新鲜切除乳腺癌肿瘤的太赫兹成像与表征方案

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。