一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组织的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组织的方法及其应用，包括以下步骤：设计太赫兹源，产生脉冲太赫兹波垂直辐射到生物组织表面，产生的脉冲太赫兹波能量为uJ量级、持续时间为ps量级；接收生物组织通过太赫兹波光声效应产生的光声信号；通过接收的光声信号之间的差异来区分生物组织，实现不同生物组织的检测，光声信号之间的差异包括光声信号之间的幅值、接收时间和波形信息的不同。检测离体组织时，生物组织设置在太赫兹源和超声波探测器之间；检测在体组织时，太赫兹源和超声波探测器均设置在在体组织的外表面。用于检测血液成分和不同皮肤组织。利用脉冲太赫兹波实现了在体组织的快速、无损检测。无损检测。无损检测。

【技术实现步骤摘要】
一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组织的方法及其应用


[0001]本专利技术属于太赫兹成像
，涉及一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组织 的方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，太赫兹波因其非电离、宽频带、高信噪比等特性为生物医学的研究带来一 种全新、无标记、非侵入的检测方法。随着太赫兹源的发展，尤其是能量高达mJ量级的 太赫兹脉冲产生，人们对生物组织在太赫兹波段的研究不再局限于非热效应。同时，在 皮肤癌等疾病诊断中，金标准为组织病理学检测，组织病理学检测作为一种有创检测， 在诊断过程中可能会因肿瘤边界不清造成过度手术、误切或无法全切等后果导致治疗失 效。在临床环境中使用太赫兹技术对目标组织的探测手段中，血液成分可能会对皮肤、 乳腺、消化道等目标肿瘤区域的太赫兹信号接收造成很大程度上的干扰。
[0003]虽然太赫兹成像技术在生物医学的应用已得到广泛关注和认可，但目前仍有诸多不 足。一是在活体组织检测中，太赫兹波被活细胞中的大量水分子吸收，生物组织特征吸 收峰信号被埋没。二是成像速度问题，太赫兹脉冲成像可以获得较高成像分辨率，但其 通过二维样品移动台光栅式逐点扫描耗时很大，对待测环境要求较高，在动态太赫兹成 像上仍有很大的发展空间。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组织的方法及 其应用，以解决目前利用太赫兹成像技术进行活体组织检测时，太赫兹波被活细胞中的 大量水分子吸收，生物组织特征吸收峰信号被埋没，无法通过太赫兹波光谱来区分不同 生物组织的问题，以及现有太赫兹成像系统速度慢、耗时大、对待测环境要求高的问题。
[0005]本专利技术实施例所采用的技术方案是：一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组织的 方法，包括以下步骤：
[0006]设计太赫兹源，产生脉冲太赫兹波垂直辐射到生物组织表面；
[0007]接收生物组织通过太赫兹波光声效应产生的光声信号；
[0008]通过接收的光声信号之间的差异来区分生物组织，实现不同生物组织的检测。
[0009]本专利技术实施例所采用的另一技术方案是：一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组 织的方法的应用，用于检测血液成分。
[0010]本专利技术实施例所采用的另一技术方案是：一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组 织的方法的应用，用于检测不同皮肤组织。
[0011]本专利技术实施例的有益效果是：
[0012]1.通过对接受的光声信号进行差异区分，实现了利用脉冲太赫兹波对在体组织的快速、 无损检测，解决了目前利用太赫兹成像技术进行活体组织检测时，太赫兹波被活细胞中 的大量水分子吸收，生物组织特征吸收峰信号被埋没，无法通过太赫兹波光谱来区分
不 同生物组织的问题；
[0013]2.具有成像速度快、灵敏度高、对比度和分辨率优等特点，解决了现有太赫兹成像系 统速度慢、耗时大、对待测环境要求高的问题；
[0014]3.对血液成分、皮肤组织的光声信号进行了成分分析，实现了利用太赫兹光声效应对 不同皮肤组织和血液成分进行检测和区分，为生物组织太赫兹光声成像实验研究提供了 一定的理论依据，对探测器、探测方式、太赫兹源以及组织适用类型的选取具有重要意 义。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有 技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还 可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1是六个不同传播时间的光声信号在血栓中的传播图，其中，(a)100ps，(b)20ns， (c)50ns，(d)100ns，(e)200ns，(f)400ns。
[0017]图2是1.0THz辐射时血栓中心表面A点处光声信号时域图。
[0018]图3是1.0THz不同时间点截线L上接收的光声信号图。
[0019]图4是血栓、全血和血浆在距辐照平面0.2mm处光声信号对比图。
[0020]图5是不同前向探测点示意图。
[0021]图6是前向探点A、B、C、D探点位置处光声信号时域图(平面波辐照)。
[0022]图7是前向探点C、E、F、G、H探点位置处光声信号时域图(平面波辐照)。
[0023]图8(a)是前向探点A、B、C、D处光声信号频域图(平面波辐照形式)。
[0024]图8(b)是前向探点C、E、F、G、H处光声信号频域图(平面波辐照形式)。
[0025]图9是前向探点A、B、C、D探点位置处光声信号时域图(高斯分布辐照)。
[0026]图10是前向探点C、E、F、G、H探点位置处光声信号时域图(高斯分布辐照)。
[0027]图11是前向探点位置处光声信号频域图(高斯分布辐照形式)。
[0028]图12是1.0THz辐射时不同太赫兹波辐照能量下A点探测的最大声压。
[0029]图13是1.0THz辐射时不同太赫兹波聚焦半径下A点探测的最大声压。
[0030]图14是1.0THz辐射时不同太赫兹波脉冲持续时间下A点探测的最大声压。
[0031]图15是不同太赫兹波频率下A点探测的最大声压。
[0032]图16是不同太赫兹波辐照形式对光声信号传播影响，其中，(a)平面波形式，t＝500ns， (b)高斯分布形式，t＝500ns。
[0033]图17是正常皮肤组织受照表面中心M处光声信号。
[0034]图18是皮肤分层组织(角质层、表皮层和真皮层)太赫兹波段光学参数曲线图，其 中，(a)是复折射率曲线图，(b)是吸收系数曲线图。
[0035]图19是基底细胞癌和正常皮肤的太赫兹波段光学参数曲线图，其中，(a)是复折射率 曲线图，(b)是吸收系数曲线图。
[0036]图20是正常皮肤组织辐照半径外表面处光声信号。
[0037]图21是含BCC皮肤分层模型结构图。
[0038]图22是含有不同基底细胞癌病变区域大小的幅照表面中心M处光声信号。
[0039]图23是含有不同基底细胞癌病变区域大小的幅照表面中心M处光声信号(局部放大)。
具体实施方式
[0040]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0041]实施例1
[0042]本实施例提供一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组织的方法，通过能量为uJ量 级、持续时间为ps量级的脉冲太赫兹波垂直辐照到生物组织表面，通过超声波探测器来 接收生物组织通过太赫兹波光声效应产生的光声信号，通过接收到的光声信号的差异来 区分生物组织，实现不同生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组织的方法，其特征在于，包括以下步骤：设计太赫兹源，产生脉冲太赫兹波垂直辐射到生物组织表面；接收生物组织通过太赫兹波光声效应产生的光声信号；通过接收的光声信号之间的差异来区分生物组织，实现不同生物组织的检测。2.根据权利要求1所述的一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组织的方法，其特征在于，产生的脉冲太赫兹波能量为uJ量级、持续时间为ps量级。3.根据权利要求1所述的一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组织的方法，其特征在于，光声信号之间的差异包括光声信号之间的幅值、接收时间和波形信息的不同。4.根据权利要求1所述的一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组织的方法，其特征在于，通过超声波探测器接收生物组织通过太赫兹波光声效应产生的光声信号；超声波探测器的位置根据检测的生物组织类型进行确定：如果检测的生物组织为离体组织，则采用前向探测方法，将生物组织设置在太赫兹源和超声波探测器之间；如果检测的生物组织为在体组织，则采用后向探测方法，太赫兹源和超声波探测器均设置在在体组织的外表面。5.根据权利要求1所述的一种利用太赫兹波的光声效应检测生物组织的方法，其特征在于，设计太赫兹源时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩一平，韩智超，常超，周喜康，赵文娟，崔志伟，汪加洁，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：