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利用声致发光的生物医学成像方法及其在肿瘤诊断中的应用研究

何永红  
【摘要】: 本论文在调研国际、国内有关声致发光研究、声动力学治疗研究的历史和进展的前提下,在活体动物组织的声致发光的图像探测、共焦扫描层析成像方面做了一些工作,取得了一些结果,并设计了一个新的肿瘤早期诊断方法,实验上证明了其可行性,并取得了初步关键性在体实验结果。 本文首先概述分析了声空化和声致发光研究的历史和进展,从两大类声致发光及其应用方面阐述了本研究工作的意义。然后,对现在已有的关于声空化、声致发光理论模型作一简单介绍。同时也对几种现有的生物医学光学成像技术作了简要描述。 接着,对本工作使用的关键仪器和自制实验装置作了介绍。分析了实验中使用的两套致冷CCD图像探测系统和基于光电倍增管的单光子计数系统的量子效率、噪声、放大倍数等重要参数。同时还分析了超声发生装置的特性。 然后,本文分四部分详细介绍了实验工作: 1、发现在生物组织中存在声致发光现象。测量了几种典型生物组织的声致发光强度和阈值,并且利用声致发光光学共焦断层层析成像方法,实验上实现了对高散射生物组织模拟液和生物组织的层析成像,讨论了影响咸像的分辨率和对比度的因素。目前的实验装置的成像分辨率达到100μm。 2、进一步进行利用弱超声激发对活生物体(裸鼠)的声致发光成像实验,实验中发现一种能在体使用的水溶性化学发光试剂FCLA可有效增强生物体的声致发光,并利用它成功地实现了在体成像,图像对比度好,信噪比高。 3、然后我们利用光学方法对肿瘤声动力学治疗的机制做了一些探索。用化学发光分子直接实时地对声敏化过程中活性氧自由基的产 中文摘要 生进行检测。验证了单线态沉参与卢化学动力学过程。同时检测超声 作用前后声敏剂叶琳分子的吸收光谱和荧光光谱,并对声敏化过程中 pn值和电导率进行了测量,并讨论了卢敏化作用的机制,认为声敏 作用是山于声空化过程中叶咐分于被裂解为高能碎片,进一步导致更 多的氧自山基产量而增强其对细胞的杀伤作用的。 4、我们将工作进一步展开,将声致发光研究和医学上肿瘤的早 期诊断联系起来,针对传统PDD方法无法解决自体荧光干扰、激发 效率低等问题,首次提出并设计一种新颖的FCLA辅助的声动力学 诊断方法,从原理上阐述了此方法的优点,从体外和在体实验上都 证明了这种方法的可行性。最重要的是在FCLA辅助声动力学成像 诊断方面取得了初步在体实验结果,获得了清晰的在体诊断图像。 最后,本文对声致发光在生物医学中的应用研究作一简要展望, 认为声致发光可以在医学、生物科学等领域得到广泛的应用。而 FCLA辅助的光、声动力学诊断方法可望在临床实现恶性肿瘤的早 期诊断,为人类健康造福。


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