生物组织在超宽太赫兹频段的偏振光谱和成像研究

An efficient broadband polarization sensitive terahertz spectrometer, which combines the polarization controllable method of terahertz wave generated from laser-induced air plasma and the technique of polarization sensitive detection of pulsed terahertz wave using air plasma, has been realized and it can cover the entire terahertz gap from 0.1THz to 10THz. This project will investigate the ultra-broadband spectroscopic feature and polarization related properties for biomedical tissues using this broadband polarization sensitive terahertz spectrometer. The amplitude, phase and polarization information of terahertz pulse interacted with the tissues will be measured to distinguish different kinds of tissues, especially the normal and tumor tissues. The raster-scan polarization imaging will be preformed to label the areas of different kinds of tissues, which will provide critical image information for medical diagnosis. To better outline the region of tumor tissue, the contrast-agent imaging technique will be introduce to THz polarization imaging. The contrast-agents will be integrated with tumor cells specially, which will increase the signal intensity of the tumor tissue in the image and enhance the contrast between the tumor and normal tissues. The contrast-agent enabled terahertz imaging will play an important role in the early diagnosis and precise identification of tumor tissues.

本申请人发展了利用空气等离子体对脉冲太赫兹波进行偏振探测的技术，与空气等离子体产生太赫兹波的偏振态可控性相结合，可实现光谱范围覆盖整个太赫兹间隙（0.1-10THz）的超宽光谱偏振敏感的时域光谱分析。本项目拟利用此技术，对生物组织样品在太赫兹波段的光谱特征、旋光特性等进行测量，以期根据与生物组织样品作用后太赫兹波振幅、位相及偏振变化来辨别不同种类、不同健康状态的组织结构，尤其是正常组织和肿瘤组织。并通过对生物组织样品进行逐点扫描偏振成像，辨析被测样品的不同组织结构区域，为医学诊断提供图像指导。为提高THz成像技术对肿瘤组织的识别能力，拟采用偏振成像与造影技术相结合的方法，使用造影剂与肿瘤组织细胞进行特异性结合，提高成像时肿瘤组织的信号强度，增强肿瘤组织与正常组织的对比度，为病变区域早期诊断和更精确的辨析提供更好的技术支持。

本申请人发展了利用空气等离子体对脉冲太赫兹波进行偏振探测的技术，与空气等离子体产生太赫兹波的偏振态可控性相结合，可实现光谱范围覆盖整个太赫兹间隙（0.1-10THz）的超宽光谱偏振敏感的时域光谱分析。本项目拟利用此技术，对生物组织样品在太赫兹波段的光谱特征、旋光特性等进行测量，以期根据与生物组织样品作用后太赫兹波振幅、位相及偏振变化来辨别不同种类、不同健康状态的组织结构，尤其是正常组织和肿瘤组织。并通过对生物组织样品进行逐点扫描偏振成像，辨析被测样品的不同组织结构区域，为医学诊断提供图像指导。为提高THz成像技术对肿瘤组织的识别能力，拟采用偏振成像与造影技术相结合的方法，使用造影剂与肿瘤组织细胞进行特异性结合，提高成像时肿瘤组织的信号强度，增强肿瘤组织与正常组织的对比度，为病变区域早期诊断和更精确的辨析提供更好的技术支持。.对生物样品进行超宽光谱测量，着重分析其在3-10THz范围内的吸收特性。比较多种生物样品，尤其是正常组织和肿瘤组织等，在超宽光谱范围内吸收特征的差异，用于光谱和成像识别。为消除生物组织所含水分对太赫兹光谱的影响，对其做低温处理，并系统分析不同温度下材料在太赫兹波段的旋光特性。通过改变空气等离子体产生太赫兹波中基频光和倍频光的相对位相，控制辐射太赫兹波的偏振方向，分别对生物样品进行太赫兹逐点扫描成像。研究纳米颗粒水溶液在不同质量浓度、不同照射激光强度下对太赫兹信号的影响；对纳米颗粒进行表面修饰使其与肿瘤组织细胞进行特异性结合，研究其在特定波长激光照射下太赫兹偏振成像， 并与未结合纳米颗粒前的图像进行比较研究。 然后，利用磁纳米颗粒作造影剂，研究磁纳米颗粒水溶液在不同粒径、不同质量浓度、不同交变磁场频率和强度下的温度响应以及相应的太赫兹信号的变化；接着对其进行表面修饰使其与肿瘤组织细胞进行特异性结合，研究其在交变磁场下的偏振成像并与未结合纳米颗粒前的图像进行对比分析。