本文根據大阪大學研究成果發佈資料編譯而成
日本大阪大學雷射科學研究所的特任助教芹田和則擔任組長，與該研究所的教授鬥内政吉、大阪大學研究生院工學研究科博士生岡田航介，以及法國波爾多大學和博高尼研究所共同組成的國際聯合研究團隊，利用向非線性光學晶體照射雷射時局部產生的太赫茲波，首次成功地對病理診斷也難以識別的小於0.5毫米的早期乳房癌進行了太赫茲成像，無需染色即可高精度成像。
乳房癌主要分爲浸潤性乳房癌和非浸潤性乳房癌，前者是癌症已經開始惡化的狀態，後者是癌症尚未惡化的小型早期乳房癌，被稱爲乳腺導管原位癌（DCIS），癌細胞在乳腺導管内部增殖，不進行冶癒的話，會隊形變換成惡性程度比較高的浸潤性乳房癌。因此，儘早發現DCIS至關重要。癌症的病理診斷首先利用化學染色來區分組織，然後由病理醫學家根據染色影像進行診斷，課題在於染色程序既費時又費力。另外，DCIS由於病竈本身看起來與浸潤性導管癌（IDC）相似，因此即使染色也難以準確識別。
太赫茲波是指頻率爲0.1～10太赫茲的電磁波，介於光波與電波之間。在成像方面與X射線不同，物質無需遭受輻射就能實施視覺化，因此，作爲可取代X射線的安全可靠的評估技術備受關注。而且在用於檢測活體組織時，無需染色即可識別癌組織和正常組織，作爲未來的新型癌症診斷技術也備受期待。
不過，以往的太赫茲檢測是利用透鏡聚焦太赫茲波後照射樣本，可觀察範圍僅數毫米～數釐米。因此，無法利用太赫茲波觀察DCIS等早期癌症。
此次，研究團隊着眼於向非線性光學晶體照射飛秒（1飛秒爲10-15秒）脈衝雷射時會局部產生太赫茲波的現象。此時產生的太赫茲波可作爲比其波長（1太赫茲波長約爲0.3毫米）小幾位數的點光源使用。透過使這種太赫茲波與樣本直接相輔作用進行成像（圖1），全球首次成功地對小於0.5毫米的DCIS進行了清晰的太赫茲成像，這在以前是難以實施的（圖2）。法國團隊準備了適合觀測的特殊樣本，由此實驗才取得成功，這是一項重大的國際聯合研究成果。
另外還觀測到，DCIS與IDC中的太赫茲波強度分佈不同，表明可以進行定量識別。與以往的太赫茲波癌症檢測相比，能以高出近1,000倍的精度對癌組織進行成像。
圖1：乳房癌組織檢測模式圖。從轉移到非線性光學晶體表面的乳房癌組織下方照射雷射，在晶體表面產生太赫茲波。然後掃描該太赫茲波，對乳房癌組織進行成像。
圖2：乳房癌組織的THz影像（未染色）和H&E染色影像。在染色影像中，根據病理醫學家的診斷，紅色虛線内的區域爲乳腺導管原位癌（DCIS），藍色虛線内的區域爲浸潤性導管癌（IDC），其他區域爲正常組織。可以看出，THz影像也具有與染色影像相似的分佈。另外還可以看出，DCIS、IDC和正常組織之間的訊號強度不同，可以分別識別到。
可以說，此次的成果向實施無需染色即可快速提供高精度癌症病理診斷結果的現場診斷邁出了重要的一步。另外，透過與機器學習相結合，還有望爲病理診斷提供蠻力支援，不僅是乳房癌，可用於各種癌症的早期發現和癌症等級判斷等。此外，還有望開發採用該技術的新型太赫茲診斷器件，預計會以生物和醫療領域爲中心，產生廣泛的波及效應。
論文資訊
題目：Terahertz near-field microscopy of ductal carcinoma in situ (DCIS) of the breast
發表期刊：Journal of Physics: Photonics（線上）
DOI：10.1088/2515-7647/abbcda
研究成果發佈資料
編譯：JST客觀日本編輯部
