皮肤组织太赫兹波段的介电模型理论及皮肤癌识别参数的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61805150
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0507.光谱信息学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

With the international research breakthrough and advancement of the terahertz technology for the early diagnosis of skin cancers, however, the diagnostic technology is still far from the medical practice in hospitals due to lack of reliability and the low accuracy of distinguishing the healthy tissues from the cancerous ones. Many studies have found that the tumor and healthy skin tissue have a prominent difference in the terahertz range. However, there is still lack of deep understanding of the contrast mechanism, not to mention the investigation on identification parameters. Current research is mostly focused on the dielectric models based on the water content inside the skin tissue. Such models failed to explain the more profound mechanism and the interactions of other important contents of the skin tissues. Our proposed research is to investigate the dielectric model based on the effective medium theory of multi-phases of realistic human skin tissues. The human skin tissue is classified as water, collagen, lipids and other effective components. The dielectric properties of each component in the terahertz range will be characterized individually. The cross-linking between collagen molecules, the hydration shell around the proteins will be further considered. The effective medium models will then be further developed for the multi-phases of the skin tissue based on the above mentioned factors. Moreover, phantoms will be fabricated for testing and verifying the effective medium models. By combining the experimental data measured from the skin tumors and healthy tissues with the verified theoretical models, the proposed research is to investigate the fundamental mechanism in terahertz cancer detection with the sufficient knowledge. The identification parameters of skin cancers from the healthy ones will be studied for the purpose of early diagnosis of skin cancers with the high accuracy and reliability by using terahertz technology.
国际上太赫兹技术在皮肤癌早期诊断的研究已经取得了重要突破和一定进展,但是距临床应用还相当远,主要困难在于改进皮肤癌诊断和识别的准确性和可靠性方面。大量研究发现健康皮肤组织与皮肤癌组织在太赫兹波段有显著不同的特性,但其对比机制及识别参数仍缺乏深入的研究。目前研究是对皮肤组织中水分与太赫兹波相互作用进行建模,来模拟皮肤组织在太赫兹波段的介电特性。然而,仅考虑皮肤中的水分而忽略其他成分对太赫兹信号的影响不足以深入了解肿瘤与健康组织的太赫兹成像对比机制。本项目研究基于皮肤的有效介质理论建模,将皮肤组织拆分成水分、胶原蛋白、油脂等有效成分组成的多相有效介质;将胶原蛋白的交联、水合作用进一步引入模型参数。通过制作皮肤组织仿体验证理论模型,提取有效参数;结合皮肤癌与健康皮肤组织的实验数据,深入研究皮肤癌与健康皮肤组织的对比度和识别参数。以期达到用太赫兹技术准确可靠的皮肤癌早期诊断的目的。

结项摘要

生物医学,尤其是关于肿瘤的早期诊断方面的研究是太赫兹技术非常重要的应用领域之一,这与太赫兹波的几大重要特性有关。首先,氢键的振动能级处于太赫兹范围,而液相水中含有大量的氢键,因此,太赫兹波所处的频段对水分的变化异常敏感。而肿瘤组织往往表面血管分布更加密集,从而导致肿瘤组织的水分含量高于健康组织,这为早期太赫兹癌症诊断技术提供了依据。其次,太赫兹波的光子能量约为4.13meV,因此与传统的医学成像手段(如X光)相比,太赫兹不会对人体造成电离伤害,是一种安全的弱电磁波。研究表明,其他波段的光学成像方法在肿瘤组织与健康组织的对比度上相对弱于太赫兹成像,然而产生这种对比度的机制尚不明确。本项目通过对生物组织中各主要成分的太赫兹谱进行测量、分析和仿真,明确了脂肪酸等生物分子与太赫兹波相互作用的机制;通过图像对准、融合以及机器学习的方法,对健康组织与癌症组织的太赫兹图像进行自动分类,初步结果显示,对于病理样本的识别准确率达到80%以上。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(2)
太赫兹与水的相互作用:机理、应用和新趋势
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    深圳大学学报(理工版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    范姝婷;马莹玉;舒国响;钱正芳
  • 通讯作者:
    钱正芳
Quantitative analysis of bisphenol analogue mixtures by terahertz spectroscopy using machine learning method
使用机器学习方法通​​过太赫兹光​​谱定量分析双酚类似物混合物
  • DOI:
    10.1016/j.foodchem.2021.129313
  • 发表时间:
    2021-02-28
  • 期刊:
    FOOD CHEMISTRY
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Sun, Yiwen;Huang, Jialiang;Liu, Xudong
  • 通讯作者:
    Liu, Xudong
Ultrabroadband electrically controllable terahertz modulation based on GaAs Schottky diode structure
基于GaAs肖特基二极管结构的超宽带电控太赫兹调制
  • DOI:
    10.1063/5.0064643
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    APL Photonics
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Liu Xudong;Chen Hao;Liang Shixiong;Zhang Meng;Jiang Zhendong;Fan Shuting;Sun Yiwen
  • 通讯作者:
    Sun Yiwen
Correlation between saturated fatty acid chain-length and intermolecular forces determined with terahertz spectroscopy
用太赫兹光谱测定饱和脂肪酸链长与分子间力之间的相关性
  • DOI:
    10.1039/c9cc00141g
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Chemical Communications
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Fan Shuting;Ruggiero Michael T;Song Zihui;Qian Zhengfang;Wallace Vincent P
  • 通讯作者:
    Wallace Vincent P

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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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