光纤和显微拉曼光谱结合化学计量学鉴别胃癌组织

目的:胃癌具有高发生率、高死亡率的典型特征,是严重影响人类健康的重大疾病。拉曼光谱因其无损、快速、高灵敏性、高特异性,且易与各种探针有机结合可以实现原位、活体和实时检测等特征,极具医学临床应用潜力。研究光纤和显微拉曼光谱结合化学计量学方法鉴别胃癌组织的可行性及科学性。方法:分别利用光纤拉曼和显微拉曼光谱仪获取胃癌组织及正常组织的拉曼光谱,经过平滑、基线扣除及归一化等预处理后,结合化学计量学方法,以指纹范围(800~1700 cm~(-1))的全波段拉曼光谱作为输入变量,进行主成分分析和聚类分析,同时以病理学诊断结果作为依据,从正确率、灵敏度和特异性等指标评价前述鉴别效果。结果:正常组织和癌变组织的拉曼光谱存在显著差异,拉曼光谱结合化学计量学方法鉴别诊断效果良好,显微拉曼光谱聚类分析的正确率、灵敏度和特异性分别为90.0%、91.9%和88.9%;光纤拉曼光谱聚类分析的正确率、灵敏度和特异性分别为87.8%、86.7%和88.9%。结论:拉曼光谱结合化学计量学能够鉴别胃癌组织,具有从原理到临床应用的一致性。     

高光谱成像诊断胃癌组织研究进展

胃癌具有高发生率、高致死率的典型特征。胃癌现有诊断技术和手段无法完全满足临床需要。高光谱成像具有光谱和成像的双重功能,开始应用到胃癌检测与诊断领域。文章探讨利用高光谱成像诊断胃癌组织的潜力及前景。首先介绍高光谱成像诊断肿瘤组织的理论基础和基本流程,然后从宏观层次和微观层次综述高光谱成像诊断胃癌组织的最新研究进展。文章认为现有实验结果在一定程度上证实了高光谱成像诊断胃癌组织的科学性与可行性,但是公认的高光谱成像诊断胃癌组织的程序并未建立。因此,进一步研究工作应该在阐明分子机理的基础上构建高光谱成像诊断胃癌组织的方法体系,为胃癌早期诊断、发生发展机理研究、手术切缘判断、预后疗效监测等提供理论指导和技术支持。     

高光谱成像医学诊断的探讨

目的:高光谱成像是一个新兴的,非破坏性的,先进的光学技术,它具有光谱和成像的双重功能,这种双重功能使得高光谱成像能够同时提供实验对象的化学和物理特征,并具有良好的空间分辨率。文章探讨利用高光谱成像技术进行医学诊断的潜力及前景。方法:首先介绍高光谱成像原理及特点,并综述高光谱成像技术在医学诊断方面的研究进展,具体从体表组织和器官的原位医学高光谱成像诊断、体内组织和器官的离体医学高光谱成像诊断、病理学切片及细胞显微高光谱成像医学诊断和光纤高光谱成像活体医学诊断四个方面进行了详细介绍。结果:高光谱成像作为一种特殊光学诊断技术,具有成像系统多样化、研究对象广泛化、临床诊断实用化和分析方法功能化等特征。结论:高光谱成像技术具有原位实时活体诊断疾病(特别是肿瘤)的潜力,临床应用前景广阔,值得深入研究。     

基于太赫兹光谱和成像的前列腺癌检测

目的:探讨太赫兹电磁波应用于前列腺癌的诊断。方法:抽取32例前列腺癌患者的石蜡组织块,同时行H-E染色和太赫兹反射式成像检测后,根据H-E病理结果,找出前列腺组织块样本的肿瘤区域、正常前列腺组织区域、平滑肌区域,然后再对这3个区域行太赫兹透射式光谱检测。结果:反射式成像识别和H-E染色找出的肿瘤区域之间形状和面积大小都存在相关性(P0.001);3类组织区域透射式光谱测出的吸收系数和折射率存在显著差异(P0.001);肿瘤组织对太赫兹光谱的吸收系数与细胞核百分比存在相关性(P0.001);5组不同分级分组的肿瘤组织之间的吸收系数均存在差异(P0.001)。结论:太赫兹成像能较准确地识别石蜡包埋的前列腺肿瘤组织轮廓;太赫兹光谱技术不仅能区分平滑肌、肿瘤和正常前列腺组织,而且还能识别不同分级分组的前列腺癌;肿瘤石蜡组织对太赫兹的光学反应与细胞核百分比有关。     

作用于乳腺组织的近红外脉冲光

背景：传统诊断乳腺疾病的方法大多具有对人体有损伤和价格昂贵的弊端。近年来,通过研究乳腺组织的光学特性来诊断乳腺疾病的方法,因其具有安全无损、经济实惠的优点而受到一定的关注。 目的：分析近红外脉冲光作用于人体乳腺的组织光学特性的临床应用价值。 方法：利用760 nm和850 nm两种波长的近红外脉冲光穿透乳腺组织,对接收到的透射光进行两种波长的功率谱和互相关分析。 结果与结论：近红外脉冲光分别作用于健康乳腺和患病乳腺存在差别,正常、良性和恶性乳腺的互相关系数依次降低。初步临床研究表明：近红外脉冲光作用乳腺组织的光学特性研究有利于乳腺疾病的鉴别诊断和临床应用。     

硫化铅量子点辅助近红外二区荧光成像技术在活体应用中的研究进展

近红外二区（NIR-Ⅱ, 900～1 700 nm）的光相较于传统可见光（400～700 nm）和近红外一区（NIR-Ⅰ, 700～900 nm）的光,波长更长,生物组织内传播时散射更小。因此,NIR-II荧光成像技术在活体生物组织内具有深层穿透能力和高时空分辨率成像等优点。发射NIR-II荧光的纳米探针备受研究者们的关注,其中硫化铅（PbS）量子点凭借尺寸可调、波段可调、易被修饰和量子产率高等优势成为生物医学活体成像的研究热点,如心脑血管和肿瘤等多种疾病的动物造影实验。本文介绍PbS量子点的荧光特性和合成方法,概述NIR-II窗口下PbS量子点基于多种物质的修饰,在胃肠道、血管、肿瘤、淋巴结等生物活体组织内荧光成像的应用,为探索该成像模式下未来发展潜力做铺垫。     

乳腺癌的相衬成像

目的:应用相衬成像技术观察和分析良、恶性乳腺肿瘤的区别。方法:使用上海光源同步辐射装置对人体乳腺肿瘤离体标本行相衬CT检查。共选取3例人体早期乳腺癌标本(早期浸润型导管癌)和3例乳腺腺瘤样本,对两组图像进行三维重建和比较,并采用灰度共生矩阵提取两组CT图像的纹理特征。结果:良、恶性肿瘤的CT图像有明显差别。三维重建结果清晰地显示肿瘤周围的脂肪组织和肿瘤内部散在的脂肪组织,可用于早期良、恶性肿瘤的鉴别诊断。图像纹理参数也显示两组图像间存在显著统计学差异(P0.001)。结论:相衬成像能充分显示乳腺正常组织和病变组织的细节。     

恶性肿瘤动态对比增强磁共振成像计算机辅助诊断研究进展

动态对比增强磁共振成像(DCE-MRI)相较于传统的磁共振成像(MRI)技术,可以为恶性肿瘤的诊断提供更多的信息。为了能够方便、快速地利用这些信息,基于DCE-MRI的恶性肿瘤的计算机辅助诊断(CAD)研究成为业界研究的热点方向之一。文中综述了利用DCE-MRI图像信息进行恶性肿瘤CAD的研究进展,主要包括四方面内容:1图像预处理,如降噪和图像序列配准;2感兴趣区域(ROI)的分割;3特征提取,即对ROI进行定量描述并提取量化值作为特征;4肿瘤区域的识别与分类,即通过学习ROI的特征,对其是否为病灶进行识别及预测。本文总结了CAD技术在恶性肿瘤DCE-MRI图像中的应用,并对该领域今后的研究提出了自己的看法。     

近红外荧光散射断层成像的研究进展

近红外荧光光学断层成像(FODT)是以合适的荧光探针作为标记物或对比剂,用特定波长的红光激发荧光染料,使其发出波长长于激发光的近红外荧光,通过测量媒质边界处有限点的荧光强度,考虑光子在组织中传播的散射特性,来重建出组织内部的荧光光学特性的分布图像以及组织光学参数。这种成像方式具有无电离辐射、染料稳定、可长期监测和设备简单、成本低等优点,在肿瘤检测、基因表达、蛋白质分子检测和药物受体定位等方面有着很大的应用潜力。在给出近红外荧光散射断层成像典型系统的基础上,详述了近红外荧光在组织中的频域传播模型和重建算法;介绍了两家研究机构在此领域的研究进展;讨论了将该成像方法应用于临床的进一步的发展方向。     

近红外荧光散射断层成像的研究进展

近红外荧光光学断层成像(FODT)是以合适的荧光探针作为标记物或对比剂，用特定波长的红光激发荧光染料，使其发出波长长于激发光的近红外荧光，通过测量媒质边界处有限点的荧光强度，考虑光子在组织中传播的散射特性，来重建出组织内部的荧光光学特性的分布图像以及组织光学参数。这种成像方式具有无电离辐射、染料稳定、可长期监测和设备简单、成本低等优点，在肿瘤检测、基因表达、蛋白质分子检测和药物受体定位等方面有着很大的应用潜力。在给出近红外荧光散射断层成像典型系统的基础上，详述了近红外荧光在组织中的频域传播模型和重建算法；介绍了两家研究机构在此领域的研究进展；讨论了将该成像方法应用于临床的进一步的发展方向。     

裸鼠胃癌模型的相位衬度微血管成像

目的肿瘤血管生成与肿瘤的发生、发展等各个环节密切相关,并显著影响肿瘤的生物学行为和预后。本研究的目的在于使用相位衬度成像技术三维地、全面地观察肿瘤微血管形态。方法使用原位接种肿瘤组织块方法,建立裸鼠胃癌原位模型。实验样本分为正常组和肿瘤组。对得到的相位衬度图像进行增强、血管分割、三维重建,并且计算三维微血管密度参数。结果相位衬度成像可显示胃癌组织的微血管形态。对照组微血管密度低于胃癌组的肿瘤表面区域(P0.001),证明肿瘤微血管更加丰富。结论相位衬度成像可以更全面地显示肿瘤微血管的生成情况,有助于对胃癌的恶性程度、转移潜力等进行评估,并对治疗方案的选择、判断预后和评估抗肿瘤血管药物疗效具有重要意义。     

基于医学高光谱显微图像光谱空间信息的血细胞分类

目的:提出一种新的从医学高光谱成像中提取基于光谱空间信息的血细胞分类框架。给出一个使用高光谱成像的血细胞分类与计数方法,能以其独特的特征改善分类精度和异常细胞的识别。方法:使用显微高光谱摄像仪采集高光谱血细胞图像,能够同时保证采集数据的高空间和光谱分辨率。高光谱数据中包含了几十个连续的窄波段,这样能够显示不同物质的光谱细节信息差异。对于血细胞分类,波段选择首先采用保存信息量最丰富的波段,然后用Gabor滤波器表示有用的空间信息。最后,使用一些先进的基于像素的分类器,例如稀疏表示分类器、支持向量机、核函数极限学习机,去验证所提取光谱空间特征。结果:本文提出的分类框架,充分利用了极有可能是同类像素的空间邻域信息,这已经经过了医学高光谱数据的验证。结论:实验结果表明此框架在不同训练样本数量的情况下,与传统单纯基于光谱信息分类方法相比,显著提升了分类精度。     

乳腺癌分子分型用荧光分子影像探针

目前,乳腺癌的临床诊断就是结合病理类型和分子分型 (免疫组化)。该方法是有创的,而且不能原位、实时地展现关键生物分子与临床关键信息之间的关系。本文介绍了利用分子影像技术对乳腺癌进行分子分型检测的最新研究进展。荧光成像灵敏度高,且不过分依赖图像分析,只需相应的荧光分子探针,即可实时、定量或半定量、多通道地得到肿瘤组织分子分型信息。因此,研制安全高效、组织穿透力强的近红外荧光分子探针是未来荧光成像技术和乳腺癌分子分型研究的重点。     

自体荧光诊断技术的研究进展及发展方向

自体荧光检测技术是目前新兴的癌症诊断技术,它与传统白光内窥镜相比,在癌前病变和早期癌症的诊断上有很大的优势。本文总结了国内外关于自体荧光检测技术的研究现状和进展,重点阐述了生物组织的内源性荧光分子、正常和异常生物组织荧光信号差异的来源、荧光激发光光源和波长的选择,以及荧光图像和光谱信号的处理方法。最后,本文分析并讨论了自体荧光成像与光谱技术在癌前病变和早期癌症诊断中的不足和发展方向。     

超微型阵列滤光分光技术研究γ射线辐射剂量学效应

目的:应用超微型阵列滤光分光技术研究γ射线辐射剂量学效应。方法:分别配制一定浓度的硫酸亚铁、氯化亚铁辐射呈色溶液体系,以γ线进行不同剂量的照射,采集样品应用超微型阵列滤光分光技术测定记录其不同波长吸光度变化,数据处理,绘图分析。结果:显示随着辐射呈色物质浓度及照射剂量的变化,受照射溶液400 nm~900 nm范围内不同波长的透光率值出现了相应规律性变化,其中吸光度(T)与波长的关系均大致呈"S"关系,波长600 nm～700 nm范围透光率迅速增加,而较长和较短波长范围的吸光度变化较为平缓。结论:超微型阵列滤光分光技术可能作为一种新的辐射计量学研究手段。     

胃癌和胃正常黏膜拉曼光谱检测

采用共焦显微拉曼光谱仪检测 2 0例胃癌和胃正常黏膜组织切片的拉曼光谱。结果表明 ,两种病理组织学形态胃组织的光谱数据具有较好的一致性 ,正常胃黏膜组织拉曼光谱存在 16 4 2 (cm-1)、16 6 2 (cm -1)蛋白质的酰氨I振动双峰 ,而胃癌组织中仅存在位于 16 6 8(cm-1)处的酰氨I振动单峰 ,与临床病理检测结果对照相符 ,因此 ,胃癌和胃正常黏膜拉曼光谱检测有望成为诊断胃癌的一种有效方法。     

基于吲哚菁绿近红外荧光特性手术影像导航系统的设计

背景：近年来,吲哚氰绿因为其独特的物理性质和近红外光谱特性,正在被研究用来进行医学成像。 目的：设计基于吲哚氰绿近红外荧光特性的手术影像导航系统。 方法：依据原理设计光学系统和硬件系统,并开发出相应的软件系统,并利用前期实验进行系统成像效果验证。 结果与结论：传统的方法是通过转换术前特定组织的医学成像信息来提供术中解剖学信息,但是这种方法应用于一些手术中有困难,因此通过手术中成像手段提供术中生物组织信息很重要。利用人体血液在成像系统下进行成像实验的结果显示,基于吲哚氰绿近红外荧光特性的手术影像导航系统对荧光感应度高,对照区分明显,成像效果好,方案可行。     

乳腺肿瘤超声图像中感兴趣区域的自动检测

由于斑点噪声、伪影以及病灶形状多变的影响,乳腺肿瘤超声图像中肿瘤区域的自动检测以及病灶的边缘提取比较困难,已有的方法主要是由医生先手工提取感兴趣区域(ROI)。本研究提出一种乳腺肿瘤超声图像中感兴趣区域自动检测的方法,选用超声图像的局部纹理、局部灰度共生矩阵以及位置信息作为特征,采用自组织映射神经网络进行分类,自动识别乳腺肿瘤区域。对包含168幅乳腺肿瘤超声图像的数据库进行识别的结果表明:该方法自动识别ROI的准确率达到86.9%,可辅助医生提取肿瘤的实际边缘以及进一步诊断。     

基于随机森林的肺部肿瘤PET/CT图像计算机辅助诊断方法研究

针对当前基于神经网络、聚类分析以及支持向量机三种辅助诊断方法存在的诊断准确性低的问题,本研究提出一种基于随机森林的肺部肿瘤PET/CT图像计算机辅助诊断新方法。该方法首先对PET/CT图像进行预处理,包括灰度化、平滑以及分割等,然后提取PET/CT图像的灰度、形态和纹理等特征,最后利用随机森林算法进行肺部肿瘤PET/CT的辅助识别,以实现肺部肿瘤的病理诊断。结果表明,本方法的ROC曲线结果优于上述三种方法,提高了诊断准确性,可为医生诊疗提供重要参考。     

双波长光耦合功能成像乳腺诊断系统

双波长光耦合功能成像乳腺诊断技术是一种基于两种特征脉冲波的生物医学光子功能成像的新技术。提出这种具有完全自主知识产权的“双波长光耦合功能成像乳腺诊断系统”,是基于人体乳腺癌变组织中含氧血红蛋白和去氧血红蛋白在两种波长分别为760和850 nm的近红外光上具有相反的吸收特性的原理,且诊断过程对人体零损伤,因此具有无辐射、经济、方便的优点。在设计中,依照脉冲光较连续光透过生物组织可以获取更多有效信息的新思路,结合对透射光电信号的功率谱和互相关功能图的分析方法,能从频谱中不稳定的突变信号定性检测出组织癌变后的血氧浓度变化。同时,借助相关性函数和系数的值,判定出两种波长(760/850 nm)透射信号的波形周期等参数的相似程度。经武汉大学人民医院对547例患者所做的临床诊断,分析结果如下:正常乳腺组织的功率谱曲线的单一性比较好,曲线较平稳;良性病变功率谱曲线波动大,且很不平稳;而恶性病变更加严重。正常乳腺组织在两种波长的近红外光照射下,相关系数在0.9左右;良性病变组织在两种波长照射下吸收特性差异大,相关系数普遍低于0.8,相关性较弱;恶性病变组织相关性低于0.5,趋近于零,相关性小。该结果能有力地支撑理论,表明该系统可以对乳腺疾病做初步诊断。