1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 激光与光电子研究所, 天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 陆军军医大学西南医院神经外科, 重庆 400038
4 电子测试技术重点实验室, 山东 青岛 266555
脑缺血是一种常见的突发性脑外科疾病, 具有较高的致死致残率, 快速、 准确对脑缺血程度进行检测对脑缺血的诊断与治疗工作具有重要意义。 基于衰减全反射式太赫兹时域光谱技术, 分别对脑缺血时间为0, 0.5, 1, 2, 4, 6和24 h的大鼠脑脊液和血清进行光谱检测, 并对不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率随缺血时间的变化规律进行分析。 结果表明, 与对照组相比, 不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率均存在一定的差异。 在此基础上, 根据不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数, 采用主成分分析法和机器学习算法对大鼠的脑缺血程度进行自动分类识别。 其中, 基于脑脊液吸收系数的支持向量机分类模型的识别准确率相对较高, 达到了89.3％。 该方法为脑缺血的早期诊断提供一种新的检测方法。
太赫兹时域光谱 脑缺血 光谱识别 k-最近邻 支持向量机 Terahertz spectroscopy Cerebral ischemia Spectrum recognition k-Nearest Neighbor Support vector machine
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院,激光与光电子研究所, 天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 陆军军医大学西南医院神经外科, 重庆 400038
冲击波造成的脑创伤是目前较常见的致死致残疾病之一,对冲击性脑损伤的检测与分类具有重要意义。基于连续太赫兹波成像系统,对不同程度冲击波致伤的大鼠脑组织进行了连续太赫兹波衰减全反射成像检测,并采用支持向量机(SVM)分类器对不同创伤程度的脑组织太赫兹波成像结果进行分类识别。结果表明,太赫兹波衰减全反射成像技术可以实现对轻度、中度冲击性脑创伤脑部组织的检测。通过SVM分类器对不同创伤程度的脑部组织成像结果进行分类识别,其分类识别准确率可以达到86.36%。太赫兹波成像技术有望实现对不同程度冲击性脑创伤的早期精确检测与诊断。
医用光学 太赫兹波 衰减全反射 冲击性脑创伤 支持向量机 光学学报
2022, 42(10): 1017001
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所，天津300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津300072
3 陆军军医大学第一附属医院神经外科，重庆400038
4 天津大学生命科学学院天津市微纳生物材料与检疗工程技术中心，天津300072
乳腺癌是女性常见癌症之一，乳腺癌区域的精准检测对乳腺癌的治疗有至关重要的作用。本文采用频率为2.52THz的连续太赫兹波反射式成像系统，对小鼠在体皮下乳腺癌模型进行了太赫兹波成像检测。研究结果表明，太赫兹波成像可以清晰识别出乳腺癌区域，且与肉眼可见肿瘤区域一致。在体乳腺癌区域的太赫兹波相对反射率高于正常组织，两者相对反射率差值高达15%。进一步，对距离皮肤表面不同深度的离体乳腺癌组织进行切片和苏木精-伊红（H&E）染色，作为金标准对照。结果发现乳腺癌区域的面积随着距离皮肤表面深度的增加而增大。通过将太赫兹波成像与H&E染色结果对比可知，在距离皮肤表面约460μm处，太赫兹波图像和H&E染色图中的肿瘤区域面积相等。由此可知，太赫兹波对在体皮下乳腺癌的探测深度大约在460μm左右，太赫兹波有望实现深部肿瘤的检测。
乳腺癌 连续太赫兹波 反射成像 乳腺肿瘤诊断 Breast cancer continuous terahertz wave reflection imaging breast tumor diagnosis
1 廊坊师范学院, 河北 廊坊 065000
2 北华航天工业学院, 河北 廊坊 065000
3 石家庄铁道大学交通运输学院, 河北 石家庄 050043
4 北京农业信息技术研究中心, 北京 100097
作为一类新型建筑涂料, 反射隔热涂料凭借其节能、 环保等优势已广泛应用于建筑的施工建设; 建筑反射隔热涂料性能的高、 低直接影响建筑节能、 环保性能的优劣, 且对建筑室内环境具有较大影响。 建筑反射隔热涂料主要通过对太阳辐射（可见光-近红外）与建筑辐射（热红外）的反射、 吸收等作用实现其节能、 环保作用。 对于特定建筑反射隔热涂料, 其与光的相互作用主要取决于涂料的施工参量, 如涂料施工厚度。 利用高光谱技术定量分析建筑反射隔热涂料的反射、 吸收特性, 研究涂料施工参量（厚度）对建筑反射隔热涂料性能的影响规律, 为涂料施工检测提供科学技术支撑。 研究借助高光谱技术, 测定涂料不同施工厚度的光谱数据, 分析涂料光谱特征随施工厚度增加的演变规律, 研究可表征涂料施工厚度的涂料指数, 并将涂料光谱数据及由其构建的涂料指数分别与涂料厚度进行相关性分析, 提取并筛选对涂料施工厚度敏感的指标, 构建涂料施工厚度检测模型, 探寻适用于涂料施工厚度检测的方法。 研究表明: （1）位于420～1 070 nm区间的光谱数据对0.1～2.5 mm的涂料厚度较为敏感且其与涂料施工厚度的相关系数r均较高且相对稳定, 表明该光谱区间对涂料厚度的敏感性较好, 可用于涂料厚度的检测; （2）与原始光谱相比, 涂料指数可有效提升光谱对涂料厚度的敏感性, 在5类涂料指数中由484和479 nm构建的RCI指数是表征涂料厚度的最佳参量; （3）在5类涂料指数中, 基于RCI指数构建的涂料厚度检测模型的精度最高, 为最优模型, 其R2=0.973, RMSE=0.185, RPD=4.018。
高光谱 反射隔热涂料 涂料指数 吸收峰深度 Hyperspectral Reflective thermal insulation coatings Coating index Absorption peak depth 光谱学与光谱分析
2020, 40(8): 2552
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 陆军军医大学西南医院神经外科, 重庆 400038
脑缺血是神经外科的常见疾病之一,目前急需一种快速、准确的脑缺血检测方法。利用透射式太赫兹时域光谱技术对脑缺血组织进行检测,为减小个体差异的影响,通过计算左脑与右脑的太赫兹吸收系数的相对差异研究脑组织的缺血程度。实验发现,随着缺血时间的增加,新鲜组织的左右脑吸收系数的相对差异先变大后减小,主要原因是缺血区域的水含量升高和细胞密度下降;而石蜡包埋的脑缺血组织的左右脑吸收系数的相对差异逐渐减小,主要原因是缺血区域的细胞密度逐渐下降。结果表明,利用太赫兹时域光谱系统可以实现最早缺血2 h的脑缺血组织的检测,为脑缺血的早期无标记快速诊断提供了有效的技术手段。
太赫兹时域光谱系统 脑缺血 吸收系数 相对差异 新鲜组织 石蜡包埋组织
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所, 天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 陆军军医大学第一附属医院神经外科, 重庆 400038
采用Feeney's方法制备了鼠脑创伤模型,利用太赫兹波透射式成像系统对鼠脑的组织切片进行成像检测,结果表明:鼠脑创伤区域相比于正常区域具有更低的透过率。采用三维重构技术实现了鼠脑的三维建模,该模型可以清楚地反映鼠脑内部创伤区域的空间分布。基于太赫兹波多深度切片成像的三维重建技术在生物医学精确诊断方面具有巨大的应用潜力。
医用光学 生物医学成像 外伤性脑损伤 太赫兹波 三维重建
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所,天津 300072
2 天津大学 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 陆军军医大学第一附属医院 神经外科, 重庆 400038
太赫兹波具有良好的光谱特性、非电离性和对许多非极性材料具有穿透性, 在无损探伤、安检、生物医学诊断、艺术品鉴别等领域表现出许多独特的优点。特别是, 太赫兹波三维成像技术能够实现样品内部信息探测, 逐渐成为当前的研究热点, 并展现出广阔的发展前景。本文重点介绍了太赫兹波三维成像的几种常用技术, 包括其基本原理和对应的研究进展, 并分析了存在的问题和发展趋势。
太赫兹波 三维成像 计算机辅助层析 光学相干层析 飞行时间层析 Terahertz wave three-dimensional imaging computed tomography optical coherence tomography time of flight tomography
1 华中科技大学 光学与电子信息学院， 武汉 430074
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所， 绵阳 621900
3 西南医院， 重庆 400038
4 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电子信息系， 天津 300072
为了探讨不同缺血时间的大鼠脑组织在0.4THz～0.95THz频段内的吸收特征，采用线栓法制备大鼠脑缺血模型，利用透射式太赫兹时域光谱仪对缺血大鼠脑组织进行检测，并进行了理论分析和实验验证，取得了缺血大鼠脑组织在0.4THz～0.95THz频段内吸收系数。结果表明，缺血时间不同的脑组织对太赫兹波呈现出各异的吸收特性，这是由缺血所致脑损伤级联反应中的兴奋性氨基酸、无氧呼吸所产生的乳酸等中间产物以及钙离子超载导致一氧化氮大量合成所造成的。这一结果对于研究缺血脑损伤的病理机制具有一定的指导作用和应用价值。
生物光学 吸收系数 太赫兹时域光谱 脑缺血损伤 biotechnology absorption coefficient terahertz time-domain spectroscopy ischemic brain injury
1 中国工程物理研究院流体物理研究所物理与生物医学交叉实验室, 四川 绵阳 621900
2 重庆市第三军医大学西南医院神经外科, 重庆 400038
由于传统方法在脑疾病治疗方面的局限性, 低照度光疗法越来越受到重视。低照度光疗法利用波长在600 nm-1 100 nm的低功率激光或者准单色光以非破坏和非热行为来调制生物过程, 用于促进伤口愈合, 抑制感染、水肿以及减轻疼痛等。近来, 研究者进行了大量低照度光治疗脑损伤疾病方面的实验, 研究对象从细胞、动物模型到人类, 病症从卒中, 急性脑创伤到慢性脑损伤以及神经退行性病变等。研究结果表明, 低照度光疗法有可能应用于脑部损伤疾病的治疗。介绍了低照度光疗法的机理、应用, 并对低照度光疗法的治疗参数, 包括治疗窗口、波长以及剂量等进行了回顾。
低照度光疗法 卒中 脑创伤 神经退行性病变 low level light therapy stroke traumatic brain injury neurodegeneration
