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
太赫兹（THz）波是频率范围在0.1~10 THz的电磁波，具有低能性、宽带性、指纹光谱、对水敏感等特点。随着太赫兹技术的发展，太赫兹成像技术在生物医学诊断、无损检测和安检等领域表现出许多独特的优点，得到了越来越广泛的关注。主要概述目前常用的太赫兹成像技术，详细介绍脉冲太赫兹成像技术、连续太赫兹成像技术、太赫兹近场成像技术及太赫兹实时成像技术的发展现状，并介绍太赫兹成像技术在安全检查、无损检测和生物医学领域的典型应用，最后对太赫兹成像技术的未来发展进行展望。
太赫兹波 太赫兹成像 远场成像 近场成像 实时成像 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811004
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 天津工业大学电子与信息工程学院天津市光电检测技术与系统重点实验室, 天津 300387
2 南开大学现代光学研究所, 天津 300071
提出了一种基于双复合结构层(CSLs)的宽带太赫兹超材料吸收体,其中复合结构层I由4个不同的圆环金属结构组成,复合结构层II由4个不同的方形金属结构组成。采用时域有限差分法详细研究和讨论了吸收体的吸收谱线、磁场能量分布、表面电流分布,以及偏振角度和入射角度对吸收的影响。结果表明:该吸收体能够有效抑制高阶共振峰,特别是当太赫兹波正入射时,吸收率大于90%的吸收带宽可达0.722 THz,中心频率为2.041 THz。
材料 超材料 太赫兹 复合结构 宽带吸收体 时域有限差分法
