Name: 新切除乳腺癌肿瘤的Terahertz成像和表征协议 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-04-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 56 s
Description: 了解太赫兹成像与光谱技术用于乳腺癌手术切缘评估的方法。该技术可安全区分癌性与非癌性组织，减少二次手术需求，适用于术中实时分析。

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本工作由美国国立卫生研究院（NIH）资助项目 # R15CA208798 以及美国国家科学基金会（NSF）资助项目 # 1408007 部分支持。太赫兹脉冲系统的经费来自美国国家科学基金会/科研仪器基金（NSF/MRI）项目 # 1228958。我们感谢国家疾病研究交换中心（NDRI）在 NIH 资助 U42OD11158 支持下提供的组织样本。同时，我们感谢俄克拉荷马州立大学俄克拉荷马动物疾病诊断实验室在本研究所有组织样本的组织病理学检测过程中给予的合作与支持。

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<li>Arbab, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+spectroscopy+for+the+assessment+of+burn+injuries+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Terahertz spectroscopy for the assessment of burn injuries in vivo.</a> Journal of Biomedical Optics. 18 (7), 077004(2013).</li>
<li>Sy, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+spectroscopy+of+liver+cirrhosis%3A+investigating+the+origin+of+contrast%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Terahertz spectroscopy of liver cirrhosis: investigating the origin of contrast.</a> Physics in Medicine and Biology. 55 (24), 7587-7596 (2010).</li>
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<li>El-Shenawee, M., Vohra, N., Bowman, T., Bailey, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cancer+detection+in+excised+breast+tumors+using+terahertz+imaging+and+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Spectroscopy+and+Imaging%22%5BJournal%5D)">Cancer detection in excised breast tumors using terahertz imaging and spectroscopy.</a> Biomedical Spectroscopy and Imaging. 8 (1-2), 1-9 (2019).</li>
<li>Yamaguchi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+tumor+imaging+of+rat+fresh+tissue+using+terahertz+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Brain tumor imaging of rat fresh tissue using terahertz spectroscopy.</a> Scientific Reports. 6 (30124), 1-6 (2016).</li>
<li>Rong, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+in-line+digital+holography+of+human+hepatocellular+carcinoma+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Terahertz in-line digital holography of human hepatocellular carcinoma tissue.</a> Scientific Reports. 5 (8445), 1-6 (2015).</li>
<li>Park, J. Y., Choi, H. J., Nam, G., Cho, K., Son, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+Vivo+Dual-Modality+Terahertz+%2F+Magnetic+Resonance+Imaging+Using+Superparamagnetic+Iron+Oxide+Nanoparticles+as+a+Dual+Contrast+Agent%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Terahertz+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">In Vivo Dual-Modality Terahertz / Magnetic Resonance Imaging Using Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles as a Dual Contrast Agent.</a> IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2 (1), 93-98 (2012).</li>
<li>Ji, Y. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility+of+terahertz+reflectometry+for+discrimination+of+human+early+gastric+cancers%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Feasibility of terahertz reflectometry for discrimination of human early gastric cancers.</a> Biomedical Optics Express. 6 (4), 1413-1421 (2015).</li>
<li>Bowman, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Phantom+Study+of+Terahertz+Spectroscopy+and+Imaging+of+Micro-+and+Nano-diamonds+and+Nano-onions+as+Contrast+Agents+for+Breast+Cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Physics+and+Engineering+Express%22%5BJournal%5D)">A Phantom Study of Terahertz Spectroscopy and Imaging of Micro- and Nano-diamonds and Nano-onions as Contrast Agents for Breast Cancer.</a> Biomedical Physics and Engineering Express. 3 (5), 055001(2017).</li>
<li>Chavez, T., Bowman, T., Wu, J., Bailey, K., El-Shenawee, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+Terahertz+Imaging+for+Excised+Breast+Cancer+Tumors+with+Image+Morphing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Infrared%2C+Millimeter%2C+and+Terahertz+Waves%22%5BJournal%5D)">Assessment of Terahertz Imaging for Excised Breast Cancer Tumors with Image Morphing.</a> Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 39 (12), 1283-1302 (2018).</li>
<li>Bowman, T. C., El-Shenawee, M., Campbell, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+Imaging+of+Excised+Breast+Tumor+Tissue+on+Paraffin+Sections%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Antennas+and+Propagation%22%5BJournal%5D)">Terahertz Imaging of Excised Breast Tumor Tissue on Paraffin Sections.</a> IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 63 (5), 2088-2097 (2015).</li>
<li>Bowman, T., El-Shenawee, M., Campbell, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+transmission+vs+reflection+imaging+and+model-based+characterization+for+excised+breast+carcinomas%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Terahertz transmission vs reflection imaging and model-based characterization for excised breast carcinomas.</a> Biomedical Optics Express. 7 (9), 3756-3783 (2016).</li>
<li>Bowman, T., Wu, Y., Gauch, J., Campbell, L. K., El-Shenawee, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+Imaging+of+Three-Dimensional+Dehydrated+Breast+Cancer+Tumors%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Infrared%2C+Millimeter%2C+and+Terahertz+Waves%22%5BJournal%5D)">Terahertz Imaging of Three-Dimensional Dehydrated Breast Cancer Tumors.</a> Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 38 (6), 766-786 (2017).</li>
<li>Bowman, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+terahertz+imaging+of+breast+cancer+in+freshly+excised+murine+tumors%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Pulsed terahertz imaging of breast cancer in freshly excised murine tumors.</a> Journal of Biomedical Optics. 23 (2), 026004(2018).</li>
<li>Bowman, T., Vohra, N., Bailey, K., El-Shenawee, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+tomographic+imaging+of+freshly+excised+human+breast+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Terahertz tomographic imaging of freshly excised human breast tissues.</a> Journal of Medical Imaging. 6 (2), 023501(2019).</li>
<li>Vohra, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+Terahertz+Reflection+Imaging+of+Tumors+in+a+Spontaneous+Model+of+Breast+Cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Physics+and+Engineering+Express%22%5BJournal%5D)">Pulsed Terahertz Reflection Imaging of Tumors in a Spontaneous Model of Breast Cancer.</a> Biomedical Physics and Engineering Express. 4 (6), 065025(2018).</li>
<li>Jacobs, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Positive+margins%3A+the+challenge+continues+for+breast+surgeons%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Surgical+Oncology%22%5BJournal%5D)">Positive margins: the challenge continues for breast surgeons.</a> Annals of Surgical Oncology. 15 (5), 1271-1272 (2008).</li>
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<li>Reid, C. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+pulsed+imaging+of+freshly+excised+human+colonic+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Terahertz pulsed imaging of freshly excised human colonic tissues.</a> Physics in Medicine and Biology. 56 (1), 4333-4353 (2011).</li>
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<li>Bowman, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Statistical+signal+processing+for+quantitative+assessment+of+pulsed+terahertz+imaging+of+human+breast+tumors%5BTitle%5D)+AND+%222017+42nd+International+Conference+on+Infrared%2C+Millimeter%2C+and+Terahertz+Waves+%28IRMMW-THz%29%22%5BJournal%5D)">Statistical signal processing for quantitative assessment of pulsed terahertz imaging of human breast tumors.</a> 2017 42nd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). , Cancun 1-2 (2017).</li>
<li>Gavdush, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+spectroscopy+of+gelatin-embedded+human+brain+gliomas+of+different+grades%3A+a+road+toward+intraoperative+THz+diagnosis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Terahertz spectroscopy of gelatin-embedded human brain gliomas of different grades: a road toward intraoperative THz diagnosis.</a> Journal of Biomedical Optics. 24 (2), 027001(2019).</li>
</ol>

作者声明不存在利益冲突。

新鲜组织的有效太赫兹反射成像主要依赖于两个关键因素：1）对组织处理的恰当考虑（第2节和第4.15节）；以及2）成像平台的设置（主要是第4.11节）。组织干燥不充分会导致反射增强，由于DMEM及其他液体的高反射性，从而无法清晰观察特定区域。同时，组织与成像窗口接触不良会在太赫兹反射图像中产生低反射的环状或斑点状区域，干扰成像结果。应额外注意确保组织与成像窗口之间良好接触，包括重新调整组织位置以获得更佳的界面。在进行组织特性表征时，还需仔细实施平台设置的其他注意事项。即使平台平衡偏差仅数微米，也可能导致计算出的组织折射率和吸收系数发生显著偏移。此问题也可能源于将组织固定于成像窗口时施加压力过大，从而引起聚苯乙烯板的弯曲变形。为获得准确的计算结果，用于表征的参考信号必须来自图像的同一相位平面，以避免人为相位偏移。
该方案的主要可修改之处在于用于固定组织的介电材料，例如石英（第3.6–3.7节）和聚苯乙烯（从第4.5节开始）。只要所选窗口材料厚度均匀，且吸收足够低，能够与肿瘤产生良好的信号相互作用，即可替换为其他材料。应提前评估材料，以确定其是否能提供足够的相位平面。或者，对于成像窗口将被...

太赫兹（THz）成像与光谱技术在过去十年中已成为发展迅速的研究领域。随着0.1–4 THz范围内更高效、更稳定的太赫兹发射源的持续发展，其应用显著扩展1。其中，太赫兹技术在生物医学领域展现出巨大潜力并实现了显著增长2。研究表明，在通常用于分析固定组织的功率水平下，太赫兹辐射具有非电离性且生物学上安全3。因此，太赫兹成像与光谱技术已被用于分类和区分多种组织特征，例如通过检测水分含量来判断烧伤损伤及愈合情况4、肝硬化5，以及离体组织中的癌症6,7。特别是癌症检测涵盖广泛的潜在临床与外科应用，已针对脑癌8、肝癌9、卵巢癌10、胃肠道癌症11以及乳腺癌7,12,13,14,15,16,17,18,19进行了广泛研究。
太赫兹（THz）技术在乳腺癌中的应用主要集中在通过切缘评估来辅助乳腺保乳手术（即肿块切除术）。肿块切除术的目的是切除肿瘤及其周围少量的正常组织，与切除整个乳房的全乳切除术不同。切除组织的手术切缘需通过病理学方法进行评估，具体步骤包括将样本经福尔马林固定、切片、石蜡包埋，并在显微镜载玻片上制成4 µm–5 µm厚的切片。这一过程耗时较长，若发现切缘阳性，则需在后期进行二次手术20。美国放射肿瘤学会（ASTRO）目前的指南将阳性切缘定义为癌细胞与切缘表面的墨汁标记相接触21。对于高吸收性含水组织，太赫兹成像主要局限于表面成像，其穿透深度因组织类型而异，但已足以满足术中快速切缘评估的临床需求。在手术过程中对切缘状况进行快速分析，将显著降低手术成本和术后随访手术的发生率。迄今为止，太赫兹技术已被证明在区分福尔马林固定、石蜡包埋（FFPE）组织中的癌组织与正常组织方面有效，但仍需进一步研究以实现对新鲜切除组织中癌症的可靠检测7。
本方案详细阐述了对生物样本库获取的新鲜离体人体组织样本进行太赫兹（THz）成像与光谱分析的步骤。基于新鲜离体人乳腺癌组织的太赫兹应用在已发表的研究中极为罕见7,18,22,23，尤其是未与医院整合的研究团队更少使用。对于其他癌症应用而言，使用新鲜离体组织的情况同样罕见，大多数非乳腺的人类癌症研究案例均集中于结肠癌24,25。造成这一现状的原因之一是，除非所使用的THz系统已整合至外科手术流程中，否则福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织块比新鲜离体组织更易于获取和处理。类似地，大多数商用实验室THz系统并未设计用于处理新鲜组织，而少数具备此能力的系统目前仍处于使用细胞系培养阶段，或刚刚开始探索动物模型的离体组织分析。若要将THz技术应用于术中环境，必须预先针对新鲜组织开发成像与表征步骤，以确保分析过程不会干扰常规病理学检查的进行。对于并非天然适用于术中场景的应用，新鲜组织的表征仍是一个必须解决的挑战性环节，这是迈向活体应用与组织鉴别的重要基础。
本研究的目的是为使用商用太赫兹（THz）系统对新鲜切除组织进行THz应用提供操作指南。该实验方案基于一套THz成像与光谱系统26，最初针对小鼠乳腺癌肿瘤开发13,17,19，并进一步扩展至从生物样本库获取的人体手术组织7,18。尽管该方案是为乳腺癌研究设计的，但其核心理念同样适用于其他依赖术中切缘评估来决定治疗效果的实体瘤癌症，以及类似的THz成像系统27。由于目前关于新鲜切除组织的THz研究成果相对较少，据作者所知，本工作是首个专注于新鲜组织在THz成像与表征过程中处理流程的研究。

<table><tbody><tr><td>70% 异丙醇</td><td>VWR</td><td>89108-162</td><td>含有 70% 药用级异丙醇和 30% 药用级去离子水</td></tr><tr><td>Alconox 粉末洗涤剂</td><td>VWR</td><td>21835-032</td><td>浓缩型洗涤剂，用于去除玻璃、金属、不锈钢、瓷、陶瓷、塑料、橡胶和玻璃纤维上的有机污染物</td></tr><tr><td>生物危害袋</td><td>Fisher Scientific</td><td>19-033-712</td><td>Justrite 认证的生物危害废物容器替换袋</td></tr><tr><td>纸板支架</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>废弃纸板，用于在组织浸入福尔马林时保持成像面完整</td></tr><tr><td>离心管</td><td>VWR</td><td>10026-078</td><td>带平盖、锥底、聚丙烯材质、无菌、标准系列离心管</td></tr><tr><td>棉签</td><td>Walmart</td><td>551398298</td><td>Q-tips 原装棉签，用于对组织染色</td></tr><tr><td>乙醇</td><td>VWR</td><td>71002-426</td><td>KOPTECH 纯（未变性）无水（200 proof/100%）乙醇</td></tr><tr><td>护目镜</td><td>VWR</td><td>89130-918</td><td>Kimberly-Clark 专业安全眼镜</td></tr><tr><td>口罩</td><td>VWR</td><td>95041-774</td><td>DUKAL 公司外科口罩</td></tr><tr><td>滤纸</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z240087</td><td>Whatman 1 号纤维素滤纸</td></tr><tr><td>福尔马林溶液</td><td>Sigma Aldrich</td><td>HT501128-4L</td><td>10% 中性缓冲福尔马林</td></tr><tr><td>人新鲜切除肿瘤（浸润性导管癌，IDC）</td><td>国家疾病研究互换组织（NDRI 生物样本库</td><td>N/A</td><td>已与 NDRI 签署协议，规定所需肿瘤类型</td></tr><tr><td>IRADECON 漂白液</td><td>VWR</td><td>89234-816</td><td>预稀释次氯酸钠漂白溶液</td></tr><tr><td>KIMTECH SCIENCE 擦拭巾</td><td>VWR</td><td>21905-026</td><td>Kimberly-Clark 专业 Kim 擦拭巾</td></tr><tr><td>实验服</td><td>VWR</td><td>10141-342</td><td>该目录号对应中号实验服</td></tr><tr><td>实验室镊子/钳子</td><td>VWR</td><td>82027-388</td><td>任何实验室镊子均可使用，只要不会损伤组织</td></tr><tr><td>液体样品架（两个石英窗片，中间夹有 0.1 mm 聚四氟乙烯垫片）</td><td>TeraView, Ltd</td><td>N/A</td><td>直径 1&quot;，厚度 0.1452&quot; 的石英窗片</td></tr><tr><td>丁腈手套</td><td>VWR</td><td>82026-426</td><td>该目录号对应中号手套</td></tr><tr><td>氮气钢瓶</td><td>Airgas</td><td>NI UHP300</td><td>高纯氮气，5.0 级，300 型</td></tr><tr><td>纸巾</td><td>VWR</td><td>14222-321</td><td>11&quot; x 8.78&quot; 单层纸张</td></tr><tr><td>Parafilm 封口膜</td><td>VWR</td><td>52858-076</td><td>柔性热塑性材料，卷状防水膜，内衬纸张以防自粘</td></tr><tr><td>培养皿</td><td>VWR</td><td>470210-568</td><td>VWR 培养皿，可滑动单层平板（底部无分隔）</td></tr><tr><td>聚苯乙烯板</td><td>Home Depot</td><td>1S11143A</td><td>从 11&quot; x 14&quot; x 0.05&quot; 无眩光聚苯乙烯板上切割出的约 10 cm x 10 cm 正方形片</td></tr><tr><td>ScanAcquire 软件</td><td>TeraView, Ltd</td><td>N/A</td><td>用于太赫兹反射成像测量的系统软件</td></tr><tr><td>不锈钢低剖面刀片（#4689）</td><td>VWR</td><td>25608-964</td><td>Tissue-Tek Accu-Edge 一次性切片机刀片</td></tr><tr><td>不锈钢金属托盘</td><td>Quick Medical</td><td>10F</td><td>Polar Ware 不锈钢医疗器械托盘</td></tr><tr><td>组织标记染料</td><td>Ted Pella, Inc</td><td>黄色染料 #27213-1&lt;br/&gt; 红色染料 #27213-2&lt;br/&gt; 蓝色染料 #27213-4</td><td>用于标记切除组织样本的方向&lt;br/&gt;，以便送至组织病理学实验室</td></tr><tr><td>TPS Spectra 3000</td><td>TeraView, Ltd</td><td>N/A</td><td>太赫兹成像与光谱系统</td></tr><tr><td>TPS Spectra 软件</td><td>TeraView, Ltd</td><td>N/A</td><td>用于太赫兹透射光谱测量的系统软件</td></tr></tbody></table>

新鲜切除乳腺癌肿瘤的太赫兹成像与表征方案

Terahertz Imaging and Characterization Protocol for Freshly Excised Breast Cancer Tumors

本文介绍了一种利用脉冲太赫兹成像与光谱技术对新鲜切除的人类乳腺肿瘤进行处理、表征和成像的实验方案。该方案包括在垂直入射条件下的太赫兹透射模式以及在30°斜入射角条件下的太赫兹反射模式。所采集的实验数据表示电场的时间域脉冲信号。通过分析模型对穿过组织切片固定点的太赫兹电场信号进行处理，以提取组织的折射率和吸收系数。利用步进电机扫描系统，使发射的太赫兹脉冲从肿瘤表面每个像素点反射，从而获得不同组织区域的平面图像。该图像可呈现为时间域或频率域形式。此外，利用每个像素点提取出的折射率和吸收系数数据，可生成肿瘤的断层太赫兹图像。该方案能够清晰区分癌变组织与正常组织。另一方面，若未严格遵循本方案，肿瘤表面残留的气泡或液体可能导致图像噪声增加或结果不准确。本方案为乳腺肿瘤手术切缘评估提供了一种有效方法。

来自生物样本库的人类乳腺癌肿瘤样本#ND14139在采用上述方案进行检测后所获得的太赫兹（THz）成像结果18如图9所示。根据病理报告，样本#ND14139为I/II级浸润性导管癌（IDC），取自一位49岁女性患者的左侧乳房肿块切除手术。肿瘤的照片见图9A，病理图像见图9B，而根据方案中公式(1)获得的THz功率谱图像见图9C。病理图像的评估由俄克拉荷马州立大学的咨询病理学家完成。将THz图像与病理图像进行比对后发现，癌变区域（即图9C中的红色区域）的反射信号高于脂肪区域（即图9C中的蓝色区域）。在图9C中癌变区域中心附近出现的蓝色圆圈，是由于成像过程中肿瘤下方存在气泡所致。<...

根据新鲜组织处理方案，采用太赫兹光谱和成像技术对刚切除的人类乳腺癌肿瘤进行表征。在组织定位时需加以考虑，以实现有效的表征，同时为未来的术中应用提供及时的分析。

本文介绍了一种处理、表征和成像新鲜切除的人类乳腺肿瘤的实验方案，采用脉冲太赫兹成像与光谱技术……

本方案采用太赫兹成像与光谱技术评估乳腺肿瘤的手术切缘，旨在显著减少二次手术的需求。太赫兹成像可根据组织的光学特性，以非电离且生物学安全的方式区分癌变与非癌变组织。该技术虽为乳腺癌切缘评估而开发，但同样适用于其他需要手术切除及切缘评估的实体瘤。该方法能够在无需物理切片的情况下对福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织块内部进行成像，从而精确识别任意深度的肿瘤边界。本方案需要执行若干关键步骤，例如组织处理和载物台平衡，这些步骤若无视觉演示则较难理解。在处理组织前，先用生物危害袋覆盖不锈钢金属托盘，并将所有必要的实验材料放置在覆盖后的托盘附近，以便取用。接下来，将新鲜的肿瘤样本转移至托盘上的培养皿中，通过肉眼观察选择一个表面足够平整、血液较少且血管稀疏的肿瘤侧面。然后，将待成像的一面朝下放置在一级滤纸上，以去除多余的培养基，并清除组织表面的液体或分泌物；当滤纸被浸湿后，需将肿瘤重新移至干燥区域。在保持肿瘤干燥五分钟的同时，将一块厚度为1.2毫米、直径约为37毫米的聚苯乙烯板放置在太赫兹成像仪的扫描窗口上，并将扫描窗口及聚苯乙烯板一同置于太赫兹成像仪的样品台。在主窗口中，单击“固定点扫描”图标，以激活太赫兹天线，并开始从聚苯乙烯板上的单一点位发送和接收反射的太赫兹信号。单击“电机平台”对话框图标，将打开电机控制窗口。为了使聚苯乙烯反射脉冲在主窗口中居中，点击光延迟轴箭头以调节光延迟轴。点击数据采集设置按钮，打开数据采集设置对话框，将光延迟值从5伏特更改为4伏特。使用微米刻度调节扫描平台的垂直位置，直至次级脉冲的最小值最强，并在电机控制窗口中调节光延迟轴，使主反射位于被测反射信号范围之外。为调平样品台并记录参考信号，请单击电机控制对话框按钮以打开电机控制窗口，并重新调整电机控制窗口和主软件窗口的位置，以便在调节电机位置时能够观察到时域信号。在电机控制窗口中，按照以下步骤调平 A 轴：将 x 轴的数值从零更改为负 10，然后按 Enter 键。此时样品台将移动至 A 轴负 10 毫米的位置，主窗口中将观察到信号位置发生偏移。使用可调节的千分尺刻度，将信号的最小峰值移回之前的垂直位置，并将 A 轴数值调整为正 10。点击回车。载台将移动至 A 轴正 10 毫米的位置，此时将再次观察到信号的偏移。请注意信号从其先前位置偏移的方向和距离，并将 A 轴的值重新调整为 -10。此时信号将回到原始的垂直位置。旋转扫描台 A 轴上的调平螺丝，使信号沿相同方向移动的距离为之前偏移距离的两倍，即为扫描台从原始位置移动的距离。使用扫描台上的千分尺将信号移回原始位置，并重复调整，直至正10和负10位置的信号峰值相等，且两个位置的焦点均位于原始位置。完成A轴调平后，将A轴数值归零，并对B轴重复相同操作。当两个轴均完成调平后，将A轴和B轴均返回至零毫米，关闭电机控制窗口，然后检查信号是否仍处于原始位置，以防其发生轻微偏移。要在“数据采集属性”窗口中将此信号记录为参考信号，请将平均值更改为5，其余所有参数保持默认设置。然后单击“新建参考”。平均计数器将从0计数到20。当计数器达到20时，将平均值更改为1，然后点击“确定”。聚苯乙烯的反射信号将被保存为后续所有扫描的参考。当所有参数设置完毕后，将成像窗口从扫描平台转移至组织处理区域，并将肿瘤组织安装到聚苯乙烯板上。使用镊子去除肿瘤内部的气泡，或轻轻滚动样品直至聚苯乙烯上的空气间隙最小化。在测试样品周围定期放置吸水隔片，并在肿瘤上方放置另一块聚苯乙烯板。轻轻按压肿瘤表面，使其尽可能平整，并用胶带将肿瘤和聚苯乙烯板的组合固定在样品窗口上。平坦的组织表面以及与聚苯乙烯板的良好接触至关重要，因为气泡、过多液体和不平整的表面可能会破坏肿瘤组织成像。翻转样本窗，拍摄肿瘤照片以记录其方位。将样本窗放回扫描台，点击图像参数对话按钮，打开图像采集参数窗口。设置轴一最小值、轴一最大值、轴二最小值和轴二最大值，以完全覆盖成像窗口中肿瘤的位置。将轴一和轴二的步长均设置为0.2毫米以进行成像扫描。然后，在“测量”菜单下选择“Flyback 2D扫描”，并在弹出窗口中创建文件夹和文件名以保存扫描数据。在本分析中，对一名49岁女性通过左侧乳房肿块切除术获得的1级至2级浸润性导管癌组织进行了评估。将太赫兹图像与病理图像进行关联后可以明显看出，癌变区域的反射率高于脂肪区域。断层成像结果显示，随着频率的增加，癌变区域在脂肪像素中的计算吸收系数值也随之升高，且在两个频率下，癌变像素的吸收系数均高于脂肪组织。相比之下，两种组织的折射率均随着频率的增加而降低。对同一肿瘤进行透射光谱分析，结果表明从肿瘤两个区域提取的吸收系数和折射率在频率范围上具有良好的一致性。需要注意的是，组织处理不当可能导致成像结果产生误导，例如由于未干燥的肿瘤样本中存在过量液体，可能错误提示肿瘤中癌组织比例更高。可对太赫兹图像数据进行进一步表征，以获取组织频率依赖性特性的相关信息，并可开展统计分析，实现图像的自动分割。该技术已推动了用于研究导管原位癌特征的成像与光谱分析算法的发展，能够区分低级别肿瘤与致命的高级别肿瘤。请务必注意，在处理癌组织和甲醛溶液时应格外小心，任何接触过肿瘤组织的系统部件或工具都必须妥善清洁或丢弃。

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新切除乳腺癌肿瘤的Terahertz成像和表征协议

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新鲜切除乳腺癌肿瘤的太赫兹成像与表征方案

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