今年2月，知名音乐人赵英俊、演员吴孟达先后因肝癌离世，而吴孟达从发现肝癌正在接受治疗到突然去世，中间只隔了两个月，这让广大影迷们感到非常错愕，也让大家再次掀起对癌症的筛查与诊治的相关讨论。
来自世卫组织的最新数据显示，2020年全球确诊的癌症患者数量达到1930万，而死于癌症的人数增加到1000万。癌症是第二大死亡原因。目前全球五分之一的人在其一生中都会罹患癌症，八分之一的男性和十一分之一的女性会死于癌症。癌症死亡的前五位依次为肺癌、肝癌、胃癌、食管癌、结直肠癌。
多数癌症患者被发现时，已经到了中晚期，癌症的早期诊断及早期治疗是提高肿瘤治愈率和降低肿瘤患者死亡率的关键所在，我们又该如何早发现、早治疗呢？
传统的癌症诊断主要涵盖组织成像和生物标志物检测两大类。
组织成像技术包括磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)和超声波(US)，可以用于检测与癌症相关的组织结构差异，例如异质性、细胞凋亡率和细胞密度等。生物标志物检测技术主要运用染色体分析、甲基化分析、蛋白质组学工具、免疫学反应等方法检测各种与癌症相关的DNA、蛋白质或其他分子生物标志物。
但目前这些方法需要庞大的系统和繁杂的样本预处理步骤，这限制了对癌症快速筛查的效率，阻碍了早期癌症的诊断，特别是癌症类型分类。
认识太赫兹技术的医学应用
太赫兹（THz）波是频率范围在0.1 THz～10 THz的电磁波。由于太赫兹波具有诸如非电离性，非侵入性和良好的穿透能力等特征，可以用于活体或离体的无损组织成像，而太赫兹波的频谱指纹识别可以提供癌症标记物的定性和定量分析。
此外，太赫兹系统通常简洁而紧凑，并且基本不需要对样品进行预处理。因此，太赫兹技术，包括太赫兹成像和太赫兹光谱学，可被用作癌症诊断过程中快速筛查的潜在工具。
专家介绍太赫兹技术应用
首先，太赫兹波信号具有良好的时间分辨率，但同时与微波相比还具有很好的空间分辨率，很多生物大分子的振动和转动能级都位于该波段，因此太赫兹波具有在生物医学领域应用的基础。
其次，太赫兹波具有的穿透性能够探测一定深度的生物组织信息，最为重要的是，太赫兹波的光子能量极小，不会像x射线样产生电离效应，因此不会对生物组织和机体造成破坏。太赫兹波的这些特点使其在生物医学领域的应用逐渐得到重视，并取得了一定进展。
图1 一款便携式太赫兹成像系统
癌变组织的识别
2016年，阿肯色大学的Bowman等人完成了对浸润性导管癌组织成像结果，可以发现与相邻的正常组织纤维和脂肪组织相比较，癌变区域 显示了更低的透射率 ，更高的 反射率，这 在许多其他研究中也有类似的结果，其对比度归因于癌变区域中含有较高的水分，从而导致更多太赫兹波吸收、反射或折射率，但 这种成像方式只能将组织间的区别凸显出来，而无法做到对癌症的定性诊断。
图2 浸润性导管癌的病理染色图像和对应的太赫兹图像
癌变的定性诊断
基于太赫兹光谱技术，科学家们能通过识别混合物光谱中目标物特征峰来推断混合物中目标物的含量。因为部分癌症的标志物在太赫兹波段存在独特的特征峰，因此可以通过太赫兹光谱技术对标志物进行定性和定量检测。
2018年，上海理工大学彭滟等人对混合物中脑胶质瘤特异性物质做出了定量分析，其样本由两种脑胶质瘤特异性物质和5种脑组织主要成分组成，通过太赫兹光谱系统结合支持向量回归算法，研究者推测出了样本中两种脑胶质瘤特异性物质的具体含量，其准确率高达99%。
此外，世界范围内多个课题组也尝试了不同回归算法或AI算法，成功做到了准确分类癌组织和正常组织， 精准识别不同癌症标记物。
图3 太赫兹光谱技术对脑胶质瘤中特异性物质所做定量分析
这些工作目前尚未在医学组织样本研究中应用，这是 由于组织中通常包含了上百种其他物质，造成了光谱中不同物质特征峰的重叠，而且部分物质大量吸收太赫兹波，导致光谱信噪较差，从而降低了识别准确率。
未来，可以将太赫兹成像与生物标志物的太赫兹光谱指纹相结合，实现癌症区域的定性鉴别和 定量分析癌症阶段，为了实现这一目标，科学家们正在努力改进太赫兹技术的科研方法，以真正服务于人类福祉。
说明：以上部分内容参考《生物医学工程前沿》等刊物。
