太赫茲時域光譜在腦缺血和腦膠質(zhì)瘤探測中的應(yīng)用研究.pdf

1、太赫茲波(Terahertz, THz)是指頻率范圍在0.1~10 THz(1 THz=1012 Hz),波長在3~0.03 mm之間的電磁波,介于微波和紅外波段之間。太赫茲時域光譜(THz-TDS)技術(shù)是現(xiàn)階段最為成熟和廣泛應(yīng)用的THz波譜檢測技術(shù)之一,已應(yīng)用于生物大分子檢測、腫瘤研究(皮膚癌等)、齲齒檢測、燒傷程度判定等方面的研究,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展前景十分廣闊。由于太赫茲波對間質(zhì)水和細胞密度及其空間排列具有高敏感性,可能對神經(jīng)外科

2、疾病相關(guān)病理改變較為敏感。
　　本研究以神經(jīng)外科缺血性腦卒中和腦膠質(zhì)瘤兩種疾病作為模式疾病,初步探討太赫茲時域光譜技術(shù)識別缺血腦組織和腦膠質(zhì)瘤組織的可行性。
　　第一部分大鼠大腦中動脈閉塞后腦組織的太赫茲時域光譜研究
　　目的:
　　探討太赫茲時域光譜識別腦組織缺血及其程度的可行性。
　　方法:
　　將72只雄性SD大鼠隨機分為缺血3、6、12、24 h四組,每組18只,采用線栓法制備大鼠MACO模型

3、,用TTC染色、HE染色及腦組織含水量檢測證實模型成功并選擇太赫茲檢測部位。利用透射式太赫茲時域光譜(THz-TDS)系統(tǒng)測量各組標本閉塞灶腦組織和對側(cè)正常腦組織的太赫茲時域光譜,分析吸收系數(shù)曲線中出現(xiàn)的特征吸收峰的峰-谷吸收系數(shù)差值(Peak-Valley difference,PVD)。
　　結(jié)果:
　　1.缺血3、6、12、24 h腦組織太赫茲波吸收系數(shù)曲線與正常腦組織存在明顯差異;分析顯示缺血腦組織在1.4、1.5、

4、1.6、1.7、1.8和1.9 THz頻率處PVD值較正常腦組織顯著降低(P<0.05),與正常腦組織相比,缺血3、6、24 h腦組織在1.7 THz,缺血12 h腦組織在1.9 THz處PVD值降低最明顯;
　　2.太赫茲波所檢測的缺血區(qū)域細胞密度明顯降低,腦含水量明顯升高。TTC染色明確顯示出6 h以上缺血灶范圍;HE染色后細胞計數(shù)顯示缺血3、6、12、24 h腦組織與正常腦組織相比,細胞密度分別下降12.60±3.36、19

5、.60±0.89、29.60±1.51、75.60±2.52(P<0.05);腦組織含水量檢測顯示缺血3、6、12、24 h腦組織與正常腦組織相比,含水量分別增高1.51±1.58％、2.51±0.35%、4.70±1.19%、8.32±2.45%(P<0.05)。
　　結(jié)論:
　　太赫茲時域光譜可識別早期腦組織缺血(3 h內(nèi));太赫茲時域光譜可判斷腦組織缺血程度;1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9 THz頻率處

6、PVD值的減少程度與腦組織缺血嚴重程度正相關(guān);腦組織缺血后THz光譜特征改變可能由于組織含水量和細胞密度變化所致。
　　第二部分離體腦膠質(zhì)瘤標本的太赫茲時域光譜檢測
　　目的:
　　探討太赫茲光譜識別離體腦膠質(zhì)瘤組織的可行性。
　　方法:
　　1.收集手術(shù)切除腦膠質(zhì)瘤和頑固性癲癇切除正常腦組織樣本共5例,利用透射式太赫茲時域光譜系統(tǒng)測量每例新鮮組織的太赫茲時域光譜,后對所有樣本進行常規(guī)石蠟包埋固定,并對石蠟

7、標本進行太赫茲時域光譜成像。
　　2.選用22±2 g雄性C57小鼠30只,建立GL261腦膠質(zhì)瘤種植模型;用HE染色、免疫組織化學(xué)染色及7.0 T磁共振檢測證實模型成功并選擇太赫茲檢測部位;利用透射式太赫茲時域光譜系統(tǒng)測量膠質(zhì)瘤腦組織標本的太赫茲時域光譜。
　　結(jié)果:
　　1.離體人腦膠質(zhì)瘤組織的吸收系數(shù)明顯地高于正常腦組織,不同病理級別膠質(zhì)瘤的吸收系數(shù)和吸收峰的位置不同;腫瘤組織對太赫茲波的吸收強度高于正常腦組織,

8、不同病理級別腦膠質(zhì)瘤對太赫茲波的吸收強度和時間延遲不同。
　　2.腦膠質(zhì)瘤的折射率、吸收系數(shù)和介電常數(shù)均高于正常腦組織,特別是在0.3、0.55、0.76 THz三個頻率點,兩者的吸收系數(shù)差異最明顯。
　　結(jié)論:
　　太赫茲時域光譜可以識別離體腦膠質(zhì)瘤組織及其不同的病理級別,在0.3、0.55、0.76 THz三個頻率點最明顯,太赫茲波識別腦膠質(zhì)瘤組織與正常腦組織的對比機制可能與組織的含水量、腦膠質(zhì)瘤區(qū)別于正常腦組織的