[发明专利]一种太赫兹快速断层成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗成像和公共安全技术领域，具体而言，涉及一种太赫兹快速断层成像系统及方法。

背景技术

目前断层扫描成像技术主要采用的是X射线CT技术和核磁共振技术。X射线CT技术作为一种成熟的成像手段，具有很高的密度分辨率，但是其缺点也十分显著。X射线能量高，照射人体或生物组织时，会与机体细胞、体液等物质发生相互作用，引起物质分子或原子的电离，直接破坏机体内的大分子如蛋白质、DNA、RNA和一些重要的物质代谢酶，甚至直接损坏细胞结构，引起细胞癌变。对于生殖细胞的损伤，主要是染色体畸变和基因突变等，会影响个体的后代从而产生严重的遗传效应。另外射线还可以通过电离机体内广泛存在的水分子，形成自由基，通过自由基来来间接损伤机体。所以X射线对人体和生物组织电离损伤和辐射损害很大，有较大的危险性和副作用，不适宜频繁使用。核磁共振成像技术是将人体至于特殊的磁场中，用无线电脉冲激发人体内氢原子和，引起氢原子共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子按特定的频率发出电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外接收器记录，经过计算机处理获得断层图像。核磁共振有很多优点，不会产生CT检测中的伪影，不需造影剂，无电离辐射，但是它的缺点也存在不足，成像时间长，空间分辨率低，带有铁等某些金属的部位不能进行核磁共振检测；核磁共振仪对环境要求高，运营成本高，这也极大地限制了它的应用范围。

太赫兹波波长介于3毫米(0.1THz)和30微米(10THz)之间，在医学成像领域有很高的应用前景。安全性方面，频率为1THz的电磁波的光子能量只有大约4.1meV，对人体的辐射量只是X射线的一百万分之一，反复照射也无伤害，也不会因为辐射电离而损伤被检测的机体和组织，因此用于医学成像具有很高的安全性。灵敏度方面，位于远红外区域的太赫兹波比核磁共振技术具有更高的灵敏度。同时，很多生物大分子如蛋白质、DNA、RNA，它们振动和转动能级均位于太赫兹波段，所以太赫兹波可以用于针对靶物质实现特异性成像，利用太赫兹快速断层成像技术可以更加快速准确的实现癌症等疾病的诊断。

然而，在目前的太赫兹断层成像技术都是通过待成像的样本放到旋转平移扫描台上来实现的。这样需要让旋转平台以一定角度间隔逐步转动来实现多角度扫描，扫描时间长，容易产生运动伪影，无法对心脏等器官进行成像，而且扫描平台的机械转动和平移或给系统带来更多的误差，旋转平移扫描台在实用过程中也不方便，人要和扫描台一起旋转平移，舒适性和精确性无法得到保障。所以，开发一套快速高精准度的太赫兹断层成像技术具有极高的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太赫兹快速断层成像系统及方法，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了一种太赫兹快速断层成像系统，包括激光发射系统、传输光路及其控制系统、载物台、圆弧形光导天线阵列、太赫兹探测阵列、数据采集传输系统以及计算机处理系统；

激光发射系统产生激光束，传输光路及其控制系统包括分束器、激光偏转器以及控制电路，分束器将激光发射系统产生的激光束分为第一激光束和第二激光束，第一激光束通过激光偏转器后成为旋转激光束，控制电路控制激光偏转器用于调整旋转激光束的旋转角度；

圆弧形光导天线阵列接收旋转激光束产生太赫兹波，太赫兹波在扫描过载物台上被测样品后被太赫兹探测阵列所吸收，数据采集传输系统采集接收第二激光束以及扫描被测样品后的太赫兹波的数据，采集到的数据经过光电转化、锁相放大并数字化之后，由计算机处理系统进行计算处理。

激光发射系统包括飞秒激光器、放大器以及温度控制器，飞秒激光器用于产生激光束、放大器将激光束功率放大，温度控制器用于调节激光束的输出光谱的位置。

圆弧形光导天线阵列包括固定的圆弧装置、若干设置在圆弧装置上的光导天线。

设置在圆弧装置上的光导天线的数量为40-50个。

还包括与光导天线相配合的超半球衬底透镜和会聚透镜，光导天线产生的太赫兹波通过超半球衬底透镜和会聚透镜后成为锥形太赫兹波。

太赫兹探测阵列包括第一探测器环和第二探测器环，第一探测器环与第二探测器环的半径和弧度均相同，在第一探测器环内设置有若干ZnTe晶体探测器，其中一半的ZnTe晶体探测器延伸到第二探测器环上。

数据采集传输系统包括若干光电二极管，光电二极管通过电路连接到前置放大器上。

在本发明的实施例中还提供了一种太赫兹快速断层成像方法，包括：

激光发射系统产生激光束；

激光束在经过传输光路及其控制系统后产生第二激光束与旋转激光束；