激光诱导荧光检测大肠癌变组织的理论与方法研究

【摘要】： 肿瘤的早期检测和定位是提高癌症治愈率和挽救广大癌症患者生命的关键。利用 激光光谱技术来判别人体组织病理状态，有望克服临床常规检测手段的主要缺点，实 现肿瘤组织的实时、无损和定量的在体检测与定位。本文以国家“九五”重点科技攻 关项目“结肠早癌自体荧光内镜诊断系统研究”为背景，研究了应用激光诱导自体荧 光技术检测大肠癌变组织的理论、基础与方法。本文的主要研究内容包括： 1．研究了激光在人体组织中的传输理论。利用电磁理论和传输理论，分析了对 于光学诊断很有用的漫反射近似理论及其局限性，提出了一种三参数简化解析模型， 可对组织表面局部漫反射光分布曲线准确地进行拟合。在此模型基础上，提出了一种 基于蒙特卡洛仿真的迭代逆椎方法，可用于通过测量组织表面漫反射获取组织的主要 光学特性参数。 2．探讨了组织自体荧光的来源及光谱特征与组织病理状态的关系。从组织显微 结构和分子水平上研究了大肠组织的荧光物质与组织病理状态的相关性，证实了组织 结构完整性的破坏以及生化成份的改变是癌变组织荧光特征发生变化的主要原因。 3．从微观层次上建立了组织荧光激发、发射与传播的数学模型，采用蒙特卡罗 仿真方法和分层大肠组织模型，首次实现了在紫外激光激发下大肠组织自体荧光发射 的仿真。结果表明：在紫外光激发下，大肠组织自体荧光的95％以上来源于粘膜层和 粘膜下层；肿瘤组织粘膜层厚度的增加是导致荧光强度减弱的重要原因。 4．针对组织自体荧光受到组织光学特性的调制作用，设计了一种依据在同样光 路下测得的漫反射谱来恢复组织的本征荧光光谱的算法。经过验证表明：在同样的测 量光路结构下，能够由原始自体荧光光谱恢复组织的本征荧光光谱，从而为荧光光谱 特征的分析提供更准确的信息。 5．针对大肠组织在体自体荧光检测的困难，研制构建了便于临床使用的高灵敏 度和高信噪比的自体荧光检测系统，进行了人体大肠组织的在体与离体标本实验，指 出了大肠正常组织与癌变组织的自体荧光光谱主要特征差异在于谱峰位置、谱峰宽度 和谱线的变化趋势。通过对三种荧光强度比值进行统计分析，发现采用比值法做出判 别诊断的可靠性和灵敏度不高。 6．针对已有的自体荧光光谱判别方法的不足，建立了基于主成分分析和贝叶斯 判别的自体荧光光谱多元判别诊断方法，可以较高的灵敏度、特异性和可靠性对大肠 正常组织和癌变组织进行判别诊断。