بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله به کاربردهای تراهرتز در تشخیص سرطان میپردازیم. تراهرتز تابشی الکترومغناطیسی در گسترهی نواحی مایکروویو و مادونقرمز میباشد. در طی دو دههی اخیر با توجه به کاربردها و قابلیتهای این امواج، دانش و فنآوری تراهرتز رشد روز افزونی داشته است. ویژگی مهم این تابش، انرژی کم و غیرمخرب بودن است که میتواند در تشخیصهای پزشکی مورد استفاده قرار بگیرد. تصویربرداری در دو حالت عبوری و انعکاسی انجام میشود. حالت عبوری در طیفسنجی و حالت انعکاسی در تصویربرداری کاربرد دارد.
از جمله کاربردهای تصویربرداری پزشکی تراهرتز، میتوان به تشخیص برخی سرطانها، همانند سرطانهای پوست، دهان، سینه و روده بزرگ اشاره کرد. تابش تراهرتز حساسیت بالایی به محتوای آب دارد که از این ویژگی در ایجاد کنتراست در تصاویر و افتراق بین بافتهای طبیعی و سرطانی استفاده میشود. این تابش نسبت به اشعه ایکس، از دیدگاه توانایی ایجاد کنتراست در بافتهای نرم و سطحی، همچنین آشکارسازی تومورهای غیرکلسیفیه مزیت دارد. همچنین میتوان از پروبهای دستی تراهرتز در اتاق عمل استفاده کرد که به جراح در تعیین حاشیه دقیق تومور کمک میکند که در این صورت نیاز به جراحیهای بعدی کاهش مییابد.
.1 مقدمه
در سی سال گذشته شاهد پیشرفتهای فراوانی در تصویربرداری پزشکی بودهایم . تکنولوژی تصویربرداری به طور قابل توجهی مراقبتهای پزشکی و در نتیجه زندگی روزمره را بهبود بخشیده است. از زمان کشف اشعه ایکس، پزشکان از رادیوگرافی برای تشخیص بسیاری از آسیبهای داخلی بدن استفاده کردند. بعدها با پیدایش توموگرافی کامپیوتری - CT - ، تصویربرداری تشدید مغناطیسی - MRI - و اولتراسونوگرافی، تصویربرداری پزشکی تکامل یافت. در قرن 21 تکامل تصویربرداری پزشکی همچنان به سمت تصویربرداری ساختاری و آناتومیکی بوده است. امروزه تاکید بیشتر بر روشهای تصویربرداری عملکردی و مولکولی است که میتواند فرایندهای فیزیولوژیکی سلولی را در بافتهای بدن به تصویر بکشد .[1]
با رفتن به سمت طولموجهای تراهرتز - THz - ، تکنولوژیهای تصویربرداری و طیفنگاری تراهرتز به سرعت در حال توسعه میباشد. تصویربرداری تراهرتز هنوز هیچ کاربرد بالینی ندارد هرچند در شناسایی سرطان پوست پتانسیل استفاده به صورت بالینی را دارد. همانطور که در شکل - 1 - نشان داده شده است، شرکتهای متعددی - به عنوان مثال TeraView - Ltd, Cambridge, UK فرایندهایی را برای تشخیص سرطان پوست و استفاده در کاربردهای بالینی توسعه دادهاند. تابش تراهرتز مزایای منحصر به فردی همچون ایمنی به علت ماهیت غیر یونیزه بودن و اطلاعات طیفی در محدودهی - 3 0/1 تراهرتز را دارد. از این رو میتواند در نبرد سخت بین روشهای مختلف تصویربرداری باقی بماند.
.1-2 سیستم تصویربرداری تراهرتز
در تصویربرداری تراهرتز از امواج الکترومغناطیس با فرکانس 0/1 - 10 تراهرتز و طول موج 0/3- 3 میلیمتر استفاده میشود. در طیف الکترومغناطیسی، امواج تراهرتز بین امواج مادون قرمز و مایکروویو قرار دارد. این امواج انرژی پایین و غیریونیزه دارند از این رو برای بافتهای زنده مضر نیست. دو نوع کاربرد این تابش، طیفسنجی تراهرتز - همانند طیفسنجی حوزه زمان - - TDS - است و تصویربرداری تراهرتز - کاربردهایی همانند امنیت فرودگاهها و تصویربرداریهای پزشکی دارد - است. تصویربرداری تراهرتز در دو حالت عبوری و انعکاسی انجام میشود .[3-2-1] حالت عبوری در تجزیه و تحلیل طیفسنجی و حالت انعکاسی برای به دست آوردن اطلاعات عمقی از دامنه موج بازتابی و زمان بازتاب، کاربرد دارد. شکل - 2 - سیستم کلی THz-TDS در حالت انعکاسی برای تصویربرداری پزشکی را نشان میدهد.
.2-2 تعامل تراهرتز با مواد زیستی
تصویربرداری پالس تراهرتز به بررسی حرکات چرخشی و ارتعاشی در فرکانسهای پایین در سیستمهای مولکولی میپردازد. همانطور که در شکل - 3 - میبینیم تابش تراهرتز باعث برانگیختگی بینمولکولی مانند حالتهای چرخشی و ارتعاشی در آب مایع میشود و تعاملات ضعیف بینمولکولی را ردیابی میکند. واکنش پرتوهای تراهرتز با مواد زیستی همانند آب، چربی و پروتئین متفاوت است. بنابراین این روش تصویربرداری برای افتراق بین بافتهای زیستی مفید است .[2-1]]
حساسیت به محتوای آب موجود در مواد، تصویربرداری و طیفسنجی تراهرتز را قادر به تشخیص سرطانها و سایر بیماریها کرده است. برای مثال تومورهای سرطانی بافتها حاوی مقادیر بیشتری آب نسبت به بافتهای سالم هستند. طی تحقیقات اخیر، با جدا کردن اثر آب توسط آغشته کردن بافت به پارافین، دیگر پارامترهای ایجاد کننده کنتراست بین بافتهای سالم و سرطانی شناسایی شده است. این پارامترها شامل تراکم سلولی و محتوای پروتئینی است. محتوای آب بالاتر همراه با تغییرات ساختاری مانند افزایش تراکم سلولی و تراکم پروتئین، جذب بالاتری از تراهرتز و شاخص انکسار را برای بافتهای سرطانی به وجود میآورد .[1]
از آنجایی که اکثر بافتهای زیستی دارای محتوای آب بالایی هستند، تلفات جذب در فرکانسهای بالای تراهرتز نفوذ به بافت را محدود میکند. برای مثال عمق نفوذ در ماشین تجاری تراهرتز - TPI imaga 1000; TeraView - در پوست نزدیک به 1 میلیمتر و در چربی 6 میلیمتر میباشد این عامل نقطه ضعف مهمی در تصویربرداری پالس تراهرتز برای بررسی ضایعات قرارگرفته درون بافت است. اما، برای بررسی ویژگیهای سطحی یا بافتهای کم عمق مثل پوست این عمق قابل قبول است. با این حال، ضریب جذب بالا که نفوذ به بافت را محدود میکند، کنتراست بالایی را بین مواد با درجههای بالا و پایین محتوای آب به وجود میآورد این میتواند به نشان دادن کنتراست در تصویربرداری پزشکی کمک کند.
.3-2 اصول توموگرافی تراهرتز
سیستم طیفسنجی حوزهی زمان تراهرتز در حالت انعکاسی به صورت نشان داده شده در شکل - - 4 میتواند در توموگرافی استفاده گردد. پرتوی تراهرتز از فرستندهی تراهرتز - لیزر فمتوثانیهای - به شیء تابیده میشود، سپس سیگنال
