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太赫茲透視術

Emma MacPherson研發簡易皮膚癌檢測法

(amytam@cuhkimages繪)

多虧太赫茲(terahertz)成像技術,醫生在不久將來就可用上更快、更安全、更見效的方法治療皮膚癌。根據中大醫學物理學家Emma MacPherson教授的研究,太赫茲頻率能用作精確評估皮膚是否含癌細胞,以及癌細胞所造成損害的確切範圍。

MacPherson教授是太赫茲成像專家,尤其擅長應用太赫茲頻率(1012Hz)於生物檢測。她的皮膚癌研究,源於她的劍橋大學博士論文;而她攻讀博士期間,還曾於東芝分拆出來專營太赫茲成像的公司TeraView當研究助理。

皮膚癌很難檢測。肩膀上的一小粒痣可能只是癌腫瘤的冰山一角,其餘部分非肉眼所能見。很多時候,病者臉上只有一粒小痣,做手術時卻要切去手掌大小的皮膚。

目前,醫生移除皮膚表面腫瘤的時候,須做多次活組織化驗,以確保手術直達癌腫瘤的邊沿,把腫瘤切除乾淨。這化驗過程費時不少,因此,簡單的手術或須三小時或更長時間才能完成。

MacPherson教授說:「腫瘤在皮膚之下的伸展,可能深廣得難以置信。如果我們能用此技術描出整個腫瘤的大小,外科醫生就可以節省不少時間,把整個組織取出。」

手術前把腫瘤的大小描出,外科醫生便能準備好所需的植皮,事先告訴病人估計傷口有多大,以及手術的結果。

太赫茲成像對水的濃度非常敏感。只要計算皮膚蛋白質內氫鍵的數量,系統即能評估出皮膚的結構。

這位中大電子工程學系副教授指出,與X光比較,太赫茲頻譜的能量低逾一百萬倍,不會把分子離子化,故此安全得多,而且方便多次快速檢測。

生物樣本擱在平板作檢測。Emma MacPherson教授<em>(左)</em>研發的成像系統能透過分析皮膚內的水分狀況來偵測皮膚癌

MacPherson教授同時任教於英國華威大學,定期回來中大,督導其實驗室團隊工作。她在中大與華威的太赫茲研究團隊共有六名博士生和三名博士後研究員。

她也與華威大學考文垂醫院合作,開始在病人身上測試太赫茲成像,可惜新冠疫情窒礙了這方面的進展。

太赫茲檢測所得的資訊,也可用於治療其他皮膚疾病。例如患濕疹等皮膚乾燥症的病人,對不同潤膚劑可能有不同反應。此系統能偵測病者對不同潤膚膏的反應,皮膚科醫生即可據此為病者挑選潤膚膏。

皮膚科醫生治病,目前只能逐一試用潤膚膏,一種藥膏無效,病者便試用另一種。

MacPherson教授說:「如果能提供確切數據,反映皮膚的具體狀況,便能大大加快皮膚病的治理。」嚴重濕疹能使皮膚爆裂,疼痛非常。

她研發的檢測系統,輻射比人體發出的還少。砷化鎵受到脈衝雷射照射,便會釋出頻率恰當的太赫茲波。

MacPherson教授解釋說:「要找到合適的材料產生太赫茲,須運用不少物理學知識。」砷化鎵在同一時間內釋放的頻率介乎一至五個太赫茲。

這種激光器價值不菲。該系統看起來像個大盒子,有一大型平板,供生物樣本放在上面作檢測。

太赫茲成像現已有多種用途,尤以製藥業應用得最為進取。太赫茲成像能準確測量每顆藥丸含藥量,有助藥物品質控制。

太赫茲也可用於檢測油漆是否乾透。汽車製造商須為車輛塗上多層油漆。太赫茲系統探測器能檢查油漆是否已乾,免卻用手觸碰,而探測器只要用於正確距離,對油漆也無損。

MacPherson教授一直醉心醫療科學。她說:「我們所做的,就像檢測油漆是否已乾,但我們探測的是皮膚。人的皮膚時刻都會改變,主要是因應其飲食。」

水分不斷從皮膚蒸發。皮膚癌的水分與一般皮膚不同,因此可以辨識。癌細胞較一般細胞活躍,須有較多血液流往,所以腫瘤通常揮發較多水分。

至少,如果某片皮膚相比其他皮膚的水分循環有所不同,MacPherson教授的成像技術可以敲響警鐘。

MacPherson教授稱,她的心願是讓人們在家就能掃描自己的皮膚,得出可靠結果

她希望明年其成像系統可用於醫院內,為病人測試。體內測試的證據非常珍貴。香港團隊正努力增加系統的速度,現在已達到實時每秒七格的速度,媲美超聲波。但團隊的目標是提升速度至每秒十格,和錄影一樣。

試點研究完成後,成像系統將進入臨床階段。實際估算,這成像系統要在醫院廣泛使用,還須五至十年時間。

根據世界衞生組織數據,每年全球約有二至三百萬宗新增非黑色素瘤皮膚癌個案,以及十三萬二千宗黑色素瘤皮膚癌個案。

MacPherson教授的心願,是研發可作手提電話插件的太赫茲器材,方便用者在家中就可以掃描自己的皮膚。現在市面上已有可作手提電話插件的超聲波掃描探測器。

她說:「我的最終目標,是人人得以用可靠的方式,檢查自己的痣,或在普通科醫生診所進行簡單的檢查。這將是破天荒的改變。」

中譯/elizachan@cuhkcontents

本文出自中大網頁(2020年10月)

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