Posłuchaj o projekcie >>>

Obszary zmian nowotworowych mają wyższą zawartość wody niż tkanka tłuszczowa, co oznacza, że ten region ma wyższy współczynnik załamania światła i współczynnik absorpcji. Aby móc rozszerzyć zakres obrazowania THz do celów medycznych, w tym wykrywania tkanek nowotworowych, należy opracować nowe metody zwiększenia kontrastu w obrazowaniu THz.

Promieniowanie terahercowe w medycynie

Fale terahercowe to fale elektromagnetyczne o częstotliwości pomiędzy 300 GHz a 3 THz. Terahercowe obrazowanie obiektów jest wykorzystywane w wielu dziedzinach życia, służy m.in. do badania dzieł sztuki i rzeźb, czy przenikania do wnętrza różnych przedmiotów, jak choćby bagaży na lotniskach. Właściwości promieniowania terahercowego dostrzeżono również w dziedzinie medycy, gdzie trwają intensywne prace nad wykorzystaniem fal THz do prześwietlania ludzkiej tkanki. Takie rozwiązanie pozwoliłoby na zastąpienie powszechnie stosowanego prześwietlenia RTG, z korzyścią dla zdrowia pacjentów – promieniowanie terahercowe jest niejonizujące, w przeciwieństwie do promieniowania X, wykorzystywanego w technice RTG.

Na szczególną uwagę zasługuje przypadek, w którym badany obiekt, w tym przypadku obszar cienkich warstw tkanek i zmian nowotworowych, wykazuje niską absorpcję w częstotliwościach THz, uniemożliwiając zapis obrazu prześwietlanej tkanki. 

Rys. 1 Obrazowanie z wykorzystaniem filtracji przestrzennych; różne układy eksperymentalne.

– Dzięki ścisłej współpracy między dwoma zespołami udało nam się zbudować różne układy optyczne, które pozwoliły na obrazowanie obiektów za pomocą promieniowania terahercowego – mówi dr Agnieszka Siemion - Udało nam się zobrazować obiekty, które teoretycznie są przezroczyste dla promieniowania terahercowego. Zrobiliśmy to dzięki użyciu odpowiednich metod filtrowania przestrzennego, czyli metody kontrastu fazowego i metody pola ciemnego – wyjaśnia.

Obiecujące pierwsze wyniki

Naukowcy są pozytywnie nastawieni do pierwszych uzyskanych wyników badań dotyczących obiektów w dużej mierze przezroczystych. Zaproponowane przez nich podejście, wykazuje poprawę kontrastu uzyskanego obrazu odpowiednio do 10 dB i 30 dB oraz wzrost o rząd wielkości stosunku sygnału do szumu. Takie rozwiązanie otwiera drogę do szerszego zastosowania promieniowania terahercowego w medycynie i w dziedzinie biologii, gdzie słaba absorpcja promieniowania THz w wielu przypadkach jest nieodłączną cechą badanych obiektów.

Rys. 2 - Porównanie obrazów uzyskanych różnymi metodami filtrowania przestrzennego.

 – Mamy nadzieję, że kolejne etapy badań z uwzględnieniem oświetlenia pod różnymi polaryzacjami, dzięki użyciu struktur metamateriałowych, dadzą jeszcze lepsze wyniki - mówi dr Agnieszka Siemion, kierownik projektu. - Każdego, dla którego ta tematyka wydaje się być interesująca zapraszamy do wspólnej dyskusji i współpracy – dodaje.

Projekt „Wykorzystanie właściwości spolaryzowanego oświetlenia i metody pola jasnego i pola ciemnego do terahercowego obrazowania fantomu tkanek zdrowych i zmienionych nowotworowo ” jest finansowany ze środków projektu „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza” (w ramach konkursu FOTECH-1).

Skład zespołu badawczego:

• Agnieszka Siemion, dr inż., Adiunkt, Prodziekan ds. Studenckich na Wydziale Fizyki Politechniki Warszawskiej, nauki fizyczne,
• Gintaras Valušis, Dyrektor i Główny pracownik naukowy w FTMC, Profesor na Uniwersytecie Wileńskim, Centrum Nauk Fizycznych i Technologii (FTMC) w Wilnie, Uniwersytet Wileński, fizyka,
• Linas Minkevičius, dr, starszy pracownik naukowy; Kierownik Laboratorium Charakteryzacji Układów Optoelektronicznych, Adiunkt na Uniwersytecie Wileńskim, Centrum Nauk Fizycznych i Technologii w Wilnie, Uniwersytet Wileński, fizyka,
• Paweł Komorowski, mgr inż., doktorant, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszawskiej, automatyka, elektronika i elektrotechnika,
• Mateusz Surma, mgr inż., doktorant, Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej, nauki fizyczne.

Więcej o projekcie >>>