人胃癌裸鼠模型的激光诱导荧光光谱研究

论文摘要

近年来,激光诱导自体荧光光谱技术以其实时、无毒副作用及高灵敏度等特点,在肿瘤诊断领域得到了广泛的应用。但学术界尚未就以何种荧光物质标识组织癌变的特征形成一致标准。另外,应用该方法对肿瘤诊断的研究主要集中在对离体组织的检查,及基于内窥镜的组织在体光谱探测,这两种手段都无法为外科手术过程提供腹膜结节的实时信息,阻碍了激光诱导自体荧光光谱（Laser-induced Autofluorescence,LIAF）技术的进一步推广。本文首先搭建了以405nm激光为激发光源的LIAF系统,采集经不同生物免疫细胞治疗、有不同坏死程度的4组人胃癌裸鼠模型离体组织的LIAF光谱,监测其中内源性原卟啉IX（Protoporphyrin IX,Pp IX）含量的变化,发现随着肿瘤坏死面积的增加,离体组织中的原卟啉IX荧光峰强度降低,而烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide Adenine Dinucleotide,NADH）的没有明显变化规律,说明Pp IX对胃癌组织的生长状态有较为灵敏的标识作用。选择肿瘤细胞生长时间不同的6组人胃癌裸鼠模型作为研究对象,应用搭建的系统,模拟手术过程中组织光谱的在体探测,实现了腹膜及腹腔组织的在体光谱探测。对腹膜组织的组平均光谱形态进行比较,发现随肿瘤细胞生长时间的增加,NADH荧光峰强度逐渐降低,原卟啉IX第一荧光峰强度逐渐升高,表明肿瘤生长过程中,组织中NADH含量逐渐减少,卟啉类物质含量逐渐增加;采用层次聚类的方法,将这些组织分为3类,并用判别分析法计算判别函数,得到3类的整体错分率为9.6%,其中对正常腹膜光谱的错分率为33.4%,而对肿瘤组腹膜光谱的错分率为6%,为应用判别分析对组织光谱进行分类诊断研究提供了参考依据。对采集到的腹腔光谱,用主成分分析方法提取肝脏、上腹部及下腹部三个位置的光谱特征并分类。结果发现:裸鼠腹腔内这三类组织的平均光谱形态存在差异,其中肝脏光谱中的原卟啉IX荧光峰明显高于腹部光谱,第一、二主成分对肝脏光谱与腹部光谱分开的准确率为100%,第三、四主成分对上、下腹部光谱的分类准确率为81.82%,可知自体荧光光谱可对不同的腹腔组织加以区别,为应用激光诱导荧光光谱技术,辅助外科手术提供了可能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 0.1 课题的意义及来源
• 0.2 国内外的研究现状
• 0.2.1 LIAF 技术对生物组织自体荧光的探测
• 0.2.2 数据分析方法对光谱的分类
• 0.3 本论文的结构安排
• 第一章 荧光的基本原理及生物组织的荧光
• 1.1 荧光的基本原理
• 1.1.1 分子的能级结构与分子荧光的产生
• 1.1.2 激发光谱和荧光发射光谱
• 1.1.3 研究生物组织的光谱技术
• 1.2 生物组织的荧光
• 1.2.1 生物体内的荧光物质
• 1.2.2 生物体内的荧光吸收物质
• 1.2.3 生物组织荧光特征
• 第二章 光谱信息提取方法
• 2.1 光谱预处理
• 2.1.1 平滑
• 2.1.2 归一化
• 2.2 典型光谱的选取
• 2.2.1 平均光谱的计算
• 2.2.2 频数直方图
• 2.3 光谱信息提取
• 2.3.1 主成分分析法
• 2.3.2 层次聚类分析与判别分析
• 第三章 激光诱导荧光光谱系统的搭建
• 3.1 系统结构概述
• 3.2 光纤探头最佳收集角度与探测距离的确定
• 3.2.1 最佳探测角度θ范围的确定
• 3.2.2 最佳探测距离范围的确定
• 3.3 结论
• 第四章 人胃癌裸鼠模型肿瘤组织激光诱导荧光光谱的离体探测
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 样本分组及病理检验结果
• 4.1.2 自体荧光检测方法
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 各组平均自体荧光光谱
• 4.2.2 原卟啉IX 荧光峰与抑瘤率的关系
• 4.3 结论
• 第五章 人胃癌裸鼠模型组织激光诱导荧光光谱的在体探测
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 人胃癌裸鼠模型分组及病理检验结果
• 5.1.2 裸鼠组织的在体光谱采集方法
• 5.2 实验结果与分析
• 5.2.1 腹膜组织的在体激光诱导自体荧光光谱
• 5.2.2 腹膜在体光谱的聚类分析与判别分析
• 5.2.3 腹腔组织的在体激光诱导自体荧光光谱
• 5.2.4 腹腔组织光谱形态信息的主成分分析
• 5.3 结论
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 人胃癌裸鼠模型的在体荧光检测的优势与困难
• 6.3 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文