波再经过第二太赫兹透镜9，重新成为平行光，光斑大小与入射到第一太赫兹透镜7前的光斑大小相同，再通过第四镀金膜反射镜10的反射后最终被第二太赫兹探测器11探测，数据采集卡12同时采集两个太赫兹探测器探测到的信号，并将信号转换为数据后输送至计算机13，此外计算机13记录二维移动平台8的位置信息，得到脑组织样品不同位置处太赫兹波透射强度，绘制出脑组织样品图像。
[0034]根据上述检测装置的检测方法步骤如下:
[0035](I)太赫兹源发射太赫兹波，入射到所述金属线栅上，金属线栅反射的太赫兹波作为脑组织样品检测时的入射光被第一太赫兹探测器探测;金属线栅透射的太赫兹波作为脑组织样品检测时的透射光被第二太赫兹探测器探测；
[0036](2)将脑组织样品放置于二维移动平台，调整二维移动平台的位置，使得放置在二维移动平台上的脑组织样品处于第一太赫兹透镜的焦平面上，计算机记录二维移动平台的当前位置信息；上述透射光依次经第一太赫兹透镜、脑组织样品和第二太赫兹透镜后被第二太赫兹探测器探测;数据采集卡同时采集第一太赫兹探测器和第二太赫兹探测器探测到的信号并转换为数据后输送至计算机，分别得到脑组织样品在该位置处的入射光强和透射光强；
[0037](3)重复执行步骤(2)，最终获得脑组织样品上不同位置处的入射光强和透射光强;通过比尔-朗伯定律得到脑组织样品在上述所有位置的水分子体积浓度，最终绘制出脑组织样品的图像。
[0038]步骤(3)中所述通过比尔-朗伯定律得到脑组织样品在上述所有位置的水分子体积浓度的步骤如下:
[0039]由比尔-朗伯定律，光穿过物质的透过率T为:
[0040]T = 1ut/Iin = exp(-ad)
[0041]其中，I11^PIciut分别为入射光强和透射光强，单位为坎德拉，d为脑组织样品厚度，在具体实验中，考虑到透射的太赫兹波强度和探测器的灵敏度，一般取d的取值范围为10-60微米；
[0042]太赫兹波在富含水分的组织中是被水分和其他物质所吸收的，那么太赫兹波的吸收系数即为:
[0043]a —QwVw+QnwVnw — dwVw+Clnw( 1-Vw)
[0044]其中，a4Panw分别为水分子和其他组织的吸收系数，Vw和Vnw分别为水分子和其他组织的体积浓度，满足Vw+Vnw= I ；
[0045]因此太赫兹波穿过所述脑组织样品的透过率改写为:
[0046]T — ΘΧρ [ _( CtwVw+QnwVnw) d ]
[0047]实际上，水分子对太赫兹波的吸收远大于其他组织对于太赫兹波的吸收，所以对于富含水分子的脑组织样品，awVw> ^^^^是成立的。因此，水分子的体积浓度即为:
[0048]vw=-(lnT/awd)
[0049]由于在脑组织中，缺血程度不同的部位具体不同的水浓度，而当太赫兹波穿过缺血程度不同的部位时，其被脑组织吸收的程度亦不同。所以用太赫兹波的透过率可以计算得出脑组织不同位置的水分子的体积浓度，从而以不同位置脑组织的水分子体积浓度来绘制脑组织的缺血情况。因为太赫兹波对组织中的水浓度具有高敏感性，所以使用透射式成像方法可以在脑缺血2小时后，准确的反映出脑缺血组织的病变部位、病灶大小及缺血半暗带。
[0050]本实施例中以小鼠脑组织缺血情况进行检测为例，使用频率为2.52THz的太赫兹源。首先用医学手段制取5个新鲜的小鼠缺血脑组织样本，其缺血时长分别为:2h、2.5h、3h、3.5h和4h，然后对每个小鼠缺血脑组织分别进行切片，切片厚度为40微米，接下来将样品切片放置在二维移动平台上，使用计算机控制移动平台逐点扫描，通过第一太赫兹探测器和第二太赫兹探测器分别采集得到小鼠脑组织每点的入射光强Iin和透射光强1_。
[0051]根据公式T = I?t/Iin计算得到太赫兹波对小鼠脑组织各点的透过率T。
[0052]然后再通过公SVw=-(lnT/aw d)计算得到小鼠脑组织中水分子的体积浓度。
[0053]其中(^=499.15091011-1，为当太赫兹波频率为2.52THz时，水分子对太赫兹波的吸收系数;d = 40ym。
[0054]综上所述，我们通过采集脑组织每点的入射光强和透射光强计算得到脑组织不同位置的水体积浓度，从而以水体积浓度表征脑组织的缺血情况，最后绘制得到缺血脑组织图样，见图2。可以看到在脑组织缺血2小时后，使用本方法可以准确清晰的反映出病变部位、病灶大小和缺血半暗带。
【主权项】
1.基于太赫兹波透射式成像的缺血脑组织的检测装置，包括太赫兹源(I)、数据采集卡(12)和计算机(13)，其特征在于，所述太赫兹源(I)发射的太赫兹波入射到与所述太赫兹波成45°角的金属线栅(2)，所述太赫兹波的一部分经所述金属线栅(2)反射后入射至与所述数据采集卡(12)输入端相连接的第一太赫兹探测器(3); 所述太赫兹波的另一部分经金属线栅(2)透射后依次经过第一镀金膜反射镜(4)、第二镀金膜反射镜(5)和第三镀金膜反射镜(6)，经第三镀金膜反射镜(6)反射后的太赫兹波依次垂直透射通过第一太赫兹透镜(7)、用于放置脑组织样品的二维移动平台(8)和第二太赫兹透镜(9)，经第二太赫兹透镜(9)透射后的太赫兹波通过第四镀金膜反射镜(10)反射后入射至与数据采集卡(12)输入端相连接的第二太赫兹探测器(11); 所述计算机(13)接收所述数据采集卡(12)采集到的数据及所述二维移动平台(8)的移动信息。2.根据权利要求1所述基于太赫兹波透射式成像的缺血脑组织的检测装置，其特征在于，所述太赫兹源发射的太赫兹波的频率范围为0.1THz—1THz。3.根据权利要求1所述基于太赫兹波透射式成像的缺血脑组织的检测装置，其特征在于，所述二维移动平台(8)由中空的支架构成，所述支架的正上方设置有用于放置脑组织样品的衬底。4.根据权利要求3所述基于太赫兹波透射式成像的缺血脑组织的检测装置，其特征在于，所述衬底为石英玻璃材质。5.根据权利要求1所述基于太赫兹波透射式成像的缺血脑组织的检测装置的检测方法，其特征在于，步骤如下: (1)太赫兹源(I)发射太赫兹波，入射到所述金属线栅(2)上，所述金属线栅(2)反射的太赫兹波作为脑组织样品检测时的入射光被第一太赫兹探测器(3)探测;所述金属线栅(2)透射的太赫兹波作为脑组织样品检测时的透射光被第二太赫兹探测器(11)探测； (2)将脑组织样品放置于二维移动平台(8)，调整二维移动平台(8)的位置，使得放置在二维移动平台(8)上的脑组织样品处于第一太赫兹透镜(7)的焦平面上，计算机(13)记录二维移动平台(8)的当前位置信息；上述透射光依次经第一太赫兹透镜(7)、脑组织样品和第二太赫兹透镜(9)后被第二太赫兹探测器(11)探测;数据采集卡(12)同时采集第一太赫兹探测器(3)和第二太赫兹探测器(11)探测到的信号并转换为数据后输送至计算机(13)，分别得到脑组织样品在该位置处的入射光强和透射光强； (3)重复执行步骤(2)，最终获得脑组织样品上不同位置处的入射光强和透射光强；通过比尔-朗伯定律得到脑组织样品在上述所有位置的水分子体积浓度，最终绘制出脑组织样品的图像。6.根据权利要求5所述的基于太赫兹波透射式成像的缺血脑组织的检测装置的检测方法，其特征在于，步骤(3)中所述通过比尔-朗伯定律得到脑组织样品在上述所有位置的水分子体积浓度的步骤如下: 由比尔-朗伯定律，光穿过物质的透过率T为: T — I out/1 in — ΘΧρ ( —Cld ) 其中，I11^PIciut分别为入射光强和透射光强，单位为坎德拉，d为脑组织样品厚度，太赫兹波的吸收系数为:α — QwVw+ClnwVnw— QwVw-^Qnw( 1-Vw) 其中，α ?和anw分别为水分子和其他组织的吸收系数，vjP vnw分别为水分子和其他组织的体积浓度，满足Vw+Vnw= I; 因此太赫兹波穿过所述脑组织样品的透过率改写为: T — ΘΧρ [ — ( QwVw+ClnwVnw) d ] 由于水分子对太赫兹波的吸收远远大于其他组织对于太赫兹波的吸收，脑组织样品中富含大量水分子，得>anwvnw，因此，水分子的体积浓度为:vw=-(ln T/awd) 从而以不同位置处脑组织样品的水分子体积浓度绘制出脑组织样品的缺血情况。
【专利摘要】本发明公开了一种基于太赫兹波透射式成像的缺血脑组织的检测装置，包括太赫兹源、数据采集卡和计算机，所述太赫兹源发射的太赫兹波入射到与所述太赫兹波成45°角的金属线栅，太赫兹波的一部分经所述金属线栅反射后入射至与所述数据采集卡输入端相连接的第一太赫兹探测器；所述太赫兹波的另一部分经金属线栅透射后最终被第二太赫兹探测器探测，装置整体布局合理，结构紧凑，测量精度高，操作简单；本发明还公开了利用上述检测装置能够及时准确的反映脑缺血组织的病变部位、病灶大小及缺血半暗带的缺血脑组织的检测方法，采用该检测方法对缺血脑组织成像，可以实现在脑缺血发生2小时后，准确的反映脑缺血组织的病变部位、病灶大小及缺血半暗带。
【IPC分类】G01N21/3581
【公开号】CN105510272
【申请号】CN201511034784
【发明人】王与烨, 唐隆煌, 陈图南, 徐德刚, 冯华, 石嘉, 段攀, 钟凯, 姚建铨
【申请人】天津大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月31日