太赫兹技术在医学检测和诊断中的应用分析20140706104237_302

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1、目录1绪论12太赫兹光谱和成像技术23　用于生物分子检测的太赫兹技术33.1　氨基酸和多肽33.2　蛋白质33.3　DNA44　用于生物组织检测的太赫兹技术54.1　角膜组织54.2　脑组织64.3　牙齿组织64.4　骨组织74.5烧伤组织74.6　其他组织85　结　论8参考文献9太赫兹技术在医学检测和诊断中的应用分析摘　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、太赫兹光谱和成技术；重点讨论了近年来太赫兹光

2、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1绪论太赫兹波，一般是指频率范围在0.1~1.0THz（波长范围30μm~3mm）间的电磁辐射波。1THz等于1012Hz，或者等于4meV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“THz空隙”。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

3、的进展，太赫兹辐射技术的应用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、转动光谱以及分子间弱的相互作用力（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

4、性的进展，太赫兹辐射技术的应用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、转动光谱以及分子间弱的相互作用力（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）8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敏度，适合作为医学成和癌症检测技术的工具；（3）太赫兹辐射光子能量

5、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，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

6、相关领域中的应用做了简要的综述。2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－克勒尼希系式变换得到。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－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

7、料的特性。自从1995年将太赫兹时域谱用于成像以来，太赫兹成像技术已经有了飞速发展。太赫兹成像利用太赫兹成像系统的太赫兹射线照射样本，通过对成像样本的透射谱或反射谱的信息进行处理、分析，得到样品的太赫兹图像。根据不同的需要，可以使用不同的成像方法，如太赫兹时域逐点扫描成像、太赫兹实时焦平面成像、太赫兹波计算机辅助层析、连续波成像和近场成像等。太赫兹成像技术可以分为脉冲太赫兹波成像和连续波太赫兹成像两种技术。依据透过成像样本（或从样本反射）8的太赫兹波的强度和相位包含的样品复介电函数的空间分布信息，脉冲太赫兹波成像能

8、够将透射太赫兹波的强度和相位的二维信息记录下来，并经过适当的处理和分析得到样本的太赫兹图像。连续波太赫兹成像是依据物体内部的缺陷或损伤的边缘对太赫兹波的散射效应，会影响太赫兹波电磁场的强度分布，反映到物体的太赫兹波图像上为明暗即强度的不同，从而可推测出物体内部的形状、缺陷或损伤位置。连续波太赫兹成像实际是一种强度成像。3　用于生物分子检测的太赫兹技术　　太赫