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不同癌变组织太赫兹光谱及其比较研究

作　者: 陈涛
导　师: 何明霞
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: 太赫兹时域光谱比较研究癌变诊断成像判别分析
分类号: R312
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 3次
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内容摘要

近年来太赫兹时域光谱技术作为自然科学领域异军突起的一种新兴技术越来越受到人们的关注，尤其是在生物医学领域，科学工作者寄希望于该技术能够更好的在肿瘤诊断、烧伤治疗等领域发挥作用，造福人类。本课题的目的在于运用太赫兹时域光谱技术对生物医学领域中常见的恶性癌变组织进行诊断研究，在实验技术和理论分析方面积累经验，缩小与国外同类别研究的差距。比较研究主要体现在：实验方式分为透射式和反射式；实验对象分为石蜡封装的基底细胞癌组织和新鲜癌变组织。本课题总结了太赫兹技术在生物医学领域的应用，包括太赫兹辐射效应、太赫兹光谱技术和太赫兹成像技术。在了解皮肤结构和组成物质的基础上重点对组织中的水化作用展开了研究，引入了皮肤分层模型和Debye模型，得到了不同状态下水在太赫兹频段的介电特性。通过透射式太赫兹时域光谱技术，运用1.3THz下的吸收系数获得了基底细胞癌样品的图像，并从病理学的角度给予解读，获得了癌变区域和健康区域的复介电常数。同时运用MATLAB和LabVIEW混合编程设计了不同方法的成像界面。反射式太赫兹时域光谱技术的实验研究也取得了进展。搭建了自行设计的光纤化的反射式实验系统，论证了系统搭建过程中透镜及参数的选择，光纤色散及补偿问题，系统的频谱宽度为0.15～1.2THz，光斑直径为3mm，满足测量要求。同时对新鲜健康皮肤组织、脂肪瘤组织、基底细胞癌组织开展了研究，得到了区分度明显的吸收系数谱线。在反射式光纤化系统搭建和实验方法技巧方面积累了经验。使用统计学方法-判别分析实现了对癌变区域和健康区域正确的区别，实现了定量检测，为将来太赫兹时域光谱技术用于医学临床奠定了基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-17
  1.1 太赫兹波科学技术在生物医学领域的应用研究  8-11
    1.1.1 太赫兹辐射效应在生物医学中的研究  9-10
    1.1.2 太赫兹光谱技术在生物医学上应用  10
    1.1.3 太赫兹成像技术在生物医学中的研究  10-11
  1.2 肿瘤病理学诊断方法  11-14
  1.3 反射式太赫兹时域光谱成像技术用于医学的研究  14-15
  1.4 项目主要研究工作  15-17
第二章太赫兹波与皮肤组织作用机理  17-33
  2.1 皮肤的结构和组成物质  17-18
  2.2 基于水化作用的皮肤分层模型  18-22
  2.3 不同水状态对太赫兹波吸收的影响  22-25
    2.3.1 气态水对太赫兹吸收的研究  22-23
    2.3.2 液态水对太赫兹吸收的研究  23-24
    2.3.3 液体水Debye模型  24-25
  2.4 太赫兹波用于医学成像的原理  25-32
    2.4.1 透射式信号提取方法  25-27
    2.4.2 反射式信号提取方法  27-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章透射式太赫兹光谱的病理学分析与成像界面设计  33-45
  3.1 光电导太赫兹时域光谱系统介绍  33-37
    3.1.1 关键器件介绍  34-36
    3.1.2 光学传输系统  36-37
  3.2 样品制备与实验过程  37-38
  3.3 图像重构与病理学分析  38-40
    3.3.1 实验数据处理  38
    3.3.2 图像重构  38-39
    3.3.3 基于病理学的太赫兹图像分析  39-40
  3.4 Debye模型验证  40-41
  3.5 成像界面设计  41-43
  3.6 本章小结  43-45
第四章不同新鲜癌变组织的反射式太赫兹光谱及其比较  45-60
  4.1 全光纤传输的反射式太赫兹时域光谱系统构成  45-51
    4.1.1 光纤化的太赫兹天线  46-47
    4.1.2 太赫兹抛物镜的选用  47-50
    4.1.3 透射式和反射式系统比较  50-51
  4.2 光纤色散问题分析  51-53
    4.2.1 色散的引入  51
    4.2.2 高斯光脉冲中的色散  51-53
    4.2.3 色散补偿  53
  4.3 样品制备与样品池设计  53-55
  4.4 反射式实验步骤  55-57
  4.5 反射式太赫兹谱线分析  57-59
    4.5.1 样品探测结构的探索研究  57-58
    4.5.2 三种新鲜生物组织的反射式谱线  58-59
  4.6 本章小结  59-60
第五章太赫兹光谱的判别分析  60-66
  5.1 判别分析的引入  60-61
  5.2 癌变组织太赫兹光谱的判别分析  61-65
  5.3 本章小结  65-66
第六章全文总结与展望  66-69
  6.1 研究工作的成绩  66-67
  6.2 工作展望  67-69
参考文献  69-73
发表论文和参加科研情况说明  73-74
致谢  74

不同癌变组织太赫兹光谱及其比较研究

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