本發明屬于腫瘤成像領域，具體涉及一種反射式實時腫瘤成像方法及系統。

背景技術：

腦膠質瘤是起源于神經膠質細胞的腫瘤，其惡性程度極高，5年病死率在全身腫瘤中僅次于胰腺癌和肺癌，位列第3位。腦膠質瘤的色澤、質地與周圍正常腦組織界限并不明顯，所以肉眼下腫瘤邊界的鑒定非常困難，手術過程中難以掌握切除邊界。

腦膠質瘤治療領域迫切需要一種實時成像的分辨腫瘤邊界的技術，太赫茲生物成像特征為解決這個需求提供了技術前景。

常規技術中，如術中mri、熒光等技術不能快速實時成像；b超技術空間分辨率低；細胞學特征不夠深入，對細胞內生物大分子探測能力較差，不具有潛在的區分腫瘤組織普通病理及分子病理類型的潛力；熒光、x線等技術要么有電離輻射、或者需藥物注射等特點。本專利發明了一種反射式實時分辨腫瘤邊界的太赫茲成像系統。

目前國際上公開發表的太赫茲腫瘤成像方法均是透射成像，需要將腫瘤切割下來，并將樣品低溫冰凍后切薄片，太赫茲照射切片透射后，再經過探測器接受成像，這種方法不能在手術中實時監測。

技術實現要素：

為了解決常規成像技術在肉眼下腫瘤邊界的鑒定困難，手術過程中難以掌握切除邊界的問題，本發明提出一種反射式實時腫瘤成像方法及系統，避免了腫瘤取樣活檢及切片，可以作為術中在體實時成像腫瘤的新方法。

本發明的技術解決方案是：

一種反射式實時腫瘤成像方法，包括以下步驟：

步驟1：對整形為平行光斑形狀的太赫茲波進行極化處理；所述極化處理包括以下步驟：

a)太赫茲波經第一極化線柵偏振片的過濾，得到垂直于xy平面的極化線偏振波；所述x方向為太赫茲探測器的探測方向，所述y方向為豎直方向；

b)極化線偏振波被第二極化線柵偏振片全反射；所述第二極化線柵偏振片的偏振方向與第一極化線柵偏振片的偏振方向垂直；

c)反射后的極化線偏振波被四分之一波片轉換為圓偏振波；

步驟2：待檢組織反射的圓偏振波信號經所述四分之一波片轉換為平行于xy平面的極化線偏振波信號，沿原路返回，全部穿過第二極化線柵偏振片；

步驟3：極化線偏振波信號被太赫茲探測器所采集，得到一個位置處的像；

步驟4：實時調整圓偏振波的照射位置，對待檢組織進行掃描，實現不同位置處的成像。

優選地，上述步驟1中的整形包括采用兩個galvano反射鏡消除干涉條紋的步驟。

本發明還提供一種反射式實時腫瘤成像系統，包括太赫茲源、太赫茲探測器，其特殊之處在于：還包括太赫茲整形單元、極化單元、移動平臺和偏振轉換單元；

上述整形單元包括至少一個光學凸透鏡或離軸拋物面鏡，用于太赫茲波整形為平行光斑；

上述極化單元包括第一極化線柵偏振片和第二極化線柵偏振片；

上述第一極化線柵偏振片對整形單元輸出的太赫茲波進行極化；

上述第二極化線柵偏振片反射第一極化線柵偏振片極化后的線偏振波，以及將待檢組織反射回來的線偏振波信號透射至太赫茲探測器；

上述偏振轉換單元包括四分之一波片，用于線偏振波轉換為圓偏振波以及將待檢組織反射回來的圓偏振波信號轉換為線偏振波信號；

上述移動平臺用于實時調整線偏振波的照射位置；

上述太赫茲探測器用于采集透過第二極化線柵偏振片的信號并成像。

優選地，該成像系統還包括濾波單元，上述濾波單元包括兩個galvano反射鏡，用于消除平行光斑的干涉條紋。

優選地，上述整形單元包括位于濾波單元入射光路中的凸透鏡與位于濾波單元出射光路中的凸透鏡。

優選地，上述太赫茲源采用量子級聯激光器，或基于激光非線性晶體差頻產生的源，或基于飛秒激光光電導開關的源，也可以是其他類型的太赫茲源。

優選地，上述移動平臺包括第一平面反射鏡、第二平面反射鏡、第三平面反射鏡、第四平面反射鏡，第一平面反射鏡及第二平面反射鏡相互平行，第三平面反射鏡及第四平面反射鏡相互平行；所述第三平面反射鏡位于第二平面反射鏡的反射光路中；所述第一平面反射鏡能夠沿x方向平移，所述第二平面反射鏡位置保持固定；所述第三平面反射鏡能夠沿z方向平移，所述第四平面反射鏡位置保持固定。

已有實驗報道腫瘤組織相比正常組織，對thz吸收更強烈，因為惡性細胞增殖強烈、細胞核密度高，同時腫瘤組織可能含水量更加豐富，因此正常組織與腫瘤組織的太赫茲反射成像的幅度不同，正常組織的太赫茲反射成像的幅度高，腫瘤組織的太赫茲反射成像的幅度低，因此可以實時區分。

本發明的有益效果是：

1、本發明反射式實時腫瘤成像方法，可以作為術中實時成像的一種手段，較術中mri、熒光等技術更具優勢；高空間分辨率的特征，相對于b超技術更有優勢；對細胞內生物大分子探測能力，具有潛在的區分腫瘤組織普通病理及分子病理類型的潛力，提供比細胞學特征更加深入和豐富的信息；無創、無電離輻射、無需藥物注射等特點，相對于熒光、x線等技術具有明顯優勢；而且已有的離體腦腫瘤組織研究結果支持了其臨床應用的可能，相對于拉曼光譜，可能更快進入實用階段；

2、本發明利用一對極化相互垂直的線偏振片、一個四分之一波片，調控太赫茲波的極化方向，實現經反射的太赫茲波沒有功率損失地被探測器接受，而常規分束鏡的損耗很大，因此此種方案可使得成像信噪比增加；

3、本發明系統通過兩對相互平行、與入射光交角45度的x和z向平移臺，實現在不改變太赫茲源和探測器位置的條件下，掃描被測生物，增加了系統的穩定性和便攜度。

附圖說明

圖1為本發明成像系統示意圖；

圖2為正常組織和腫瘤組織的太赫茲成像，圖中右側區塊大部分(綠色部分)為正常組織；左側區塊絕大部分以及右側區塊的右下方部分(紅色部分)為腫瘤組織；

圖中附圖標記為：1-太赫茲源，2-平凸透鏡，3-第一galvano反射鏡，4-第二galvano反射鏡，5-雙凸透鏡，6-第一極化線柵偏振片，7-第二極化線柵偏振片，8-四分之一波片，9-太赫茲探測器，10-第一平面反射鏡，11-第二平面反射鏡，12-第三平面反射鏡，13-第四平面反射鏡。

具體實施方式

本發明反射式實時腫瘤成像方法，包括以下步驟：

1)太赫茲源1出射太赫茲波，匯聚太赫茲波成平行光斑并消除平行光斑的干涉條紋；

2)對整形為平行光斑形狀的太赫茲波進行極化處理；極化處理包括以下步驟：

a)太赫茲波經第一極化線柵偏振片6的過濾，得到垂直于xy平面的極化線偏振波；x方向為太赫茲探測器的探測方向，y方向為豎直方向；

b)極化線偏振波被第二極化線柵偏振片7全反射；第二極化線柵偏振片7的偏振方向與第一極化線柵偏振片6的偏振方向垂直；

c)反射后的極化線偏振波被四分之一波片8轉換為圓偏振波；

3)待檢組織反射的圓偏振波信號經所述四分之一波片8轉換為線偏振信號，并且是為平行于xy平面的極化線偏振波信號，沿原路返回，可以全部穿過第二極化線柵偏振片；

4)極化線偏振波信號被太赫茲探測器所采集，得到一個位置處的像；

5)實時調整圓偏振波的照射位置，對待檢組織進行掃描，實現不同位置處的成像。

本發明成像系統用于大腦開顱手術過程中，分辨腫瘤及正常組織，以實施準確切除腫瘤。從圖1可以看出，本系統包括太赫茲源1、依次設置在太赫茲源1出射光路上的平凸透鏡2、第一galvano反射鏡3、第二galvano反射鏡4、雙凸透鏡5、第一極化線柵偏振片6、第二極化線柵偏振片7；還包括位于第二極化線柵偏振片7反射光路中的第一平面反射鏡10、第二平面反射鏡11、第三平面反射鏡12、第四平面反射鏡13與四分之一波片8，及位于第二極化線柵偏振片7透射光路中的太赫茲相機9；

太赫茲源1采用量子級聯激光器；

平凸透鏡2及雙凸透鏡5將產生的太赫茲波匯聚成平行光斑；

第一galvano反射鏡3及第二galvano反射鏡4接受平行光斑并消除干涉條紋；

第一極化線柵偏振片6與入射光方向垂直，將經過第二galvano反射鏡4的太赫茲波轉換為水平極化的線偏振波，即垂直于xy平面的極化線偏振波，x方向為太赫茲探測器的探測方向，y方向為豎直方向；

第二極化線柵偏振片7與入射光方向呈45度交角，將水平極化的太赫茲線偏振波全反射；

第一平面反射鏡10與入射光方向呈45度交角、與第二極化線柵偏振片7呈90度交角，其固定在一個步進平臺上并可沿x向平移，實現水平極化的太赫茲波在x向平移；

第二平面反射鏡11與第一平面反射鏡10平行設置，并保持固定不動；第三平面反射鏡12與第二平面反射鏡11的出射光方向呈45度交角，其并能夠沿z向平移，實現水平極化的太赫茲波在z向平移；第四平面反射鏡13與第三平面反射鏡12平行并保持固定不動。

四分之一波片8將經過x和z向偏移后的線偏振太赫茲波轉化為圓偏振后照射到待檢組織上；

通過兩對平面反射鏡及移動平臺改變太赫茲光斑的位置，可以實現大范圍內診斷正常與腫瘤組織。

該四分之一波片8將腫瘤表面反射回的太赫茲波轉換為線偏振信號，并且是為平行于xy平面的極化線偏振波信號，沿原路返回，線偏振波信號與第二極化線柵偏振片7的偏振方向相同，可以全部穿過第二極化線柵偏振片，全部照射到太赫茲相機9上。

由于腫瘤組織相比正常組織，其惡性細胞增殖強烈、細胞核密度高，同時腫瘤組織可能含水量更加豐富，對thz吸收強烈，因此正常組織與腫瘤組織的太赫茲反射成像的幅度不同，正常組織的太赫茲反射成像的幅度高，腫瘤組織的太赫茲反射成像的幅度低，如圖2所示，因此可以實時區分。