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皮肤癌变组织透射式太赫兹光谱成像研究

作　者: 孙永明
导　师: 何明霞
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: THz-TDS技术 透射式 皮肤癌变组织 吸收系数 成像
分类号: R319
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 83次
引　用: 1次
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内容摘要


近年来,随着太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术的发展,该技术在医疗诊断领域的研究得到更广阔的应用。由于生物大分子的振动能级大多数都处于THz波段,因此,THz-TDS技术能够用来研究生物组织的信息,有望成为研究生物组织的有效手段,并在分子水平上揭示癌变组织的一些特征。这种新型的光谱技术除自身具有一些独特的优越性外,在医学诊断上与傅里叶红外光谱法之间存在一定的相近性。与传统的病理学诊断相比,THz-TDS技术在医学领域的发展可能提供快速无损的诊断结果,而且对癌变组织的前期诊断具有更高的敏感性。本文简要阐述了太赫兹时域光谱技术的原理与应用潜力,着重介绍了该技术在医疗诊断领域的研究工作。对实验室的THz-TDS系统进行改进:将原有的手动扫描成像系统改为电机自动控制的扫描系统,重新设计加工了二维平移台的机械结构。利用透射式太赫兹时域光谱技术获取人体正常皮肤组织和癌变组织的THz时域光谱,并对得到THz谱线进行分析。首先对实验得到透过样品的THz时域信号的数据成像描绘出样品的轮廓以及产生病变组织的大致区域;再经过傅立叶变换得到频域信号,进一步计算得出样品多个测量点对THz的吸收曲线,通过观察这些曲线得出在1.35THz、1.65THz和2.2THz处样品的吸收峰最为明显。利用这三个敏感吸收峰的数据分别对样品成像,结果显示在1.35THz和1.65THz处皮肤组织中癌变成分对THz吸收明显。成像结果中吸收强烈的部位接近于病理诊断的癌变部位,而在2.2THz处的成像中这一位置与病理诊断的位置相差很大。结果表明在皮肤组织诊断中THz的频段应控制在2.2THz以下的低频范围。通过对比研究正常皮肤组织和癌变组织的太赫兹光谱发现,正常皮肤组织与癌变组织的THz谱线表现出很大的差异性。对于这种结果有学者分析是水对THz的吸收比较强烈,而癌变组织与健康组织相比,由于营养成分更丰富,含水量也较高。因此,在吸收特性上二者存在差异。而本文认为差异还应该来源于癌变组织中成分变化带来综合的影响。研究显示THz-TDS技术在生物医学上诊断的可行性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-22
  1.1 太赫兹波技术的发展与特点  9-11
    1.1.1 太赫兹的技术发展  9-10
    1.1.2 太赫兹的特性  10-11
  1.2 太赫兹波成像技术  11-17
    1.2.1 脉冲THz 波成像技术  12-14
    1.2.2 连续波THz 成像  14-16
    1.2.3 脉冲THz 成像系统与连续THz 成像系统的比较  16-17
  1.3 生物组织太赫兹成像的发展现状  17-20
    1.3.1 THz 与氨基酸等大分子之间的作用  17-18
    1.3.2 用于牙科诊断  18-19
    1.3.3 在癌症诊断中的应用  19-20
  1.4 论文的主要研究内容  20-22
第二章 太赫兹时域光谱成像技术  22-31
  2.1 太赫兹波时域光谱技术  22-24
    2.1.1 太赫兹波时域光谱系统  23
    2.1.2 THz 时域光谱与红外光谱相比的优越性  23-24
  2.2 太赫兹时域光谱技术成像原理  24-26
    2.2.1 时域模式  25
    2.2.2 频域模式  25-26
    2.2.3 THz 时域光谱技术的发展  26
  2.3 透射式与反射式时域光谱系统  26-27
  2.4 透射式THz-TDS 技术中材料光学参数计算  27-29
  2.5 本章小结  29-31
第三章 皮肤癌变组织的THz 光谱扫描探测  31-48
  3.1 透射式太赫兹时域光谱系统  31-33
  3.2 实验样品的制备与探测样品特性  33-34
  3.3 探测样品扫描装置及实验过程  34-38
  3.4 透射光谱探测实验与光谱分析  38-43
    3.4.1 参考信号的探测  39-40
    3.4.2 样品信号的探测  40-43
    3.4.3 样品的THz 光谱分析  43
  3.5 THz-TDS 技术与红外光谱法在生物组织上的应用对比  43-47
    3.5.1 近红外光谱的原理  44
    3.5.2 生物组织的红外光谱分析  44-47
  3.6 本章小结  47-48
第四章 上皮癌变组织诊断方法与THz 成像的分析  48-57
  4.1 常用的上皮癌变组织诊断方法  48-50
  4.2 THz 成像重构的方法  50-54
  4.3 THz 成像结果分析  54-55
  4.4 本章小结  55-57
第五章 总结与展望  57-59
  5.1 研究工作总结  57-58
  5.2 下一步工作计划  58-59
参考文献  59-62
发表论文和参加科研情况说明  62-63
致谢  63

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中图分类: > 医药、卫生 > 基础医学 > 医用一般科学 > 其他科学技术在医学上的应用
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