今年2月，知名音樂人趙英俊、演員吳孟達先后因肝癌離世，而吳孟達從發(fā)現(xiàn)肝癌正在接受治療到突然去世，中間只隔了兩個月，這讓廣大影迷們感到非常錯愕，也讓大家再次掀起對癌癥的篩查與診治的相關(guān)討論。

       來自世衛(wèi)組織的最新數(shù)據(jù)顯示，2020年全球確診的癌癥患者數(shù)量達到1930萬，而死于癌癥的人數(shù)增加到1000萬。癌癥是第二大死亡原因。目前全球五分之一的人在其一生中都會罹患癌癥，八分之一的男性和十一分之一的女性會死于癌癥。癌癥死亡的前五位依次為肺癌、肝癌、胃癌、食管癌、結(jié)直腸癌。

       多數(shù)癌癥患者被發(fā)現(xiàn)時，已經(jīng)到了中晚期，癌癥的早期診斷及早期治療是提高腫瘤治愈率和降低腫瘤患者死亡率的關(guān)鍵所在，我們又該如何早發(fā)現(xiàn)、早治療呢？

       傳統(tǒng)的癌癥診斷主要涵蓋組織成像和生物標志物檢測兩大類。

       組織成像技術(shù)包括磁共振成像(MRI)、計算機斷層掃描(CT)和超聲波(US)，可以用于檢測與癌癥相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)差異，例如異質(zhì)性、細胞凋亡率和細胞密度等。生物標志物檢測技術(shù)主要運用染色體分析、甲基化分析、蛋白質(zhì)組學工具、免疫學反應等方法檢測各種與癌癥相關(guān)的DNA、蛋白質(zhì)或其他分子生物標志物。

       但目前這些方法需要龐大的系統(tǒng)和繁雜的樣本預處理步驟，這限制了對癌癥快速篩查的效率，阻礙了早期癌癥的診斷，特別是癌癥類型分類。

       太赫茲（THz）波是頻率范圍在0.1 THz～10 THz的電磁波。由于太赫茲波具有諸如非電離性，非侵入性和良好的穿透能力等特征，可以用于活體或離體的無損組織成像，而太赫茲波的頻譜指紋識別可以提供癌癥標記物的定性和定量分析。

        

       此外，太赫茲系統(tǒng)通常簡潔而緊湊，并且基本不需要對樣品進行預處理。因此，太赫茲技術(shù)，包括太赫茲成像和太赫茲光譜學，可被用作癌癥診斷過程中快速篩查的潛在工具。

專家介紹太赫茲技術(shù)應用

圖1 一款便攜式太赫茲成像系統(tǒng)

       2016年，阿肯色大學的Bowman等人完成了對浸潤性導管癌組織成像結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)與相鄰的正常組織纖維和脂肪組織相比較，癌變區(qū)域 顯示了更低的透射率 ，更高的 反射率，這 在許多其他研究中也有類似的結(jié)果，其對比度歸因于癌變區(qū)域中含有較高的水分，從而導致更多太赫茲波吸收、反射或折射率，但 這種成像方式只能將組織間的區(qū)別凸顯出來，而無法做到對癌癥的定性診斷。

圖2 浸潤性導管癌的病理染色圖像和對應的太赫茲圖像

       基于太赫茲光譜技術(shù)，科學家們能通過識別混合物光譜中目標物特征峰來推斷混合物中目標物的含量。因為部分癌癥的標志物在太赫茲波段存在獨特的特征峰，因此可以通過太赫茲光譜技術(shù)對標志物進行定性和定量檢測。

       2018年，上海理工大學彭滟等人對混合物中腦膠質(zhì)瘤特異性物質(zhì)做出了定量分析，其樣本由兩種腦膠質(zhì)瘤特異性物質(zhì)和5種腦組織主要成分組成，通過太赫茲光譜系統(tǒng)結(jié)合支持向量回歸算法，研究者推測出了樣本中兩種腦膠質(zhì)瘤特異性物質(zhì)的具體含量，其準確率高達99%。

       此外，世界范圍內(nèi)多個課題組也嘗試了不同回歸算法或AI算法，成功做到了準確分類癌組織和正常組織， 精準識別不同癌癥標記物。

圖3 太赫茲光譜技術(shù)對腦膠質(zhì)瘤中特異性物質(zhì)所做定量分析

       這些工作目前尚未在醫(yī)學組織樣本研究中應用，這是 由于組織中通常包含了上百種其他物質(zhì)，造成了光譜中不同物質(zhì)特征峰的重疊，而且部分物質(zhì)大量吸收太赫茲波，導致光譜信噪較差，從而降低了識別準確率。

       未來，可以將太赫茲成像與生物標志物的太赫茲光譜指紋相結(jié)合，實現(xiàn)癌癥區(qū)域的定性鑒別和 定量分析癌癥階段，為了實現(xiàn)這一目標，科學家們正在努力改進太赫茲技術(shù)的科研方法，以真正服務于人類福祉。

說明：以上部分內(nèi)容參考《生物醫(yī)學工程前沿》等刊物。