Witam Kochani artykuł ten zostal przetłumaczony przez mnie, nie jest to moj text.
Zycze milej lektury
Camill
Jesli macie ochote na zakup tego urzadzenia to podaje link https://www.wisconsin-stockist.com/
Recenzja Potencjalnych Zastosowań Fal Terahercowych w Diagnostyce Medycznej i Terapii
Jako biblioteka, NLM zapewnia dostęp do literatury naukowej. Umieszczenie w bazie danych NLM nie oznacza poparcia lub zgody na treść przez NLM lub Narodowy Instytut Zdrowia.
Informacje o autorze Notatki do artykułu Informacje o prawach autorskich i licencji Oświadczenie https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/about/disclaimer/
Abstrakt
Wprowadzenie: Fale terahercowe (THz) o częstotliwościach w zakresie od 0,1 do 10 THz to promieniowanie elektromagnetyczne z coraz większymi zastosowaniami w różnych dziedzinach nauki i technologii. Atrakcyjne cechy tego promieniowania otworzyły wiele nowych możliwości w dziedzinie diagnostyki medycznej i terapii, z znacznymi korzyściami w porównaniu do innych konwencjonalnych metod.
Metody: W niniejszym artykule przedstawiamy przegląd najnowszych raportów na temat praktycznych zastosowań promieniowania THz w diagnostyce, biosensoryce i terapii klinicznej. Przegląd obejmuje diagnozowanie raka piersi, skóry, jamy ustnej, szyjki macicy, płuc, jelita cienkiego, prostaty, jelita grubego i żołądka, ocenę biomolekuł, wykrywanie mutacji genetycznych, określenie głębokości oparzeń, diagnozowanie próchnicy, cukrzycy i stanów emocjonalno-psychologicznych, ocenę zawartości wody w rogówce w celu diagnozowania chorób wzroku oraz monitorowanie gojenia się ran. Ponadto obejmuje on zastosowanie terapii THz w zmniejszaniu rozmiaru guza, leczeniu raka skóry oraz leczeniu oparzeń, chorób serca, nabłonka rogówki, dusznicy bolesnej i promieniowaniu THz.
Wyniki: W przeglądzie podkreślono zdolności fal THz jako nowego narzędzia do przyszłych diagnoz klinicznych i terapii.
Wnioski: Artykuł dostarcza wszechstronne zrozumienie potencjalnych zastosowań fal THz w celach klinicznych i jego zalet w porównaniu z innymi konwencjonalnymi narzędziami.
Słowa kluczowe: promieniowanie THz, zastosowania kliniczne, diagnostyka, terapia
Wprowadzenie
Promieniowanie terahercowe (THz) o częstotliwościach od 0,1 do 10 THz (Rysunek 1) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8837828/figure/F1/ i unikalne właściwości spektralne znajduje różne zastosowania w różnych dziedzinach. Wśród tych z wieloma nowymi i interesującymi możliwościami są specjalistyczne diagnozy medyczne i leczenie. Niektóre z cech specjalnych fal THz, które czynią je bardzo potężnym narzędziem w zastosowaniach medycznych, można podsumować na Rysunku 2.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8837828/figure/F2/
Rysunek 1 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8837828/figure/F1/
Spektrum promieniowania THz. 1,2
Rysunek 2 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8837828/figure/F1/
Specjalne cechy promieniowania THz.
Pierwszą uwagę zwrócono na zastosowania fal THz w medycynie z proponowanymi działaniami obrazowania tkanek mokrych w 1995 roku, (3) które początkowo potwierdziły skuteczność tego promieniowania w diagnostyce tkanek biologicznych. Ten początkowy sukces był głównie związany z bezpieczną energią fotonów THz (~ meV) w porównaniu do promieniowania rentgenowskiego (~ KeV).(4) Dlatego, w przeciwieństwie do promieniowania rentgenowskiego, nie jonizuje cząsteczek biologicznych i nie powoduje uszkodzeń prowadzących do rozpadu keratynocytów ludzkich.5 Ponadto wibracyjne, rotacyjne i oscylacyjne ruchy biomolekuł, a także wiązania wodorowe, obecne w dużych ilościach w próbkach biologicznych na bazie wody, są dobrze rozmieszczone przy częstotliwościach THz. Ponadto propagacja fal THz przez tkanki biologiczne wiązałaby się z znacznie mniejszym stratami rozpraszania z powodu znacznie dłuższej długości fali w porównaniu z widzialnym lub podczerwonym promieniowaniem. Na podstawie tego faktu w technologii THz obserwuje się stosunkowo wyższy stosunek sygnał-szum, ze względu na skuteczne wyeliminowanie tła szumów.
Diagnoza chorób za pomocą fal THz
Wykrywanie nowotworów
Technologia diagnostyki THz zapewnia niezbędne bezpieczeństwo dla pacjenta i operatora. Ponieważ jedną z wyraźnych cech tkanek nowotworowych jest normalna ilość wody wewnątrzkomórkowej, można różnicować między normalnymi i nowotworowymi tkanek w obrazie THz. W porównaniu z promieniowaniem rentgenowskim to promieniowanie może wykazywać wyraźny kontrast w tkankach miękkich i powierzchownych oraz wykrywać guzy nieskalowane. Możliwość wykorzystania sond THz w sali operacyjnej do dokładnego określenia marginesu guza eliminuje potrzebę kolejnych operacji. W tej sekcji rozważamy diagnozę nowotworów piersi, skóry, jamy ustnej, jelita grubego i żołądka przy użyciu promieniowania THz.
Rak piersi
Statystyki pokazują, że rak piersi jest drugim najczęstszym nowotworem u kobiet i trzecim najbardziej śmiertelnym nowotworem po raku płuc i jelita grubego.(25) Chociaż podejmuje się wszelkie możliwe wysiłki, aby nie usuwać zdrowej tkanki z marginesem zdrowej tkanki, (26) konieczna jest wykonanie drugiej operacji w celu usunięcia pozostałej tkanki nowotworowej w celu zapewnienia pełnego bezpieczeństwa. Obecnie metody stosowane do określenia zakresu usunięcia guza mają inherentne ograniczenia. (27-29) Jednak THI oferuje obiecujące rozwiązanie w identyfikacji zakresu usunięcia guza i przerzutowych węzłów chłonnych podczas operacji oraz redukcji liczby reoperacji. Fitzgerald był pierwszym badaczem, który
wykrył guzy piersi za pomocą THI i określił dokładne położenie i kształt guza, wykonując obrazowanie terahertzem i pokazując, że THI może różnicować zdrowe i nowotworowe tkanki piersi. (30,31) Wykazał, że zdrowa tkanka ma funkcję amplitudy o dodatniej polaryzacji z większą amplitudą, Emax, podczas gdy guz ma funkcję amplitudy o ujemnej polaryzacji i dużą amplitudę, Emin. chart. (30)
Obrazy THz są oceniane poprzez porównanie wielkości i kształtu obszaru z różnicą w stosunku do guza uzyskanej w badaniach histologicznych tego samego obszaru. Właściwości tkanek w obszarze THz są również wykorzystywane do symulowania oczekiwanego wpływu na obraz tkanek piersi w trybie odbicia. Wyniki pokazują, że zarówno THS, jak i THI mogą działać w celu różnicowania zdrowej tkanki tłuszczowej, zdrowego włóknienia piersi i raka piersi na podstawie fundamentalnych różnic w ich właściwościach optycznych. (31) Ta technika obrazowania może pomóc chirurgom w określeniu granic tkanki nowotworowej podczas operacji ratującej pierś.
Różnica w obrazach odbicia tkanki piersi wynika z zwiększenia różnicy między złożonym współczynnikiem załamania tkanki nowotworowej i zdrowej. W porównaniu z MRI i mammografią rentgenowską, promieniowanie THz dostarcza najdokładniejszych informacji na temat granicy między tkankami złośliwymi a zdrowymi. (30-36)
Rak skóry
W przypadku raka skóry również ważne jest wyznaczenie granicy między tkankami złośliwymi a zdrowymi w celu odpowiedniego nacięcia w trakcie operacji i leczenia. Jednak trudno jest określić tę granicę pod skórą za pomocą metod wizualnych lub nie terahercowych, ponieważ te metody mogą dostarczać informacji tylko na głębokość nieprzekraczającą kilku milimetrów poniżej powierzchni. Obrazowanie powierzchni próbek o niskiej zawartości wody, takie jak badanie skóry, (37) to kolejne zastosowanie obrazowania THz. Ze względu na niską głębokość penetracji promieniowania THz w tkankach biologicznych badanie skóry jest odpowiednim zastosowaniem obrazowania THz. Zmiana grubości pierwszej warstwy skóry, warstwy rogowej, jest widoczna na obrazie utworzonym przy użyciu promieniowania THz.
Rak jamy ustnej
Obszar jamy ustnej obejmuje wiele narządów, takich jak jama ustna, język, zęby itp. Dlatego chirurg potrzebuje dokładnej mapy z dokładnymi informacjami na temat jamy ustnej pacjenta, aby wykonać operację na raka. Są one dostarczane za pomocą kompaktowego endoskopu THz. Ze względu na zawartość wody w tkankach jamy ustnej na zdrowej skórze będzie trudno zdiagnozować raka jamy ustnej. Metoda zamrażania cudownie eliminuje efekty absorpcji wody w obszarze THz i pozwala nam odróżnić strukturę komórkową tkanki nowotworowej i zdrowej w jamie ustnej.
Rak mózgu
Mózg to narząd o wysokiej zawartości lipidów, co powoduje duży kontrast w obrazowaniu THz. Nowotwory nowotworowe mają wyższą zawartość białka i niższą zawartość lipidów niż tkanka zdrowa, a białko jest intensywnie absorbowane w obszarze widma THz. Chociaż do identyfikacji granicy między tkankami zdrowymi a złośliwymi stosuje się także MRI, tomografię komputerową i obrazowanie fluorescencyjne, w niektórych przypadkach, takich jak glejak, granica ta nie jest znacząco wykrywalna podczas operacji. Przeprowadzając THI in-vivo, zaobserwowano, że granica guza była wyraźnie określona.38 Dlatego neurochirurdzy mogą wykorzystywać THI podczas operacji, aby uzyskać obraz o dużym kontraście. THS jest również w stanie dokładnie diagnozować niedobór tłuszczu w tkance mózgowej. (39)
Rak płuc i jelita cienkiego
Potencjał THS do wykrywania tkanki nowotworowej płuc i jelita cienkiego w zakresie częstotliwości 60 GHz-2 THz za pomocą spektroskopii czasowej w trybie odbicia został zbadany. (40) Chociaż próbki utrwalone formaliną w parafinie (FFPE) były spływające w tym eksperymencie, współczynnik absorpcji nadal odgrywał najważniejszą rolę w tworzeniu kontrastu na uzyskanych obrazach. Może to wynikać z różnic w morfologii, które prowadzą do różnych ilości pozostawionej w próbkach. W rezultacie można wykryć tkankę chorobową jelita grubego lub płuc, nawet w miejscu pierwotnym (in-situ) lub w stanie świeżym, na podstawie ogólnej różnicy w morfologii i objętości wody w próbce.
Diagnoza raka prostaty
Przy użyciu THI zbadano cztery niepełne raki (osadzone w parafinie) i porównano dane dotyczące absorpcji guza prostaty i współczynnika awarii, zdrowej tkanki prostaty i tkanki mięśni miękkiej. (41) Za pomocą rozkładu intensywności sygnału THz, odbicia powierzchni i współczynnika absorpcji próbowano odróżnić granice między różnymi strukturami za pomocą systemu THI. Lokalizacje trzech obszarów zidentyfikowanych na obrazie THz porównano z danymi z badań histologicznych. W obrazach THz obszar chorobowy miał wyraźny kolor i był dobrze rozróżnialny od otaczających obszarów.
Nowotwory układu pokarmowego
Poprzez badanie odbicia THz zdrowych próbek i złośliwych guzów żołądka i jelita cienkiego podczas operacji można wykryć guzy złośliwe za pomocą THS, badając zmiany parametrów promieniowania THz. Badano różne rodzaje zdrowych i nowotworowych tkanek,
w tym połączenie tkanek zdrowych i nowotworowych, za pomocą spektroskopii THz w trybie czasowym w trybie odbicia. (42) Tabela 1 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8837828/table/T1/ podsumowuje metody wykrywania raka za pomocą fal THz, ich zalety i zastosowania.
Białka zajmują szczególne miejsce wśród biomolekuł. Przy wyższych częstotliwościach fal THz, wibracyjne, bulwiaste relaksacje dielektryków i mody fononowe (48,49) współgrają z ruchami strukturalnymi białka trzeciorzędowego. Badanie tych modów za pomocą innych technologii jest bardzo trudne.50 Jednak technologia THz jest w stanie rozróżniać izomery, polimorfy i uwodnione nici RNA. W systemie białko-woda, w pobliżu powierzchni białka, obserwuje się nie tylko wiązania wodorowe cząsteczek wody, ale także siły elektrostatyczne zależne od cząsteczek wody z powodu obecności dużych dipoli elektrycznych wody. Jeśli do takiego systemu zostanie zastosowane zewnętrzne pole elektryczne, może spowodować wyrównanie dipoli elektrycznych wody z polem, dzięki czemu można mierzyć widmo dielektryczne i określić interakcję między białkami a cząstkami rozpuszczalnika. (51,52)
Wykrywanie mutacji genetycznych
Ze względu na zmiany spowodowane mutacją genów, zmieniłyby się poziomy energii wibracji, obroty i położenie cząsteczki, co spowodowałoby wyraźny przesunięcie w obserwowanym szczyt absorpcji THz. Ponadto, ze względu na różnice w stałej dielektrycznej genów mutowanych, można zaobserwować różne przesunięcia ku czerwieni w długości fali rezonansowej dla cząsteczek z różnymi mutacjami.
Woda rogówkowa w chorobach wzroku
Równowaga wody w rogówce jest ważnym parametrem, a jej zmiana odgrywa rolę w powodowaniu chorób oczu. Zbadano związek między zmianami patologicznymi rogówki spowodowanymi działaniem promieniowania ultravioletowego typu B (UVB) w paśmie B a parametrami pochodzącymi z współczynnika odbicia THz rogówki królika. (53) W teście in vivo ilość wody w rogówce była mierzona jednocześnie z współczynnikiem odbicia RC. Ogólnie rzecz biorąc, hydratację rogówki można określić za pomocą współczynnika odbicia THz, co może być skuteczne w patologii oka.
Głębokość oparzenia
Fale THz mogą przenikać na głębokość setek mikrometrów w skórę, a ponieważ obrażenia są powierzchowne, można ich użyć do diagnozowania stopnia oparzenia. (20,54) Różnica w przebiegu i parametrach optycznych w spalonych i zdrowych tkankach pozwala THI wykryć obszar i głębokość oparzenia. Ten potencjał po raz pierwszy pojawił się na skórze kurczaka. (55)
Ubytek zęba
Badanie próchnicy nie wymaga promieniowania o dużym stopniu penetracji; dlatego THI można wykorzystać do diagnozowania próchnicy.56 Zmiana pulsacji THz odbijająca się od zęba z próchnicą może jasno wskazywać obecność i rozmiar ubytku zęba. To obrazowanie pozwoliłoby wykryć niewielką zmianę współczynnika załamania, co oznacza mniej uszkodzeń (mniej widocznych gołym okiem). (51)
W tym kontekście inna praca wykazała, że mineralizację szkliwa, która zmienia współczynnik załamania, można wykryć za pomocą promieniowania THz. (57,58) Uzyskany obraz o dużej rozdzielczości dokładnie pokazał zakres i lokalizację ubytku.
Monitorowanie gojenia się ran
Badania dotyczące hydratacji tkanek i gojenia ran były pierwszymi medycznymi zastosowaniami fal THz. (7,59) Zmiany strukturalne w ranie można wykryć podczas procesu gojenia. Nawet zmiany, które nie są widoczne dla światła widzialnego, można obrazować z dużym kontrastem za pomocą THI. Ostateczne obrazy uzyskano za pomocą różnicy między współczynnikiem absorpcji a współczynnikiem odbicia tkanki uszkodzonej, zakresem uszkodzenia i tkanką zdrową. (59)
Diagnoza cukrzycy
Za pomocą spektroskopii gazów o wysokiej rozdzielczości można zidentyfikować składniki gazów pochodzące z metabolitów próbek biologicznych. Terahercjowa spektroskopia o wysokiej rozdzielczości pozwala na zidentyfikowanie składników gazowych, które powstają w wyniku termicznego rozkładu suchego osocza krwi (człowieka i szczura) oraz tkanek nerek (człowieka i szczura), zarówno u pacjentów z cukrzycą, jak i u tych bez cukrzycy. Próbki krwi i nerek są umieszczane w PET i podgrzewane, a następnie mierzony jest widmo absorpcji obrotowej par gazów w zakresie częstotliwości od 118 do 178 GHz. Stwierdzono, że składniki gazów w parach z próbek od pacjentów z cukrzycą i bez cukrzycy są różne, chociaż główną różnicą była obecność acetonu w osoczu krwi i próbkach nerek pacjentów z cukrzycą. (60) W innym badaniu zaproponowano nową metodę holografii w dziedzinie czasu impulsów THz do diagnozy cukrzycy, w której próbka osocza krwi pacjenta z cukrzycą typu 2 (mężczyzna) była liofilizowana i przechowywana w pojemniku typu PET. Właściwości osocza są ekstrahowane w trybie odbicia, a następnie wykorzystywane są w numerycznej symulacji produkcji hologramu THz impulsu i ekstrahowane są jego właściwości optyczne. (61)
Leczenie dusznicy bolesnej
W jednym badaniu różne grupy wiekowe z dusznicą bolesną były leczone terapią NO-terahertz i zbadano ich reakcję na leczenie. Ogólnie rzecz biorąc, zaobserwowano, że terapia NO-terahertz ma pozytywny wpływ na leczenie i parametry krzepnięcia krwi u pacjentów z dusznicą bolesną. (62) Terapia NO-terahertz pomaga leczyć pacjenta, aktywując potencjał przeciwkrzepniowy krwi w przypadku zatkanych tętnic.
Nagrzewanie falami Terahertz
Promieniowanie Terahertz może wywołać efekty termiczne i podnieść temperaturę. (67,68) Promieniowanie Terahertz o wyższej mocy i dłuższym czasie trwania może wprowadzać pierwsze efekty termiczne, wpływające na komórki organizmu, a następnie jest możliwe zniszczenie komórek nowotworowych, wykorzystując efekty termiczne promieniowania Terahertz.(69)
Gojenie ran
Rana reaguje na promieniowanie femtosekundowe THz w wyrażaniu swojego profilu mRNA. Analiza profilu genomu w prostych skórzanych zmianach, które były napromieniowywane impulsami THz, pokazuje, że odpowiedź rany na promieniowanie to wzrost czynnika transformującego wzrost-beta (TGF-β). Wstrzyknięcie rany femtosekundowymi falami THz na skórę myszy powoduje opóźnienie gojenia się z powodu wzrostu TGF-β blisko powierzchni skóry. Innymi słowy, promieniowanie femtosekundowe THz, poprzez zwiększenie aktywności TGF-β w genach docelowych, inicjuje quasi-sygnał ran na skórze, który zakłóca proces gojenia rany. Liczba genów zależnych od TGF-β, takich jak Bmp2, Cd44, Thbs1 i Serpine1, również ulegnie zmianie w wyniku promieniowania THz. (68)
Podsumowanie
W niniejszej pracy przeanalizowaliśmy różne dotychczasowe prace nad klinicznym zastosowaniem promieniowania THz do diagnostyki i leczenia różnych tkanek biologicznych. Staraliśmy się skoncentrować na najnowszych praktycznych raportach, uwzględniając pokrycie wszystkich różnych części ciała ludzkiego. Praca ta dostarcza wszechstronnego zrozumienia potencjału i zalet fal THz w celach klinicznych w porównaniu z innymi źródłami promieniowania konwencjonalnego.
Konflikty interesów
Autorzy oświadczają, że nie mają konfliktów interesów.
Rozważania etyczne
Nie dotyczy.
Notatki
Proszę cytować ten artykuł w następujący sposób: Amini T, Jahangiri F, Ameri Z, Hemmatian MA. Przegląd możliwości zastosowania fal thz w diagnostyce i leczeniu medycznym. J Lasers Med Sci. 2021;12:e92. doi:10.34172/jlms.2021.92.
Bibliografia
1. Amini T, Jahangiri F. Regenerative terahertz wave parametric amplifier based on four-wave mixing in asynchronously pumped graphene oxide integrated TOPAS. Optics Express. 2021;29(21):33053–33066.
doi: 10.1364/OE.430297. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
2. Jahangiri F, Hashida M, Tokita S, Nagashima T, Ohtani K, Hangyo M, Sakabe S. Directional terahertz emission from air plasma generated by linearly polarized intense femtosecond laser pulses. Appl Phys Express. 2012;5(2):026201.
doi: 10.1143/apex.5.026201. [CrossRef] [Google Scholar]
5. Berry E, Walker GC, Fitzgerald AJ, Zinov’ev NN, Chamberlain M, Smye SW. et al. Do in vivo terahertz imaging systems comply with safety guidelines? J Laser Appl. 2003;15(3):192–8. doi: 10.2351/1.1585079. [CrossRef] [Google Scholar]
6. Mittleman DM, Jacobsen RH, Nuss MC. T-ray imaging. IEEE J Sel Top Quantum Electron. 1996;2(3):679–92.
doi: 10.1109/2944.571768. [CrossRef] [Google Scholar]
7. Smye SW, Chamberlain JM, Fitzgerald AJ, Berry E. The interaction between terahertz radiation and biological tissue. Phys Med Biol. 2001;46(9):R101–12. doi: 10.1088/0031- 9155/46/9/201. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
8. Brucherseifer M, Nagel M, Bolivar PH, Kurz H, Bosserhoff A, Büttner R. Label-free probing of the binding state of DNA by time-domain terahertz sensing. Appl Phys Lett. 2000;77(24):4049–51. doi: 10.1063/1.1332415. [CrossRef] [Google Scholar]
9. Markelz AG, Roitberg A, Heilweil EJ. Pulsed terahertz spectroscopy of DNA, bovine serum albumin and collagen between 01 and 20 THz. Chem Phys Lett. 2000;320(1- 2):42–8. doi: 10.1016/s0009-2614(00)00227-x. [CrossRef] [Google Scholar]
10. Walther M, Fischer B, Schall M, Helm H, Jepsen PU. Far- infrared vibrational spectra of all-trans, 9-cis and 13-cis retinal measured by THz time-domain spectroscopy. Chem Phys Lett. 2000;332(3-4):389–95. doi: 10.1016/s0009- 2614(00)01271-9. [CrossRef] [Google Scholar]
11. Rønne C, Keiding SR. Low frequency spectroscopy of liquid water using THz-time domain spectroscopy. J Mol Liq. 2002;101(1-3):199–218. doi: 10.1016/s0167- 7322(02)00093-4. [CrossRef] [Google Scholar]
12. Heyden M, Sun J, Funkner S, Mathias G, Forbert H, Havenith M. et al. Dissecting the THz spectrum of liquid water from first principles via correlations in time and space.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107(27):12068–73.
doi: 10.1073/pnas.0914885107. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
13. Son JH. Terahertz Biomedical Science and Technology. Boca Raton: CRC Press; 2014. 10.1201/b17060 [CrossRef] 14. Fischer BM, Walther M, Jepsen PU. Far-infrared vibrational modes of DNA components studied by terahertz time-domain spectroscopy. Phys Med Biol. 2002;47(21):3807–14. doi: 10.1088/0031-9155/47/21/319. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
15. Markelz A, Whitmire S, Hillebrecht J, Birge R. THz time domain spectroscopy of biomolecular conformational modes. Phys Med Biol. 2002;47(21):3797–805.
doi: 10.1088/0031-9155/47/21/318. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
16. Oh SJ, Huh YM, Suh JS, Choi J, Haam S, Son JH. Cancer diagnosis by terahertz molecular imaging technique. J Infrared Millim Terahertz Waves. 2012;33(1):74–81.
doi: 10.1007/s10762-011-9847-9. [CrossRef] [Google Scholar]
17.YangX,ZhaoX,YangK,LiuY,LiuY,FuW.etal. Biomedical applications of terahertz spectroscopy and imaging. Trends Biotechnol. 2016;34(10):810–24.
doi: 10.1016/j.tibtech.2016.04.008. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
18. Cheon H, Yang H, Son J. Toward clinical cancer imaging using terahertz spectroscopy. IEEE J Sel Top Quantum
Electron. 2017;23(4):1–9. doi: 10.1109/jstqe.2017.2704905. [CrossRef] [Google Scholar]
20. Oh SJ, Kim SH, Jeong K, Park Y, Huh YM, Son JH. et al. Measurement depth enhancement in terahertz imaging of biological tissues. Opt Express. 2013;21(18):21299–305. doi: 10.1364/oe.21.021299. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
22. Reid CB, Fitzgerald A, Reese G, Goldin R, Tekkis P, O’Kelly PS. et al. Terahertz pulsed imaging of freshly excised human colonic tissues. Phys Med Biol. 2011;56(14):4333– 53. doi: 10.1088/0031-9155/56/14/008. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
23. Fitzgerald AJ, Berry E, Zinovev NN, Walker GC, Smith MA, Chamberlain JM. An introduction to medical imaging with coherent terahertz frequency radiation. Phys Med Biol. 2002;47(7):R67–84. doi: 10.1088/0031-9155/47/7/201. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
24. Fitzgerald A, Pickwell E, Wallace V, Purushotham A, Pinder S, Linan M, et al. Medical applications of broadband terahertz pulsed radiation. In: 2005 IEEE LEOS Annual Meeting Conference Proceedings. Sydney, NSW: IEEE; 2005. p. 120-1. 10.1109/leos.2005.1547899 [CrossRef]
25. Jemal A, Siegel R, Ward E, Hao Y, Xu J, Thun MJ. Cancer statistics, 2009. CA Cancer J Clin. 2009;59(4):225–49.
doi: 10.3322/caac.20006. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
26. Harris JR, Lippman ME, Morrow M, Osborne CK. Diseases of the Breast. Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins; 2004.
27. Angarita FA, Nadler A, Zerhouni S, Escallon J. Perioperative measures to optimize margin clearance in breast conserving surgery. Surg Oncol. 2014;23(2):81–91. doi: 10.1016/j.suronc.2014.03.002. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
28. Madjar H, Ladner HA, Sauerbrei W, Oberstein A, Prömpeler H, Pfleiderer A. Preoperative staging of breast cancer by palpation, mammography and high-resolution ultrasound. Ultrasound Obstet Gynecol. 1993;3(3):185–90. doi: 10.1046/j.1469-0705.1993.03030185.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
30. Fitzgerald AJ, Wallace VP, Jimenez-Linan M, Bobrow L, Pye RJ, Purushotham AD. et al. Terahertz pulsed imaging of human breast tumors. Radiology. 2006;239(2):533–40. doi: 10.1148/radiol.2392041315. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
31. Ashworth PC, Pickwell-MacPherson E, Provenzano E, Pinder SE, Purushotham AD, Pepper M. et al. Terahertz pulsed spectroscopy of freshly excised human breast cancer. Opt Express. 2009;17(15):12444–54.
doi: 10.1364/oe.17.012444. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
32. Reid C, Gibson AP, Hebden JC, Wallace VP. The use of
tissue mimicking phantoms in analysing contrast in THz pulsed imaging of biological tissue. In: 2007 Joint 32nd International Conference on Infrared and Millimeter Waves and the 15th International Conference on Terahertz Electronics. Cardiff, UK: IEEE; 2007. p. 567-8. 10.1109/icimw.2007.4516632 [CrossRef]
33. Ashworth PC, O’Kelly P, Purushotham AD, Pinder SE, Kontos M, Pepper M, et al. An intra-operative THz probe for use during the surgical removal of breast tumors. In: 2008 33rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves. Pasadena, CA: IEEE; 2008. p. 1-3. 10.1109/icimw.2008.4665810 [CrossRef]
34. Fitzgerald AJ, Pinder S, Purushotham AD, O’Kelly P, Ashworth PC, Wallace VP. Classification of terahertz-pulsed imaging data from excised breast tissue. J Biomed Opt. 2012;17(1):016005. doi: 10.1117/1.jbo.17.1.016005. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
35. St Peter B, Yngvesson S, Siqueira P, Kelly P, Khan A, Glick S. et al. Development and testing of a single frequency terahertz imaging system for breast cancer detection. IEEE Trans Terahertz Sci Technol. 2013;3(4):374–86.
doi: 10.1109/tthz.2013.2241429. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
36. Grootendorst MR, Fitzgerald AJ, Brouwer de Koning SG, Santaolalla A, Portieri A, Van Hemelrijck M. et al. Use of a handheld terahertz pulsed imaging device to differentiate benign and malignant breast tissue. Biomed Opt Express.
2017;8(6):2932–45. doi: 10.1364/boe.8.002932. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
37. Woodward RM, Cole BE, Wallace VP, Pye RJ, Arnone DD, Linfield EH. et al. Terahertz pulse imaging in reflection geometry of human skin cancer and skin tissue. Phys Med Biol. 2002;47(21):3853–63. doi: 10.1088/0031- 9155/47/21/325. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
39. Zou Y, Li J, Cui Y, Tang P, Du L, Chen T. et al. Terahertz spectroscopic diagnosis of myelin deficit brain in mice and rhesus monkey with chemometric techniques. Sci Rep. 2017;7(1):5176. doi: 10.1038/s41598-017-05554-z. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
40. Yeo WG, Gurel O, Hitchcock CL, Park S, Sertel K, Nahar NK. Evaluation of cancer tissue morphology via THz spectroscopic imaging: human lung and small intestine malignancies. Infrared Phys Technol. 2019;97:411–6.
doi: 10.1016/j.infrared.2019.02.001. [CrossRef] [Google Scholar]
41. Zhang P, Zhong S, Zhang J, Ding J, Liu Z, Huang Y, Zhou N, Nsengiyumva W, Zhang T. Application of terahertz spectroscopy and imaging in the diagnosis of prostate cancer. Curr Opt Photonics. 2020;4(1):31–43.
doi: 10.1364/copp.4.000031. [CrossRef] [Google Scholar] 42. Sim YC, Ahn KM, Park JY, Park CS, Son JH. Temperature-dependent terahertz imaging of excised oral malignant melanoma. IEEE J Biomed Health Inform. 2013;17(4):779–84. doi: 10.1109/jbhi.2013.2252357.
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
43. Wallace VP, Fitzgerald AJ, Shankar S, Flanagan N, Pye R, Cluff J. et al. Terahertz pulsed imaging of basal cell carcinoma ex vivo and in vivo. Br J Dermatol. 2004;151(2):424–32. doi: 10.1111/j.1365-2133.2004.06129.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
44. Woodward RM, Wallace VP, Pye RJ, Cole BE, Arnone DD, Linfield EH. et al. Terahertz pulse imaging of ex vivo basal cell carcinoma. J Invest Dermatol. 2003;120(1):72–8.
doi: 10.1046/j.1523-1747.2003.12013.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
45. Wu L. et al. Temperature dependent terahertz spectroscopy and imaging of orthotopic brain gliomas in mouse models. Biomedical Optics Express. 2022;13(1):93– 104. doi: 10.1364/BOE.445597. [CrossRef] [Google Scholar] 46. Eadie LH, Reid CB, Fitzgerald AJ, Wallace VP. Optimizing multi-dimensional terahertz imaging analysis for colon cancer diagnosis. Expert Syst Appl. 2013;40(6):2043–50. doi: 10.1016/j.eswa.2012.10.019. [CrossRef] [Google Scholar] 47.ShiW,WangY,HouL,MaC,YangL,DongC.etal. Detection of living cervical cancer cells by transient terahertz spectroscopy. J Biophotonics. 2021;14(1):e202000237. doi: 10.1002/jbio.202000237. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
48. Kindt JT, Schmuttenmaer CA. Far-infrared dielectric properties of polar liquids probed by femtosecond terahertz pulse spectroscopy. J Phys Chem. 1996;100(24):10373–9.
doi: 10.1021/jp960141g. [CrossRef] [Google Scholar]
49. Tielrooij KJ, Timmer RL, Bakker HJ, Bonn M. Structure dynamics of the proton in liquid water probed with terahertz time-domain spectroscopy. Phys Rev Lett. 2009;102(19):198303.
doi: 10.1103/PhysRevLett.102.198303. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
50. Withayachumnankul W, Png GM, Yin X, Atakaramians S, Jones I, Lin H. et al. T-ray sensing and imaging. Proc IEEE. 2007;95(8):1528–58. doi: 10.1109/jproc.2007.900325. [CrossRef] [Google Scholar]
51. Sun Y, Sy MY, Wang YX, Ahuja AT, Zhang YT, Pickwell- Macpherson E. A promising diagnostic method: terahertz pulsed imaging and spectroscopy. World J Radiol. 2011;3(3):55–65. doi: 10.4329/wjr.v3.i3.55. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 52.TangM,ZhangM,YanS,XiaL,YangZ,WeiD,etal. Detection of oligonucleotides based on terahertz spectroscopy and microstructure. In: 2016 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO). Chongqing, China: IEEE; 2016. p. 35-8. 10.1109/3m-nano.2016.7824991 [CrossRef]
53. Iomdina EN, Seliverstov SV, Teplyakova KO, Jani EV, Pozdniakova VV, Polyakova ON. et al. Terahertz scanning of the rabbit cornea with experimental UVB-induced damage: in vivo assessment of hydration and its verification. J Biomed
Opt. 2021;26(4) doi: 10.1117/1.jbo.26.4.043010. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
54. Huang SY, Macpherson E, Zhang YT. A feasibility study of burn wound depth assessment using terahertz pulsed imaging. In: 2007 4th IEEE/EMBS International Summer School and Symposium on Medical Devices and Biosensors. Cambridge, UK: IEEE; 2007. p. 132-5. 10.1109/issmdbs.2007.4338310 [CrossRef]
55. Mittleman DM, Gupta M, Neelamani R, Baraniuk RG, Rudd JV, Koch M. Recent advances in terahertz imaging. Appl Phys B. 1999;68(6):1085–94.
doi: 10.1007/s003400050750. [CrossRef] [Google Scholar] 56. Pickwell E, Wallace VP, Cole BE, Ali S, Longbottom C, Lynch RJ, et al. Using terahertz pulsed imaging to measure enamel demineralisation in teeth. In: 2006 Joint 31st International Conference on Infrared Millimeter Waves and 14th International Conference on Teraherz Electronics. Shanghai, China: IEEE; 2006. p. 578. 10.1109/icimw.2006.368785 [CrossRef]
57. Moncada S, Palmer RM, Higgs EA. Nitric oxide: physiology, pathophysiology, and pharmacology. Pharmacol Rev. 1991;43(2):109–42. [PubMed] [Google Scholar]
58. Crawley DA, Longbottom C, Cole BE, Ciesla CM, Arnone D, Wallace VP. et al. Terahertz pulse imaging: a pilot study of potential applications in dentistry. Caries Res. 2003;37(5):352–9. doi: 10.1159/000072167. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
59. Fan S, Ung BSY, Parrott EPJ, Wallace VP, Pickwell- MacPherson E. In vivo terahertz reflection imaging of human scars during and after the healing process. J Biophotonics. 2017;10(9):1143–51. doi: 10.1002/jbio.201600171. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
60. Lykina AA, Anfertev VA, Domracheva EG, Chernyaeva MB, Kononova YA, Toropova YG. et al. Terahertz high- resolution spectroscopy of thermal decomposition gas products of diabetic and non-diabetic blood plasma and kidney tissue pellets. J Biomed Opt. 2021;26(4):043008. doi: 10.1117/1.jbo.26.4.043008. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
61. Kulya MS, Odlyanitskiy EL, Cassar Q, Mustafin IA, Trukhin VN, Gavrilova PG. et al. Fast terahertz spectroscopic holographic assessment of optical properties of diabetic blood plasma. J Infrared Millim Terahertz Waves. 2020;41(9):1041–56. doi: 10.1007/s10762-020-00728-9. [CrossRef] [Google Scholar]
62. Parshina SS, Kirichuk VF, Tupikin VD, Golovacheva TV, Krenitskiy AP, Majborodin AV. Terahertz therapy - a new method of treatment of cardiovascular pathology. In: 2005 Joint 30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 13th International Conference on Terahertz Electronics. Williamsburg, VA: IEEE; 2005. p. 311- 2. 10.1109/icimw.2005.1572533 [CrossRef]
63. Fedorov VI. The biological effects of terahertz laser radiation as a fundamental premise for designing diagnostic
and treatment methods. Biophysics. 2017;62(2):324–30. doi: 10.1134/S0006350917020075. [CrossRef] [Google Scholar]
64. Titova LV, Ayesheshim AK, Golubov A, Rodriguez-Juarez R, Woycicki R, Hegmann FA. et al. Intense THz pulses down- regulate genes associated with skin cancer and psoriasis: a new therapeutic avenue? Sci Rep. 2013;3:2363.
doi: 10.1038/srep02363. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
65. Ostrovskiy NV, Nikituk CM, Kirichuk VF, Krenitskiy AP, Majborodin AV, Tupikin VD, et al. Application of the terahertz waves in therapy of burn wounds. In: 2005 Joint 30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 13th International Conference on Terahertz Electronics. Williamsburg, VA: IEEE; 2005. p. 301-2. 10.1109/icimw.2005.1572528 [CrossRef]
67. Fröhlich H. The extraordinary dielectric properties of biological materials and the action of enzymes. Proc Natl Acad Sci U S A. 1975;72(11):4211–5.
doi: 10.1073/pnas.72.11.4211. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
68. Wilmink GJ, Rivest BD, Roth CC, Ibey BL, Payne JA, Cundin LX. et al. In vitro investigation of the biological effects associated with human dermal fibroblasts exposed to 252 THz radiation. Lasers Surg Med. 2011;43(2):152–63. doi: 10.1002/lsm.20960. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
69. Wang M, Yang G, Li W, Wu Q. An overview of cancer treatment by terahertz radiation. In: 2013 IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on RF and Wireless Technologies for Biomedical and Healthcare Applications (IMWS-BIO). Singapore: IEEE; 2013. p. 1-3. 10.1109/imws-bio.2013.6756170 [CrossRef]
Articles from Journal of Lasers in Medical Sciences are provided here courtesy of Shahid Beheshti University of Medical Sciences