本文根据大阪大学研究成果发布资料编译而成
日本大阪大学激光科学研究所的特任助教芹田和则担任组长，与该研究所的教授斗内政吉、大阪大学研究生院工学研究科博士生冈田航介，以及法国波尔多大学和博高尼研究所共同组成的国际联合研究团队，利用向非线性光学晶体照射激光时局部产生的太赫兹波，首次成功地对病理诊断也难以识别的小于0.5毫米的早期乳腺癌进行了太赫兹成像，无需染色即可高精度成像。
乳腺癌主要分为浸润性乳腺癌和非浸润性乳腺癌，前者是癌症已经开始恶化的状态，后者是癌症尚未恶化的小型早期乳腺癌，被称为乳腺导管原位癌（DCIS），癌细胞在乳腺导管内部增殖，不进行治疗的话，会发展成恶性程度比较高的浸润性乳腺癌。因此，尽早发现DCIS至关重要。癌症的病理诊断首先利用化学染色来区分组织，然后由病理医生根据染色图像进行诊断，课题在于染色过程既费时又费力。另外，DCIS由于病灶本身看起来与浸润性导管癌（IDC）相似，因此即使染色也难以准确识别。
太赫兹波是指频率为0.1～10太赫兹的电磁波，介于光波与电波之间。在成像方面与X射线不同，物质无需遭受辐射就能实现可视化，因此，作为可取代X射线的安全可靠的评估技术备受关注。而且在用于检测活体组织时，无需染色即可识别癌组织和正常组织，作为未来的新型癌症诊断技术也备受期待。
不过，以往的太赫兹检测是利用透镜聚焦太赫兹波后照射样本，可观察范围仅数毫米～数厘米。因此，无法利用太赫兹波观察DCIS等早期癌症。
此次，研究团队着眼于向非线性光学晶体照射飞秒（1飞秒为10-15秒）脉冲激光时会局部产生太赫兹波的现象。此时产生的太赫兹波可作为比其波长（1太赫兹波长约为0.3毫米）小几位数的点光源使用。通过使这种太赫兹波与样本直接相互作用进行成像（图1），全球首次成功地对小于0.5毫米的DCIS进行了清晰的太赫兹成像，这在以前是难以实现的（图2）。法国团队准备了适合观测的特殊样本，由此实验才取得成功，这是一项重大的国际联合研究成果。
另外还观测到，DCIS与IDC中的太赫兹波强度分布不同，表明可以进行定量识别。与以往的太赫兹波癌症检测相比，能以高出近1,000倍的精度对癌组织进行成像。
图1：乳腺癌组织检测模式图。从转移到非线性光学晶体表面的乳腺癌组织下方照射激光，在晶体表面产生太赫兹波。然后扫描该太赫兹波，对乳腺癌组织进行成像。
图2：乳腺癌组织的THz图像（未染色）和H&E染色图像。在染色图像中，根据病理医生的诊断，红色虚线内的区域为乳腺导管原位癌（DCIS），蓝色虚线内的区域为浸润性导管癌（IDC），其他区域为正常组织。可以看出，THz图像也具有与染色图像相似的分布。另外还可以看出，DCIS、IDC和正常组织之间的信号强度不同，可以分别识别到。
可以说，此次的成果向实现无需染色即可快速提供高精度癌症病理诊断结果的现场诊断迈出了重要的一步。另外，通过与机器学习相结合，还有望为病理诊断提供强力支持，不仅是乳腺癌，可用于各种癌症的早期发现和癌症等级判断等。此外，还有望开发采用该技术的新型太赫兹诊断器件，预计会以生物和医疗领域为中心，产生广泛的波及效应。
论文信息
题目：Terahertz near-field microscopy of ductal carcinoma in situ (DCIS) of the breast
发表期刊：Journal of Physics: Photonics（在线）
DOI：10.1088/2515-7647/abbcda
研究成果发布资料
编译：JST客观日本编辑部
