太赫兹技术在医学检测和诊断中的应用研究

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第3 3卷，第8期 2 0 1 3年 8月

光

S p e c t r o s c o p y a n d S p e c t r a l An a l y s i s

谱

学

与

光

谱

分

析

Vo 1 . 3 3, No . 8, p p 2 0 6 4— 2 0 7 0 Au g u s t,2 0 1 3

太赫兹技术在医学检测和诊断中的应用研究 齐娜，张卓勇，相玉红 首都师范大学化学系，北京 1 0 0 0 4 8

摘

要

近年来太赫兹科学技术日益受到科学界和工业界的重视并得到了较大的发展，，太赫兹技术在医学

领域上的应用已成为人们关注的重要方面之一。介绍了太赫兹波的特点、太赫兹光谱和成像技术；重点讨论了近年来太赫兹光谱和成像技术在医学检测和诊断领域中的应用和研究进展；并探讨了太赫兹光谱和成像 技术发展中需要解决的问题以及今后发展的方向。

关键词

太赫兹光谱；太赫兹成像；医学检测；医学诊断 文献标识码：A D O I: 1 0 . 3 9 6 4/ j . i s s n . 1 0 0 0— 0 5 9 3 ( 2 0 1 3 ) 0 8— 2 0 6 4— 0 7

中图分类号： R4 4 7; 06 5 7

敏度 _ 1],适合作为医学成像和癌症检测技术的工具；( 3 )太

引 言 太赫兹波( t e r a h e r t z r a d i a t i o n ),一般是指频率范围在 0 . 1~l 0 THz (波长范围 3 O m~3 mm)间的电磁辐射波。1

赫兹辐射光子能量非常低，仅为 x射线光子能量的百万分之 一

,

因此一般不会对生物体造成损害【 2],可以对生物活体进

行无损检测；( 4 )由于太赫兹光谱采用相干检测技术，太赫兹光谱技术可以有效地去除背景噪声，这就使得太赫兹光谱 具有较高的信噪比；( 5 )太赫兹谱带波长比一般光学和近红

THz等于 1 0 Hz,或者等于 4 me V光子能。太赫兹波谱段 位于毫米波和红外光之间。在很长的一段时间里，由于缺少良好的光源和检测器，太赫兹的研究进展缓慢，一度被称作 “ T Hz空隙”。 Ra d i o Mi c r o wa v o s Te r a h e r t z I n￣a r c d Vi s . bl e UV

外谱的波长要长，所以太赫兹辐射检测生物组织样本不易发生散射。太赫兹辐射比微波具有更短的波长，这使得太赫兹光谱具有更高

的空间分辨率。 太赫兹的上述优点促使科研工作者已经开始探索太赫兹光谱与成像技术在医学诊断中的应用，以提高诊断水平。本文对太赫兹光谱和成像技术在医学检测和诊断以及相关领域 中的应用做了简要的综述。

F r e q ue nc y/ Hz

F i g . 1 T H z r e o o n i n t h e e l e c t r o m a g n e t i c s p e c t r u m 近十几年来，随着光子学技术和材料科学技术的发展， 太赫兹波技术得到了突破性的进展，太赫兹辐射技术的应用

1太赫兹光谱和成像技术 太赫兹时域光谱、时间分辨光谱和太赫兹发射光谱技术是三种常见的太赫兹光谱技术。太赫兹时域光谱为相干检测 技术，能够同时得到太赫兹脉冲的相位和振幅信息，通过对时间波形进行傅立叶变换可直接得到样本的吸收系数和折射率，不需要使用可拉默斯一克勒尼希 ( Kr a me r s - K r o n i g )关系式

研究也迅速扩展到了越来越多的领域。这些研究领域包括了 生物医学、药剂学、材料科学、物理学、环境科学、航空航天、安防和工业无损检测等。在生物医学领域方面，太赫兹

光谱技术在癌症诊断方面的应用研究越来越多。其主要原因是：( 1 )生物有机分子的骨架振动、转动光谱以及分子问弱的相互作用力 (如氢键、范德华力等 )能级处在太赫兹谱段范围内，这是太赫兹波在生物医学上应用的基础；( 2 )太赫兹波对极性分子具有较高的灵敏性，尤其是对水具有独特的灵 收稿日期： 2 0 1 2— 1 2— 1 3,修订日期：2 0 1 3— 0 3— 2 8

变换得到。太赫兹时域光谱分为透射型和反射型两种。时间分辨太赫兹光谱是一种光泵浦一太赫兹波探测的光谱，是光学泵浦和太赫兹时域光谱相结合的一种非接触式的电场检测

技术。太赫兹发射光谱通过分析材料辐射出的太赫兹波形的 振幅和形状来研究材料的特性。

基金项目：国家自然科学基金项目( 2 1 2 7 5 1 0 1 )资助

作者简介：齐

娜，女， 1 9 8 3年生，首都师范大学博士研究生 e - ma i l:g u s t o 2 0 0 8@v i p . s i n a . c o m

e - m a i l: s a i n a y i@1 6 3 . c o m

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