案例——用太赫兹技术区分健康和不健康的皮肤

背景：

最近在许多工程领域中开始研究太赫兹激光技术。太赫兹的电磁光谱是在300GHz到3THz之间，对应的波长范围在1mm到0.1nm之间。提议使用太赫兹激光器在生物医学领域区分健康的有机组织和不健康的，通过客观检测包括最常见的类型的癌症的黑色素瘤皮肤癌。

图1：电磁波谱中太赫兹辐射的位置

过程：

当太赫兹辐射击中人体，以无限长度圆柱体的皮肤为模型时，皮肤会通过改变温度和产生热弹性应变来作出反应，温度和热弹性应变将是两种要分析的结果。

图2：太赫兹激光器识别健康和不健康皮肤的步骤

结果：

通过一些列理论计算推到得到一些结果，下面是推到计算的流程图。

然后列举一个t=10s时的结果。

图4：在辐射下曝光10s后皮肤的温度

图5：在辐射下暴露10s,上面是健康的皮肤，下面是不健康的

利用特殊的数学函数和拉普拉斯变换，求出了在柱坐标系中热传导传播的偏微分方程和热弹性动力学方程，并得到了一个空间坐标和时间的两种不同的函数。通过这种方法，能够分析暴露在太赫兹辐射下一段时间对皮肤的反应。解决了热传导方程帮助我找出能使皮肤组织温度上升到一个致命的水平最长时间,而事实上,解决了热弹性方程包括杨氏模量和泊松比能成功地将不健康的皮肤与健康的皮肤区分开来，因为在特赫兹的辐射照射下，皮肤上有两种明显不同的位移。

REFERENCES

[1]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/6/6f/Spectre_Terahertz.svg/744px-Spectre_Terahertz.svg.png

[2] http://www.directindustry.com/prod/coherent/terahertz-laser-6092-176904.html

[3] D. Rama Murthy and A.V. Manohara Sarma, “Effect of pulse laser on human skin,” Indian J. pure appl. Math.19(11), 1081-1088 (1998).

[4] http://en.wikipedia.org/wiki/Bessel_equation

[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Struve_function

[6] http://en.wikipedia.org/wiki/Lommel_function

[7] http://jap.physiology.org/cgi/content/abstract/11/2/211

[8] http://www.nature.com/jid/journal/v115/n1/full/5600760a.html

[9] http://omlc.ogi.edu/news/jan98/skinoptics.html

[10] http://www.springerlink.com/content/x7768x1442331578/

[11] http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=16317147Proc.

来源：Hernando Gustavo Suarez Duran的文章“Thermoelasticity analysis of skin tissue with the use of terahertz radiation”。