太赫兹波处于电子学与光子学的过渡区域,具有对水的敏感性、对生物大分子的指纹谱特性和非电离性等特殊的性质,在生物医学检测领域有明显的优势。当前,太赫兹时域光谱和成像技术被广泛应用于生物组织病变的检测中。脑缺血、脑胶质瘤等脑部疾病的发病率和致死率极高,现有技术手段在这些疾病的早期诊断和病灶检测方面面临诸多问题。因此,本文利用太赫兹时域光谱和成像技术,对以脑缺血和脑胶质瘤为代表的脑部疾病的诊断和边界提取进行了深入的研究,主要内容及创新点如下:1.利用透射式太赫兹时域光谱技术对不同缺血时间的新鲜和石蜡包埋的脑缺血组织进行检测,实现了缺血两小时的早期脑缺血组织的检测;设计并制作了基于人工超材料结构的生物传感器,研究了传感器在表面生长了不同浓度的PC12神经细胞时的太赫兹波透过率。通过检测透过率曲线中谐振峰的漂移量和谐振峰处太赫兹波透过率的变化量均实现了PC12神经细胞浓度的高灵敏度检测,检测的灵敏度分别约为10 GHz/(104·m L-1)和0.49 d B/(104·m L-1)。2.针对连续波太赫兹图像的信噪比和对比度差的问题,综合图像去噪、模糊C均值聚类、数学形态学处理和“Canny”算子边缘提取等算法,准确提取出了掩膜版的太赫兹图像中的字母区域,其准确率、灵敏度和特异性分别为94.3%、91.6%和95.5%。进一步将算法应用于离体脑胶质瘤的太赫兹图像,实现了肿瘤区域的准确提取,算法的准确率、灵敏度和特异性分别为95.6%、84.5%和97.7%。3.将太赫兹-拉曼光谱应用于脑胶质瘤的检测中,实验结果表明,脑胶质瘤组织和健康脑组织的太赫兹-拉曼光谱在拉曼峰的强度、个数和拉曼频移等方面有明显的差异,这可能是组织癌变时生物大分子的结构和含量发生变化导致的。