Диссертация (1025280), страница 9
Текст из файла (страница 9)
1.15 приведены терагерцовые спектральные характеристикижировой ткани, фиброзной ткани и рака молочной железы [37], полученные на основе исследования совокупности образцов здоровых и пораженныхтканей. Отметим, что представленные характеристики тканей при патологии соответствуют усреднению характеристик сразу нескольких видов ракамолочной железы. Очевидно наличие статистических различий в спектральных характеристиках тканей в норме и при патологии. На Рис. 1.16 приведены результаты терагерцового импульсного имиджинга образца свежеудаленного рака молочной железы.
Рассмотрены два подхода к построению46k, см-110350304050602501020304050600,30,60,91,21,51,82,4Рак грудиФиброзная тканьЖировая ткань3002,2200nα, см-120k, см-11502,01,81001,6500(a)0,30,60,91,2ν, THz1,51,8(б)ν, THzРис. 1.15. Терагерцовые спектральные характеристики рака груди, фиброзной и жировой ткани in vitro [37]: (а) ҫ коэффициент поглощения α; (б) ҫ показатель преломления n.Отметим, что изучались свежеудаленные ткани, а характеристики патологии иллюстрируют усредненные спектральные характеристики нескольких видов ракапараметрических изображений тканей на основе анализа формы терагерцового импульса E (t), один из которых в качестве признака использует максимальную амплитуду сигнала Emax , а другой ҫ отношение Emax /Emin .
Второй подход (Рис. 1.16 (б)) демонстрирует лучшую согласованность результатов параметрического имиджинга с данными гистологических исследований(Рис. 1.16 (в)).Несмотря на то, что неинвазивное исследование терагерцовых спектральных характеристик тканей молочной железы невозможно по причинеограниченной глубины проникновения терагерцового излучения, наличиеконтраста в спектральных характеристиках демонстрирует возможностьразработки новых методов интраоперационной диагностики.
Диагностикав процессе хирургического вмешательства позволит существенно снизитьобъем хирургически удаляемых тканей, а соответственно, минимизироватьнаносимый пациенту косметический вред.47ТГц параметрическоеизображение 2ТГц параметрическоеизображение 1Гистологическиеисследования0,06860,03Emax0,044Emax/Emin0,050,024 мм(а)0,010,004 мм(б)2(в)Рис. 1.16. Терагерцовый импульсный имиджинг свежеудаленныхтканей рака груди in vitro [37]: (б) ҫ параметрическоеизображение, соответствующее параметру Emax ; (в) ҫ параметрическое изображение, соответствующее параметру Emax /Emin ; (а) ҫ результаты гистологических исследований образцаМалоинвазивная терагерцовая диагностика заболеваний внутренних органовЕще одним потенциальным приложением методов терагерцовой импульсной спектроскопии является малоинвазивная диагностика заболеванийполостей тела и внутренних органов.
В статьях [214] и [215] изучалась возможность диагностики цирроза и рака печени. Авторами продемонстрированы различия в терагерцовых спектральных диэлектрических и оптическиххарактеристиках больных и здоровых тканей in vitro. В работах [31, 34, 35]показана возможность дифференциации рака, диспластических и здоровыхтканей кишечника.
На Рис. 1.17 приведены спектральные характеристикиздоровой и пораженной раком ткани кишечника.Исследования в данной области ведутся, однако авторы ограничиваются исключительно измерениями тканей in vitro. Дальнейшее развитиеданных исследований затруднено отсутствием эффективных методов доставки терагерцового излучения к труднодоступным объектам диагностики.Создание терагерцовых волноводов и эндоскопических систем для нуждмедицинской диагностики позволит существенно расширить разнообразиемедицинских приложений методов терагерцовой импульсной спектроскопии.484,0250Пораженная ткань3,5200Здоровая ткань3,0nα, см-11502,51002,01,50,0(a)500,20,40,6ν, THz0,81,000,0(б)0,20,40,60,81,0ν, THzРис. 1.17.
Терагерцовые спектральные характеристики рака издоровой ткани кишечника in vitro [34]: (а) ҫ показатель преломления n; (б) ҫ коэффициент поглощения α.Спектральные характеристики патологии иллюстрируютусредненные спектральные характеристики несколькихобразцов различных типов ракаТерагерцовая спектроскопия в гистологических исследованияхВ работах [45,216ҫ218] терагерцовый импульсный имиджинг применялся для анализа гистологических образцов, в том числе тканей кожи, с целью их сегментации.
На Рис. 1.18 представлены данные терагерцовых гистологических исследований из работы [216]. Демонстрируются одновременнооптические гистологические изображения и результаты терагерцового параметрического имиджинга тканей, построенные на основе обработки сигналовимпульсного спектрометра во временной области. Наблюдается корреляциямежду амплитудой рассеянного образцом терагерцового поля и клеточнойструктурой тканей, что позволяет проводит сегментацию тканей на основеданных импульсного имиджинга. В отмеченной работе изучается влияниефиксации тканей парафином, водой и эмульсией парафина в воде на регистрируемые терагерцовые параметрические изображения. Наилучший контраст терагерцового имиджинга соответствует последнему подходу к фиксации тканей.
Влияние фиксации образца формалином на терагерцовые спектральные характеристики исследовалось в работе [219]. Показано, что фиксация изменяет терагерцовые спектральные характеристики биологическихтканей, однако контраст между тканями в нормальном состоянии и при на-49личии патологии сохраняется.Таким образом, наряду с неинвазивной, малоинвазивной и интроперационной диагностикой терагерцовая спектроскопия и имиджинг могут найтисвои приложения и в гистологичесих исследованиях.
В то де время для решения данной задачи необходимо существенно повышать пространственноеразрешение до субволнового масштаба [220, 221].ГистологическиеизображенияТГц имиджинг(парафин)ТГц имиджинг(вода)ТГц имиджинг(вода+парафин)(а)(в)(д)(ж)(б)(г)(е)(з)Рис. 1.18. Терагерцовый импульсный имиджинг двух гистологических образцов пораженных раком тканей [216]: (а) и(б) ҫ фотографии образцов, полученные с помощью оптической микроскопии; (в) и (г), (д) и (е), (ж) и (з)ҫ терагерцовые параметрические изображения гистологических образцов, фиксированных парафином, водой,эмульсией парафина в воде, соответственно.
Наилучшаякорреляция данных терагерцового имиджинга и цитологических исследований образца соответствуют его фиксации эмульсией50Проблема создания базы данных терагерцовых спектральных характеристик биологических тканейВвиду того, что исследования в области медицинской диагностики спомощью терагерцового электромагнитного излучения ведутся сравнительнонедавно (с конца XX века), до настоящего момента изучены терагерцовыехарактеристики ограниченного спектра биологических тканей в нормальномсостоянии и при наличии патологии. Наряду с изучением злокачественныхпоражений кожи, молочно железы и внутренних органов терагерцовая спектроскопия и имиджинг применялись для изучения ожогов кожи и анализа дегидратации тканей [222ҫ225], исследования химических поврежденийкостных тканей [226, 227], а также исследования тканей человеческого зуба [228, 229].Показана возможность применения терагерцовой импульсной спектроскопии и основанного на ней метода терагерцовой время-пролетной томографии (от английского «terahertz time-of-ѕight tomography») для диагностикидеминерализации зубной эмали [?, 87, 230].
Проводились исследования тканей роговицы человеческого глаза [231], а также крови человека [232ҫ235]. Вработе [236] продемонстрирована возможность диагностики диабета на основе анализа терагерцовых спектральных характеристик крови. Проводилисьисследования терагерцового отклика бактерий [237, 238].Проблема создания базы данных терагерцовых спектральных характеристик здоровых и пораженных тканей стоит весьма актуально. Отсутствиеданных о терагерцовых диэлектрических характеристик тканей в нормальном состоянии и при наличии патологии затрудняет разработку методов ихдифференциации, а соответственно, препятствует разработке и внедрениюметодов терагерцовой дагностики в медицинскую практику.Проблема повышения чувствительности методов терагерцовой импульсной спектроскопии и имиджингаНесмотря на то, что рассмотренные методы анализа данных терагерцовой импульсной спектроскопии во временной и частотной областях зарекомендовали себя как универсальный инструмент неинвазивных, малоинвазивных или интраоперационных исследований самых разных типов тканей,из проведенного обзора видна еще одна проблема терагерцовых импульсных51спектроскопических исследований сильно поглощающих сред и биологических тканей in vivo, а именно ҫ недостаточные чувствительность методов регистрации сигналов и точность методов решения обратных задач.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
