来源：SPIE，编辑：Stephanie Baum，审阅：Robert Egan；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 余静雯 编译

    近年来，电子学和光学领域的进步为太赫兹（THz）波的应用开辟了新途径——这是一种介于红外光和微波之间的不可见光。利用THz散射进行医学诊断是该领域的前沿方向，因为THz波能够探测传统成像方法无法捕捉的组织结构特征。新兴的THz测量技术有望检测癌症和烧伤等疾病中组织结构的细微变化，从而成为一种强大的诊断工具。 

    然而，现有的THz成像技术在医学应用中面临显著局限性。大多数方法主要依赖健康与病变组织间的水分含量差异作为诊断对比度来源，但这一方法对复杂疾病条件而言过于简化。 

    此外，尽管反射THz波的偏振测量对组织诊断显示出潜在价值，但不同组织产生偏振响应差异的底层机制仍不明确。这一认知空白凸显了开发能解释和预测实验现象的计算模型的必要性。 

    为应对这些挑战，美国纽约州立大学石溪分校（Stony Brook University）的Hassan Arbab教授团队开展了一项综合研究，结合数学建模、先进计算机模拟和实验验证，系统解析THz波对组织结构的响应。根据发表于《Journal of Biomedical Optics》的研究，该团队模拟了偏振THz光如何与健康与病变/损伤组织间的微观特征相互作用。 

    研究人员首先采用蒙特卡洛模拟（Monte Carlo simulation）——一种强大的计算技术，模拟THz波在高吸收生物介质中嵌入的不同直径球形粒子上的散射行为。这些粒子可模拟疾病相关结构，例如肿瘤簇或烧伤导致的毛囊和汗腺破坏。为验证模型，团队制备了悬浮于明胶中的不同尺寸聚丙烯颗粒组织仿体，以模拟真实组织的光学特性。 

    模拟揭示了两个关键参数——漫散射光强度及其偏振度（DOP）——随粒子尺寸和浓度变化呈现可预测规律。值得注意的是，团队证明仅需单次偏振测量即可表征组织的相关偏振特性，而传统方法至少需要四次测量。 

    仿体实验结果验证了模拟预测，显示散射粒子尺寸与频率依赖模式间存在明确关联。如预期，较大散射粒子产生更强的漫散射光强度，并在特定频率下形成偏振度“凹陷”，可用于评估散射粒子尺寸。 

    最终，研究人员通过捕获离体猪皮肤烧伤样本的偏振图像，展示了该方法的临床潜力，清晰区分了烧伤与健康区域。 

    检测和表征组织微观结构变化的能力为早期癌症诊断开辟了新可能。特别是，THz偏振成像可有效识别“肿瘤芽状结构”（癌细胞小簇从主肿瘤脱离的现象）。相比当前依赖组织取样和复杂染色程序的方法，THz偏振成像提供了更简便、高效的潜在替代方案。 

    展望未来，研究团队计划将研究扩展至实际癌症组织样本，并提升THz测量能力以捕捉更细微的组织特征。利用正在开发的宽频段THz系统，偏振技术或可解析10–30微米级结构，从而拓展疾病相关组织变化的检测范围。 

    随着THz技术的持续进步，本研究结果标志着其向常规医学诊断转化的重要一步，可能彻底改变临床医生对疾病进展的检测与监测方式。 

    更多信息：Erica Heller et al, Terahertz Mie scattering in tissue: diffuse polarimetric imaging and Monte Carlo validation in highly attenuating media models, Journal of Biomedical Optics (2025). DOI: 10.1117/1.JBO.30.6.066001