基于太赫茲波反射式成像的缺血腦組織的檢測裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種基于太赫茲波反射式成像的缺血腦組織的檢測裝置，包括太赫茲源、數據采集卡、計算機、二維移動平臺、太赫茲透鏡、太赫茲探測器等，本發明專利技術裝置通過對各光學元器件的不同擺放實現對太赫茲波的控制和探測，裝置整體布局合理，結構緊湊，測量精度高，操作簡單；本發明專利技術還提供了利用上述檢測裝置能夠及時準確的反映腦缺血組織的病變部位、病灶大小及缺血半暗帶的缺血腦組織的檢測方法，采用該檢測方法對缺血腦組織成像，可以實現在腦缺血發生2小時后，準確的反映腦缺血組織的病變部位、病灶大小及缺血半暗帶。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物醫學成像領域，具體的說，是涉及一種基于太赫茲波反射式成像的缺血腦組織的檢測裝置及方法。
技術介紹
缺血性腦卒中是威脅全球人類健康的主要疾病之一，占全部腦卒中患者的60～70％，具有較高的發病率、致殘率和死亡率。腦缺血是指因腦血流量下降而引起的腦細胞功能和形態學上的改變，只有當腦血流量下降達一定水平和持續一定時間后，腦組織才會發生缺血改變。各種原因引起的腦血流量下降均可使細胞缺氧，腦缺氧能量代謝障礙直接抑制質膜上鈉/鉀ATP酶的活性，鉀離子大量外流；鈣離子、氯離子和鈉離子向細胞內流入和聚集，形成細胞內高滲狀態，大量水份進入細胞內，引起細胞外間隙縮小，細胞腫脹(細胞毒性水腫)。此時血腦屏障未開放,數小時后組織細胞出現缺血壞死。5至6小時后血管內皮細胞損傷，導致血腦屏障破壞，蛋白質通透性增加，離子通透性也大大增加，組織間隙水份聚集，形成血管源性水腫，組織總含水量逐漸增加，此時腦缺血損傷已向不可逆方向發展。因此，早期診斷及治療是非常重要的,而辨別某區域腦組織缺血與否以及缺血嚴重程度可以為臨床治療提供診斷依據和手術決策依據。目前，對于急性腦缺血最有效、最有前途的治療方法之一是在超急性期(<6h)進行溶栓治療，但是溶栓時機若選擇不當，不僅會引起出血性腦梗死，而且再灌注損傷會加重局部腦組織缺氧，加重病情，甚至加速病人死亡。因此，尋找一種能早期確定病灶部位與范圍的方法顯得極為重要。但現階段使用醫院傳統的醫學成像檢測方法，如：CT、MRI等成像方法，檢查缺血腦組織需要在發病6小時以后才能顯示缺血病灶，并且還無法確定缺血半暗帶的范圍、缺血的程度和準確的反應病變部位。因此需要尋找一種新的能夠盡早準確的反映腦缺血組織的病變部位、病灶大小及缺血半暗帶的生物醫學成像技術。這對于早期腦組織缺血的病理分析研究和實現早期診斷，最大程度的減少缺血壞死的范圍和保護正常的腦組織的研究具有重大的實際意義。太赫茲(Terahertz，簡稱THz，1THz＝1012Hz)波段是指頻率從100GHz到10THz，相應的波長從3毫米到30微米，介于毫米波與紅外光之間頻譜范圍相當寬的電磁波譜區域。由于該頻段是宏觀電子學向微觀光子學過渡的頻段，具有很多獨特的性質，特別是由于很多生物大分子的振動和轉動頻率均落于太赫茲波段，物質在太赫茲波波段的發射、反射和透射光譜中包含了豐富的物理和化學信息，并且太赫茲波的光子能量低(1THz的電磁波的光子能量只有約4meV)，其遠遠小于X射線的能量，不會對生物大分子、生物細胞和組織產生有害的電離，特別適合于對生物組織進行活體檢查。此外，太赫茲波對水分子非常敏感，不僅能夠有效地檢測到水溶液里離子之間的協同性以及蛋白質的水化作用，而且對生物組織的水分變化更是具有高靈敏度。這有可能使太赫茲波非常適用于生物組織的水分及相關成分變化檢測，進而區別生物體的健康組織和病態組織或識別。同時，其對生物特征細胞密度及其排列較為敏感。因此，太赫茲波成像技術在實時生物信息提取、生物組織活體檢查、醫學成像以及醫學診斷等領域有著極大的應用前景與應用價值。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種基于太赫茲波反射式成像的缺血腦組織的檢測裝置，本專利技術裝置通過對各光學元器件的不同擺放實現對太赫茲波的控制和探測，裝置整體布局合理，結構緊湊，測量精度高，操作簡單；本專利技術的另一目的是利用上述檢測裝置提供一種能夠及時準確的反映腦缺血組織的病變部位、病灶大小及缺血半暗帶的缺血腦組織的檢測方法，采用該檢測方法對缺血腦組織成像，可以實現在腦缺血發生2小時后，準確的反映腦缺血組織的病變部位、病灶大小及缺血半暗帶。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：基于太赫茲波反射式成像的缺血腦組織的檢測裝置，包括太赫茲源、數據采集卡和計算機，所述太赫茲源發射的太赫茲波入射到與所述太赫茲波成45°角的金屬線柵，所述太赫茲波的一部分經所述金屬線柵反射后入射至與所述數據采集卡輸入端相連接的第一太赫茲探測器；所述太赫茲波的另一部分經金屬線柵透射后依次經過第一鍍金膜反射鏡、第二鍍金膜反射鏡和第三鍍金膜反射鏡，經第三鍍金膜反射鏡反射后的太赫茲波以30°—60°的角度入射至第一太赫茲透鏡，經所述第一太赫茲透鏡透射后的太赫茲波被用于放置腦組織樣品的二維移動平臺反射后入射至第二太赫茲透鏡，經第二太赫茲透鏡透射后的太赫茲波入射至與數據采集卡輸入端相連接的第二太赫茲探測器；所述計算機接收所述數據采集卡采集到的數據及所述二維移動平臺的移動信息。所述太赫茲源發射的太赫茲波的頻率范圍為0.1THz—10THz。所述二維移動平臺由中空的支架構成，所述支架的正上方設置有用于放置腦組織樣品的襯底。所述襯底為石英玻璃材質。所述基于太赫茲波反射式成像的缺血腦組織的檢測裝置的檢測方法，步驟如下：(1)太赫茲源發射太赫茲波，入射到所述金屬線柵上，所述金屬線柵反射的太赫茲波作為腦組織樣品檢測時的入射光被第一太赫茲探測器探測；所述金屬線柵透射的太赫茲波作為腦組織樣品檢測時的反射光被第二太赫茲探測器探測；(2)將腦組織樣品放置于二維移動平臺，調整二維移動平臺的位置，使得放置在二維移動平臺上的腦組織樣品處于第一太赫茲透鏡的焦平面上，計算機記錄二維移動平臺的當前位置信息；上述反射光依次經過第一太赫茲透鏡的透射、腦組織樣品的反射和第二太赫茲透鏡的透射后被第二太赫茲探測器探測；數據采集卡同時采集第一太赫茲探測器和第二太赫茲探測器探測到的信號并轉換為數據后輸送至計算機，分別得到腦組織樣品在該位置處的入射光強和反射光強；(3)重復執行步驟(2)，最終獲得腦組織樣品上不同位置處的入射光強和反射光強；通過菲涅耳公式計算得到腦組織樣品在上述所有位置的水分子體積濃度，最終繪制出腦組織樣品的圖像。步驟(3)中所述菲涅耳公式計算得到腦組織樣品在上述所有位置的水分子體積濃度的步驟如下：由I＝E2其中，I為光強度，E為電矢量的振幅，由于光在兩個線性電介質的界面上發生的反射和折射特性與電矢量復振幅的振動方向有密切關系，用菲涅耳公式表征即：r~s=E~rs/E~is=(n~1cosθ1-n~2cosθ2)/(n~1cosθ1+n~2cosθ2)]]>r~p=E~rp/E~ip=(n~2cosθ1-n~1cosθ2)/(n~2cosθ1+n~1cosθ2)]]>其中，和分別為s波和p波的反射系數，和分別為入射光和反射光在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于太赫茲波反射式成像的缺血腦組織的檢測裝置，包括太赫茲源(1)、數據采集卡(11)和計算機(12)，其特征在于，所述太赫茲源(1)發射的太赫茲波入射到與所述太赫茲波成45°角的金屬線柵(2)，所述太赫茲波的一部分經所述金屬線柵(2)反射后入射至與所述數據采集卡(11)輸入端相連接的第一太赫茲探測器(3)；所述太赫茲波的另一部分經金屬線柵(2)透射后依次經過第一鍍金膜反射鏡(4)、第二鍍金膜反射鏡(5)和第三鍍金膜反射鏡(6)，經第三鍍金膜反射鏡(6)反射后的太赫茲波以30°—60°的角度入射至第一太赫茲透鏡(7)，經所述第一太赫茲透鏡(7)透射后的太赫茲波被用于放置腦組織樣品的二維移動平臺(8)反射后入射至第二太赫茲透鏡(9)，經第二太赫茲透鏡(9)透射后的太赫茲波入射至與數據采集卡(11)輸入端相連接的第二太赫茲探測器(10)；所述計算機(12)接收所述數據采集卡(11)采集到的數據及所述二維移動平臺(8)的移動信息。

【技術特征摘要】
1.基于太赫茲波反射式成像的缺血腦組織的檢測裝置，包括太赫茲源(1)、
數據采集卡(11)和計算機(12)，其特征在于，所述太赫茲源(1)發射的太赫
茲波入射到與所述太赫茲波成45°角的金屬線柵(2)，所述太赫茲波的一部分經
所述金屬線柵(2)反射后入射至與所述數據采集卡(11)輸入端相連接的第一
太赫茲探測器(3)；
所述太赫茲波的另一部分經金屬線柵(2)透射后依次經過第一鍍金膜反射
鏡(4)、第二鍍金膜反射鏡(5)和第三鍍金膜反射鏡(6)，經第三鍍金膜反射
鏡(6)反射后的太赫茲波以30°—60°的角度入射至第一太赫茲透鏡(7)，經
所述第一太赫茲透鏡(7)透射后的太赫茲波被用于放置腦組織樣品的二維移動
平臺(8)反射后入射至第二太赫茲透鏡(9)，經第二太赫茲透鏡(9)透射后的
太赫茲波入射至與數據采集卡(11)輸入端相連接的第二太赫茲探測器(10)；
所述計算機(12)接收所述數據采集卡(11)采集到的數據及所述二維移動
平臺(8)的移動信息。
2.根據權利要求1所述基于太赫茲波反射式成像的缺血腦組織的檢測裝置，
其特征在于，所述太赫茲源發射的太赫茲波的頻率范圍為0.1THz—10THz。
3.根據權利要求1所述基于太赫茲波反射式成像的缺血腦組織的檢測裝置，
其特征在于，所述二維移動平臺(8)由中空的支架構成，所述支架的正上方設
置有用于放置腦組織樣品的襯底。
4.根據權利要求3所述基于太赫茲波反射式成像的缺血腦組織的檢測裝置，
其特征在于，所述襯底為石英玻璃材質。
5.根據權利要求1所述基于太赫茲波反射式成像的缺血腦組織的檢測裝置
的檢測方法，其特征在于，步驟如下：
(1)太赫茲源(1)發射太赫茲波，入射到所述金屬線柵(2)上，所述金
屬線柵(2)反射的太赫茲波作為腦組織樣品檢測時的入射光被第一太赫茲探測
器(3)探測；所述金屬線柵(2)透射的太赫茲波作為腦組織樣品檢測時的反射
光被第二太赫茲探測器(10)探測；
(2)將腦組織樣品放置于二維移動平臺(8)，調整二維移動平臺(8)的

\t位置，使得放置在二維移動平臺(8)上的腦組織樣品處于第一太赫茲透鏡(7)
的焦平面上，計算機(12)記錄二維移動平臺(8)的當前位置信息；上述反射
光依次經過第一太赫茲透鏡(7)的透射、腦組織樣品的反射和第二太赫茲透鏡
(9)的透射后被第二太赫茲探測器(10)探測；數據采集卡(11)同時采集第
一太赫茲探測器(3)和第二太赫茲探測器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王與燁，唐隆煌，陳圖南，徐德剛，馮華，石嘉，段攀，鐘凱，姚建銓，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：天津;12