CN104665772A - 一种全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置 - Google Patents

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苑肖嵘
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江剑宇
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Abstract

本发明涉及一种全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置，包括可移动的光纤式激光发生器，检测治疗装置，记录分析***组成，三个部分之间由光纤连接，检测治疗装置为一个圆形导轨形，圆形导轨形上固定有太赫兹发生模块和太赫兹探测模块，检测人***于圆形导轨形内；由光纤激光器产生的激光经由光纤传导，一部分光线经延时线到达太赫兹发生模块，另一部分光线通过衰减器以及偏振器到达太赫兹探测模块，调整延时线使两路光束的光程相等；太赫兹发生模块输出平行光发射出去，照射到检测人体上；经由人体反射回来的太赫兹波进入太赫兹探测模块；太赫兹探测模块输出到记录分析***。通过太赫兹技术对人体器官组织进行光谱分析，装置为全光纤式，方便移动。

Description

一种全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置
技术领域
本发明涉及一种癌细胞检测装置，特别涉及一种全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置。
背景技术
现代医学技术对于癌细胞的检测主要依赖于CT（计算机x线体层摄影）及MRI（核磁共振），然而这些方法仍有很多缺陷。CT技术扫描时间长，对于较小的病灶由于存在部分容积效应，容易漏诊。并且长时间照射CT容易诱发恶性肿瘤和白血病，对患者健康具有一定程度上的损害。对于MRI技术，虽然其检测范围广，精度较高，但是成像时间长，且其对于骨组织的成像能力差，对于体内器官含有金属物质的患者更是无法检查，造价昂贵也让普通消费者望而却步。另外，上述两种方法无法检测血液中含量极其稀少的循环肿瘤细胞（CTC），因为大约每10亿个正常血细胞中才会发现1个CTC，因此要想有效地检测CTC仍有一定程度上的困难，需要极其敏感的检测手段。
针对上述情况，国际上有研究学者提出用太赫兹波检测肿瘤细胞和利用太赫兹波照射***细胞。太赫兹（THz）波是指频率在0.1~10 THz（波长在30 μm ~ 3 mm）区间的远红外电磁辐射，其波段位于微波和红外光之间，是电磁波谱上由电子学向光子学过渡的特殊区域。特别的是，很多生物物质的大分子振动和转动能级光谱也处于太赫兹波段，可以利用物质对THz波的特征吸收光谱来分析材料组成及其属性的细微变化。
至于瘤细胞的潜在治疗，主要有两种方式：一是THz辐射使生物组织温度升高而间接杀伤癌细胞。在皮肤模型中，Kristensen已经证实1THz连续波可使皮肤局部升温5度，足够对癌细胞起杀伤作用。二是非电离辐射的非线性共振产生的生物效应，THz主要与氢键反应，而低频的分子内振动还会引起蛋白质构象（每个蛋白质分子本身特定的空间结构）变化。通过小振幅的THz曝光引发非线性谐振，干扰DNA转录和蛋白质合成，从而诱导基因表达的改变。从上述结果中来看，THz有促进癌细胞的崩解或者增强药物对癌细胞的作用。
然而，目前的THz检测生物样品装置都是自由空间式的，只能适用于小型样品的实验室检测，不可随意移动，不适用于医学临床检测和治疗，没有一种既能实时有效探测及治疗浅表癌细胞又能方便移动的装置。
发明内容
本发明是针对目前的THz检测生物样品装置不适用于医学临床检测和治疗的问题，提出了一种全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置，通过太赫兹技术对人体器官组织进行光谱分析，判断器官组织是否有癌细胞存在以及判断癌细胞性质，并且可以利用太赫兹光波照射对癌细胞进行定点、定域以及定性治疗。此外，该装置为全光纤式，方便移动，且由于光纤柔软的特性，使装置的适应性得到提高。
本发明的技术方案为：一种全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置，包括可移动的三部分，一光纤式激光发生器，二检测治疗装置，三记录分析***，三个部分之间由光纤连接，
检测治疗装置为一个圆形导轨形，圆形导轨形上固定有太赫兹发生模块和太赫兹探测模块，检测人***于圆形导轨形内；
由光纤激光器产生的激光经由光纤传导，通过分束器被分为两个部分，第一部分光线L1经由延时线到达检测治疗装置中的太赫兹发生模块，第二部分光线L2则依次通过衰减器以及偏振器到达检测治疗装置的太赫兹探测模块，调整延时线改变两路光束的光程差，通过探测光与太赫兹波的相互作用记录太赫兹波的电场波形特征；
太赫兹发生模块输出平行光发射出去，进入圆形导轨内部，照射到检测人体上；经由人体反射回来的太赫兹波进入太赫兹探测模块；
太赫兹探测模块输出到记录分析***。
所述太赫兹发生模块依次包括三部分，一倍频晶体，二太赫兹发生装置，三太赫兹透镜，三部分依次在同一轴线上，轴线过圆形导轨的圆心，光纤中的光线经过倍频晶体频率倍频后以达到能够产生太赫兹光波的条件，再进入太赫兹发生装置，产生太赫兹光波，太赫兹光波呈辐射式向外发出，通过太赫兹透镜变成平行光发射。
所述太赫兹探测模块由两个部分组成：一太赫兹透镜，二太赫兹光电导探测器，此两部分依次在同一轴线上，轴线过圆形导轨的圆心，人体反射回来的太赫兹波通过太赫兹透镜聚焦到太赫兹光电导探测器上，光纤激光器产生的光线L2通过衰减器以及偏振器直接进入太赫兹光电导探测器。
所述倍频晶体选BBO晶体，LBO晶体或者KTP晶体中的任意一种。
所述延时线是声表面波延时线、电荷耦合器件延时线、同轴电缆延时线或者静磁波延时线的任意一种。
所述偏振器是片式元件型光纤偏振器。
所述太赫兹透镜为高阻硅透镜。
本发明的有益效果在于：本发明全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置，是一种诊断范围大、操作简单的浅表癌细胞诊断与治疗装置；是一种可以根据癌细胞的分子特性来进行针对性治疗的装置，生物分子整体结构与其在THz波段光谱性质的高度相干性是THz技术应用于生物研究的重要微观基础，生物分子对THz辐射的响应主要来自大分子构型和构象所决定的集体振动模式，这种集体振动模式反映了分子的整体结构信息；因此THz对肿瘤的治疗作用主要有两方面，一是THz辐射使生物组织温度升高而直接杀伤肿瘤细胞，二是非电离辐射的非线性共振产生的生物效应；相较于传统的肿瘤细胞检测方式，例如CT以及核磁共振等，其产生的辐射容易引起病灶的病变，使得患者病情恶化。然而使用太赫兹光谱技术检测却可以大大降低对人体的损害。这是由于THz辐射能量较低，并不能直接破坏化学键或引起电子转换，因而对人体伤害小，安全性高。由于太赫兹波的频率很高以及脉冲很短（皮秒量级），所以其具有很高的空间分辨率时间分辨率，因此通过太赫兹波所成像相比于常规设备显示的图像具有更高的质量，因而使用太赫兹光谱技术检测不容易产生漏诊现象。本发明采用了站式与卧式两套方案与设备，分别进行脑部诊断与全身诊断。
附图说明
图1为本发明实现一种全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置结构示意图；
图2为本发明太赫兹发生模块与太赫兹探测模块示意图；
图3为本发明检测治疗装置立式装置示意图；
图4为本发明检测治疗装置卧式装置示意图。
具体实施方式
如图1所示实现一种全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置结构示意图，装置主要分为三个部分，分别是光纤式激光发生器1，检测治疗装置6以及记录分析***14，三个部分之间由光纤连接，方便移动，受外界影响小，维护方便省时省力。
由光纤激光器1产生的激光经由光纤传导，通过分束器2被分为两个部分，第一部分光线L1（探测光）经由延时线5到达检测治疗装置6，第二部分光线L2则通过衰减器3以及偏振器4到达装置的第二部分检测治疗装置6，其中延时线5是为了改变探测光和太赫兹光之间的光程差，从而记录不同光程差的太赫兹的波形。
装置的第二部分是检测治疗装置6，主要用作浅表癌细胞的检测以及治疗。圆形导轨9上固定有太赫兹发生模块7和太赫兹探测模块8。圆形导轨9可以确保这两个模块在装置移动时始终在同一平面内以及便捷地调整模块的相对位置，方便对不同位置的浅表癌组织进行照射和反射谱线数据的采集。通过改变模块7与模块8之间的夹角可以测量出人体某部位的太赫兹反射谱线，方便后期分析与判断。
太赫兹发生模块与太赫兹探测模块的结构示意图如图2所示。太赫兹发生模块7依次由三个部分组成：倍频晶体10、太赫兹发生装置11以及太赫兹透镜13-1，三部分依次在同一轴线上，轴线过圆形导轨9的圆心。其中，倍频晶体10用作对光纤中的光线进行频率倍频以达到能够产生太赫兹光波的条件，例如可将光纤中1550 nm的光线变为780 nm的泵浦光线。在倍频晶体10后面放置着太赫兹发生装置11，用来产生太赫兹波，由发生装置产生的太赫兹光波呈辐射式向外发出，通过太赫兹透镜13-1之后变成平行光发射出去，进入圆形导轨内部，照射到检测人体上。
太赫兹探测模块8由两个部分组成：太赫兹透镜13-2和太赫兹光电导探测器12，此两部分依次在同一轴线上，轴线过圆形导轨9的圆心。经由人体反射回来的太赫兹波首先通过太赫兹透镜13-2聚焦到太赫兹光电导探测器12上，另一束探测光激发光电导探测器（是从第一部分光线L1来的）中的自由载流子,太赫兹电场作为偏转电场促使载流子运动产生正比于太赫兹脉冲电场瞬时值的电流。通过改变探测光和太赫兹光之间的时间延迟（太赫兹光从3，4，7，反射到8，探测光从5到8，两束光在8里面汇合），可以得到整个太赫兹电场随时间的变化情况，即太赫兹的反射光谱。再由记录分析***14计算出吸收率或反射率，并绘制出相应的谱线，并与数据库中的数据进行比较，以判断癌组织的类型及性质，为医生的最终诊断提供切实可靠的数据支持。
所述倍频晶体10可以是BBO晶体，LBO晶体或者KTP晶体。
所述延时线5可以是声表面波（ASW）延时线、电荷耦合器件（CCD）延时线、同轴电缆延时线或者静磁波（MSW）延时线。
所述偏振器4可以是片式元件型光纤偏振器。
所述太赫兹透镜13材料可以是TPX，高阻硅透镜。
此外，检测治疗装置6可提供立式和卧式两种机架结构，分别如图3和图4所示，医生可以根据患者病情的不同选择检测方式，提高检测效率，为患者提供便利。所述装置除检测浅表癌细胞以外，还可利用太赫兹波照射改变癌细胞的特性，对浅表癌细胞进行治疗。

Claims (7)

1.一种全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置，其特征在于，包括可移动的三部分，一光纤式激光发生器，二检测治疗装置，三记录分析***，三个部分之间由光纤连接，
检测治疗装置为一个圆形导轨形，圆形导轨形上固定有太赫兹发生模块和太赫兹探测模块，检测人***于圆形导轨形内；
由光纤激光器产生的激光经由光纤传导，通过分束器被分为两个部分，第一部分光线L1经由延时线到达检测治疗装置中的太赫兹发生模块，第二部分光线L2则依次通过衰减器以及偏振器到达检测治疗装置的太赫兹探测模块，调整延时线改变两路光束的光程差，通过探测光与太赫兹波的相互作用记录太赫兹波的电场波形特征；
太赫兹发生模块输出平行光发射出去，进入圆形导轨内部，照射到检测人体上；经由人体反射回来的太赫兹波进入太赫兹探测模块；
太赫兹探测模块输出到记录分析***。
2.根据权利要求1所述全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置，其特征在于，所述太赫兹发生模块依次包括三部分，一倍频晶体，二太赫兹发生装置，三太赫兹透镜，三部分依次在同一轴线上，轴线过圆形导轨的圆心，光纤中的光线经过倍频晶体频率倍频后以达到能够产生太赫兹光波的条件，再进入太赫兹发生装置，产生太赫兹光波，太赫兹光波呈辐射式向外发出，通过太赫兹透镜变成平行光发射。
3.根据权利要求1或2所述全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置，其特征在于，所述太赫兹探测模块由两个部分组成：一太赫兹透镜，二太赫兹光电导探测器，此两部分依次在同一轴线上，轴线过圆形导轨的圆心，人体反射回来的太赫兹波通过太赫兹透镜聚焦到太赫兹光电导探测器上，光纤激光器产生的光线L2通过衰减器以及偏振器直接进入太赫兹光电导探测器。
4.根据权利要求2所述全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置，其特征在于，所述倍频晶体选BBO晶体，LBO晶体或者KTP晶体中的任意一种。
5.根据权利要求1所述全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置，其特征在于，所述延时线是声表面波延时线、电荷耦合器件延时线、同轴电缆延时线或者静磁波延时线的任意一种。
6.根据权利要求1所述全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置，其特征在于，所述偏振器是片式元件型光纤偏振器。
7.根据权利要求1所述全光纤式检测和治疗浅表癌细胞的装置，其特征在于，所述太赫兹透镜为高阻硅透镜。
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