在1.164和1.413THz处有吸收峰，则待测组织为直肠癌组织；(3)若在1.019、1.164、1.165和1.413THz无吸收峰，则为非肿瘤组织。
综上所述，本发明通过太赫兹检测，提供了一种新的离体肿瘤组织鉴定方法，并可用于肿瘤组织理论研究应用。进一步根据采用该方法，构建一种基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统。本发明的应用，解决的现有技术肿瘤的诊断方法时间长且价格昂贵的技术问题，整个检测过程无需消耗生化试剂，有效避免昂贵试剂的应用，无需大量人工操作，便于临床应用。
附图说明
附图1为太赫兹时域光谱装置示意图。
附图2为乳腺癌组织太赫兹时域光谱。
附图3为直肠癌组织太赫兹时域光谱。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。实施例中未注明具体结构的装置均为本领域的常规装置。应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1肿瘤组织太赫兹吸收光谱的获得
目前肿瘤的诊断方法往往是通过石蜡包埋后进行HE染色和免疫组化染色，然后由医生在显微镜下进行观察，然后做出诊断，往往需要几天的时间且价格较贵。发明人在通过太赫兹时域谱对离体肿瘤组织进行检测过程中，意外地发现肿瘤组织的太赫兹时域光谱与非肿瘤组织存在差异，尤其是：乳腺癌组织在1.0-1.2THz内有吸收光谱(如图2所示)，可以看到在 1.019和1.165THz处有明显的吸收峰；直肠癌组织在1.0-1.5THz内有吸收光谱(如图3所示)，可以看到在1.164和1.413THz处有明显的吸收峰。因此可利用上述肿瘤组织太赫兹时域光谱的特异吸收峰，用于鉴定待测组织是否为肿瘤组织，尤其可用于实验室鉴定待测组织的肿瘤性质。基于此，本发明提供一种全新的肿瘤诊断鉴定方法，该方法肿瘤组织制备简单，太赫兹时域谱操作简单，检测灵敏度高，稳定性好且花费少。
实施例2离体肿瘤组织鉴定中的应用
1.材料
太赫兹时域光谱装置(图1)、离体肿瘤组织、10％中性缓冲福尔马林溶液、乙醇、二甲苯、石蜡。
2.方法
(1)将离体肿瘤组织放入10％中性缓冲福尔马林溶液固定6小时，固定后流水冲洗15-30 分钟，然后用乙醇对组织进行脱水，用透明剂二甲苯将脱水剂置换出来，组织经透明后置入熔化的石蜡中浸润3小时。浸蜡后的组织用包埋框将其包埋。
(2)将肿瘤组织石蜡块室温下切成厚度约1mm长度约12mm的正方形切片。
(3)将切片置于样品架上进行太赫兹时域谱检测。
(4)数据处理。对得到的时域数据做预处理以去除被记录下的多重回波后进行快速傅里叶变换，得到肿瘤频域信息。将得到的频域信息带入吸收系数计算公式α＝1/L In(I/I↓0) 得到其太赫兹吸收光谱。其中I代表发射信号的幅值，I0代表原始信号的幅值，L代表样品厚度，α代表吸收系数。
3.结果
乳腺癌组织在1.0-1.2THz内有吸收光谱，如图2所示，可以看到在1.019和1.165THz 处有明显的吸收峰。
直肠癌组织在1.0-1.5THz内有吸收光谱，如图3所示，可以看到在1.164和1.413THz处有明显的吸收峰。
太赫兹波是频率在0.11-10THz的电磁波，核酸、蛋白、糖类和脂类生物大分子之间/内的弱相互作用力(氢键、范德华力)、骨架振动和偶极子旋转等，正好处于THz频谱范围。因此通过生物大分子在THz频谱范围内所特有的THz光谱指纹(即：特征吸收峰、吸收系数和折射率等)，可实现生物大分子的定性分析。不同类型的肿瘤组织可通过差异性生物分子太赫兹光谱特征进行区分。本发明利用肿瘤组织太赫兹时域光谱的特异吸收峰，实现对待测组织样本的鉴定和区分。此外，不同频率的特征吸收峰，代表组织碳水化合物的骨架、水键、核酸骨架、二硫键、糖基磷酸键、碱基键等的差异。参考上述肿瘤组织的太赫兹吸收光谱，可推断出特定肿瘤组织内何种物质发生了变化，通过与非肿瘤组织进行比对，可预测这些物质的变化给组织病变潜能及疾病的发展发生所带来的影响，并进行相关理论研究。
实施例3基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统
一种基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统，包括组织样本处理模块、检测模块、数据处理模块和结果输出模块，所述组织样本处理模块用于对待测组织样本进行石蜡包埋，将组织样本制备成厚度1mm，长度12mm的正方形石蜡包埋组织切片。具体组织样本的处理过程如下：将离体肿瘤组织放入10％中性缓冲福尔马林溶液固定6小时，固定后流水冲洗15-30分钟，然后用乙醇对组织进行脱水，用透明剂二甲苯将脱水剂置换出来，组织经透明后置入熔化的石蜡中浸润3小时。浸蜡后的组织用包埋框将其包埋，室温下切割。所述组织样本处理模块例如可以是专利CN201320107931.2的环保自动连续石蜡包埋机。所述检测模块用于对待测组织样本进行太赫兹检测；所述数据处理模块用于接收来自所述检测模块获得的频域信息，并利用这些频域信息计算得到太赫兹吸收光谱；所述太赫兹吸收光谱横坐标为频率，单位THz，纵坐标为吸收系数，单位cm-1，吸收系数计算公式为：吸收系数α＝1/L In(I/I0)得到其太赫兹吸收光谱，其中I代表发射信号的幅值，I0代表原始信号的幅值，L 代表待测样本厚度；所述结果输出模块用于接收来自所述数据处理模块获得的太赫兹吸收光谱，并将获得的太赫兹吸收光谱与实施例1所述的肿瘤组织太赫兹吸收光谱进行比对，根据比对结果判断所述待测组织样本为乳腺癌组织、直肠癌组织或非肿瘤组织。进一步的，所述检测模块集成有用于对待测组织样本进行太赫兹检测的太赫兹光谱装置。进一步的，所述数据处理模块集成有太赫兹频域信息处理分析算法，所述太赫兹光谱处理分析算法包括特征提取，所述特征包括太赫兹光谱装置发射信号的幅值及原始信号的幅值，太赫兹频域信息处理分析算法用于将不同频率下的发射信号的幅值及原始信号的幅值代入吸收系数计算公式中，计算出不同频率下的吸收系数，获得太赫兹吸收光谱，所述频率范围为 0.1-2.0THz。进一步的，判断标准为：(1)若在1.019和1.165THz处有吸收峰，则待测组织为乳腺癌组织；(2)若在1.164和1.413THz处有吸收峰，则待测组织为直肠癌组织；(3) 若在1.019、1.164、1.165和1.413THz无吸收峰，则为非肿瘤组织。
综上所述，本发明通过太赫兹检测，提供了一种新的离体肿瘤组织鉴定方法，并可用于肿瘤组织理论研究应用。进一步根据采用该方法，构建一种基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统。本发明的应用，解决的现有技术肿瘤的诊断方法时间长且价格昂贵的技术问题，肿瘤组织检测样本制备简单，整个检测过程无需消耗生化试剂，有效避免昂贵试剂的应用，无需大量人工操作，便于临床应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种肿瘤组织太赫兹吸收光谱，其特征在于，所述肿瘤组织太赫兹吸收光谱横坐标为频率，单位THz；纵坐标为吸收系数，单位cm-1；所述肿瘤包括乳腺癌和直肠癌，所述乳腺癌太赫兹吸收光谱在1.0-1.2THz范围内有吸收光谱，所述直肠癌太赫兹吸收光谱在1.0-1.5THz范围内有吸收光谱。
2.根据权利要求1所述肿瘤组织太赫兹吸收光谱，其特征在于，乳腺癌太赫兹吸收光谱在1.019和1.165THz处有吸收峰。
3.根据权利要求1所述肿瘤组织太赫兹吸收光谱，其特征在于，直肠癌太赫兹吸收光谱在1.164和1.413THz处有吸收峰。
4.权利要求1所述肿瘤组织太赫兹吸收光谱在非诊断目的的离体肿瘤组织鉴定中的应用，所述鉴定是指鉴定非肿瘤组织、乳腺癌组织或直肠癌组织。
5.权利要求1所述肿瘤组织太赫兹吸收光谱在肿瘤理论研究中的应用，所述肿瘤包括乳腺癌和直肠癌。
6.一种基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统，其特征在于，包括检测模块、数据处理模块和结果输出模块，所述检测模块用于对待测组织样本进行太赫兹检测；所述数据处理模块用于接收来自所述检测模块获得的频域信息，并利用这些频域信息计算得到太赫兹吸收光谱；所述太赫兹吸收光谱横坐标为频率，单位THz，纵坐标为吸收系数，单位cm-1，吸收系数计算公式为：吸收系数α＝1/L In(I/I0)得到其太赫兹吸收光谱，其中I代表发射信号的幅值，I0代表原始信号的幅值，L代表待测样本厚度；所述结果输出模块用于接收来自所述数据处理模块获得的太赫兹吸收光谱，并将获得的太赫兹吸收光谱与权利要求1所述的肿瘤组织太赫兹吸收光谱进行比对，根据比对结果判断所述待测组织样本为乳腺癌组织、直肠癌组织或非肿瘤组织。
7.根据权利要求6所述基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统，其特征在于，还包括组织样本处理模块，所述组织样本处理模块用于对待测组织样本进行石蜡包埋，将组织样本制备成厚度1mm，长度12mm的正方形石蜡包埋组织切片。
8.根据权利要求6所述基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统，其特征在于，所述检测模块集成有用于对待测组织样本进行太赫兹检测的太赫兹光谱装置。
9.根据权利要求8所述基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统，其特征在于，所述数据处理模块集成有太赫兹频域信息处理分析算法，所述太赫兹光谱处理分析算法包括特征提取，所述特征包括太赫兹光谱装置发射信号的幅值及原始信号的幅值，太赫兹频域信息处理分析算法用于将不同频率下的发射信号的幅值及原始信号的幅值代入吸收系数计算公式中，计算出不同频率下的吸收系数，获得太赫兹吸收光谱，所述频率范围为0.1-2.0THz。
10.根据权利要求6所述基于太赫兹时域谱的肿瘤诊断系统，其特征在于，判断标准为：(1)若在1.019和1.165THz处有吸收峰，则待测组织为乳腺癌组织；(2)若在1.164和1.413THz处有吸收峰，则待测组织为直肠癌组织；(3)若在1.019、1.164、1.165和1.413THz无吸收峰，则为非肿瘤组织。
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| CN111366556A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-07-03 | 蓝科微电子(深圳)有限公司 | 一种微生物和生物机体内含物的太赫兹检测方法及系统 |
| CN111803068A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-10-23 | 上海中医药大学附属曙光医院 | 一种基于虚拟磁共振弹性成像的无创评估肝纤维化的方法 |
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| CN207650100U (zh) * | 2017-12-28 | 2018-07-24 | 中国计量大学 | 基于石墨烯太赫兹源和探测器的癌细胞波谱分析装置 |
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