能源經濟及策略、新及再生能源、火力、核能及核設施除役、原子科技及民生應用的專業資訊平台



T射線技術或能用來分析皮膚結構進而診斷皮膚病症

出處 University of Warwick 作者 劉聖哲摘譯 年份 2021/02/03
報告類型 新聞報導 分類 原子科技及民生應用 資料時間 2021年2月
原始連結 原始連結

        「太赫茲(Terahertz, THz)輻射」或「T射線(T-rays)」是在電磁波頻譜上,波長介於微波(例如WiFi)和紅外線之間,頻率約300GHz ~ 3THz的電磁波。由於T射線能夠穿透像是塑料、陶瓷和衣服等等許多常見之材料,對於水的敏感度非常高,且其光子之能量較低屬於非電離輻射,因此它應可非常安全地被用於非侵入式的生醫檢測上。然而T射線在生物組織中能夠穿透的深度比較淺,使得「體內(in vivo)太赫茲測量」於皮膚燒傷、濕疹、牛皮癬、皮膚癌、疤痕、糖尿病足症候群等多種皮膚病症診斷之應用潛力,成為目前主要的研究重點。

  最近,英國華威大學(University of Warwick)以及香港中文大學(The Chinese University of Hong Kong, CUHK)的科學家所共同組成之研究團隊在《先進光子學研究(Advanced Photonics Research)》期刊上,即提出了一種T射線皮膚檢測技術,經由分析自多個不同角度發射之T射線,此新技術能比現有方法更清楚詳細地描繪皮膚和皮膚區域的結構及水合作用程度,因此可做為科學家和臨床醫生用來為個別患者檢測皮膚特性,並協助管理、診斷和治療皮膚狀況的新工具。

  上述T射線皮膚檢測技術的運作原理大致如下:棱鏡將T射線聚焦在皮膚特定的焦平面上,依皮膚性質之不同,被皮膚反射回來的T射線其特性也會稍微改變,如此,科學家就能藉由比較T射線進入皮膚前後的特性來分析皮膚狀況。只是標準T射線反射法有其局限,故本研究的研究團隊改採「橢圓偏振法」,將多個自不同角度發射的T射線聚焦在同一皮膚區域上,以此方法,研究團隊宣稱他們就能夠準確地計算出兩個彼此成直角方向上之皮膚其個別的折射率、及稱為「雙折射(birefringence)」之折射率間差異。由於水潤的皮膚其折射率與脫水皮膚者不同,因此所有得到的數據即能提供皮膚含水分多少之重要資訊,還可以計算出皮膚的厚度。

  這樣的構想是否可行呢?研究團隊找來志願者進行測試。他們令志願者將手臂放在T射線設備的造影窗口上30分鐘,還要求志願者需將手臂貼緊造影窗口,使汗水「阻塞」在皮膚而不會被蒸發逸散。然後研究人員在半小時內,每2分鐘進行4次方向互呈直角的測量。由於T射線對水是特別敏感的,因此隨著時間推移,研究人員確實能明顯看到水分在手臂皮膚上聚積的顯著差異變化,如此表示此項技術確實能有效地將皮膚的狀況顯示出來。

  未來,研究團隊將繼續改良他們提出的皮膚檢測程序,進而推出可以實際在醫院上線的T射線皮膚檢測設備。

圖說:利用互補橢圓偏振T射線來檢測皮膚水分和細胞結構。(a)雙棱鏡系統和兩條替代光路的示意圖。(b)雙棱鏡系統安裝在穿透式橢圓偏振儀上的電動平台,切換入射角或偏振方向可產生四種不同配置。(c)在雙棱鏡系統上進行皮膚檢測。(Source: Xuequan Chen et. al., Exploiting complementary terahertz ellipsometry configurations to probe the hydration and cellular structure of skin in vivo, 10 November 2020, Advanced Photonics Research.

DOI: https://doi.org/10.1002/adpr.202000024. CC BY 4.0)