快速扫描太赫兹时域光谱系统及其应用于角膜组织水分检测的关键技术研究

Monitoring water content in corneal tissues may have clinical significance for earlier diagnosis of many corneal disease. Currently available practice for the measurement of corneal hydration is extremely inaccurate and a point measurement.Due to the high sensitivity of THz radiation to water,THz imaging may be ideally suited to directly measure corneal hydration.However,as THz imaging moves from the laboratory to the clinic,an important aspect of system design that will nead addressing is further investigations of improving the imaging speed.This proposal provides not only more accurate spectral imformation using the inexpensive fast-scan optical delay based on a novel mechanical stage,but also quick measurements of the water two-dimensional mapping in corneal tissue. The proposal is organized as follows: 1)Research on the fast-scan terahertz time domain spectroscopy with high spectral resolution.2)Research on the simulation of THz-Corneal tissue interaction.3)Research on the acquisition and imaprovement for THz imaging of the water two-dimensional mapping in corneal tissue.4)Research on the system for the measurement of the water content in corneal tissues and the demonstration of the potential application of fast-scan terahertz time domain spectroscopy system for hydration monitoring in corneal tissues. Our proposal will promote greatly investigation of terahertz imaging to the field of ophthalmology.Furthmore,it will support to fundamental research of hydrodynamics of the cornea with its data in lab and will provide a diagnostic tool in clincal ophthalmology.

角膜水分监测对于许多角膜疾病的早期诊断具有重要的临床意义。目前的角膜水分检测手段精确度较低且为单点检测。研究表明，太赫兹时域光谱（THz-TDS）对水具有高灵敏性，非常适用于角膜组织的水分检测。然而，目前的THz-TDS系统若走向实际应用亟需成像速度的进一步提高。本项目拟实现低成本易集成的快速扫描THz-TDS系统，在得到样品光谱进行微观分析的同时，快速监测角膜组织水分的宏观情况，得到角膜组织水分的二维分布图像，以应用于临床诊断。研究内容包括：1）研究高频谱分辨快速扫描THz-TDS系统的关键技术；2）研究太赫兹波与角膜组织水分子的相互作用；3）研究角膜组织在太赫兹波段的成像可见性； 4）建立角膜组织THz水分检测系统，验证快速太赫兹成像监测角膜水分的应用前景。本项目的研究结果将有力推进太赫兹成像在眼科学领域的应用研究，并为角膜水动力学的基础研究和眼科临床研究提供新的实验支撑和诊段手段。

角膜水分监测对于许多角膜疾病的早期诊断具有重要的临床意义。目前角膜水分检测手段精确度极低且单点检测。太赫兹对水具有高灵敏性，因而太赫兹成像非常适用于角膜的水分检测。然而，太赫兹成像从实验室走向临床亟需成像速度的进一步提高。本项目针对角膜水分检测和太赫兹时域光谱系统的现存问题，提出了一个快速扫描太赫兹时域光谱系统。利用音圈电机平台较低成本地实现快速的太赫兹光谱扫描，提供高精度的样品光谱进行微观分析；并快速监测角膜的宏观情况，得到角膜水分信息。该工作主要包括：1. 研究开发了一种基于音圈电机平台的快速光学延迟线。该光学延迟线利用简单可靠的结构同时实现较高的光谱扫描速度与范围，完全突破传统机械延迟线的技术瓶颈。2.利用快速光学延迟线，设计与实现了快速扫描太赫兹时域光谱系统。3. 实现了角膜的太赫兹检测。采用理论与实验相结合的方法对角膜进行了太赫兹光谱及成像测试。该系统极大地提高了太赫兹信号的采集速度，对于快速太赫兹光谱成像技术的研究具有参考意义；同时，本项目的角膜水分太赫兹检测实验将有力推进太赫兹技术在眼科学领域的实验研究，并为角膜水动力学的基础研究和眼科临床研究提供新的实验支撑和诊断手段。