自体荧光成像技术在乳腺癌和结肠癌诊断中的应用

汤陌生

丽水市人民医院　医学工程科，浙江　丽水　323000

自体荧光成像技术在乳腺癌和结肠癌诊断中的应用

汤陌生

丽水市人民医院医学工程科，浙江丽水323000

[摘要]目的探讨在300 nm波长光激发下，利用340 nm自体荧光成像技术诊断乳腺癌和结肠癌的方法。方法在相同实验条件下对21例乳腺癌和结肠癌样本进行自体荧光成像，比较和测量肿瘤组织、正常组织、脂肪组织、血管组织的荧光强度。结果实验结果表明，样本中肿瘤组织的荧光强度高于其他组织，脂肪组织和血管组织的荧光强度要低于正常组织。结论乳腺和结肠的自体荧光图像中各组织荧光强度有明显的差异，可以作为诊断的辅助手段。

[关键词]自体荧光成像；乳腺癌；结肠癌；荧光光谱

很早就有报道，通过观察组织自体荧光光谱的变化，可以发现组织的改变[1]。这种分析和诊断的方法正是利用了正常细胞和肿瘤细胞不同的自体荧光光谱特性[2]。基于自体荧光光谱技术的自体荧光成像系统让医生对肿瘤的分析和诊断变得更容易、更高效[3]。

本实验说明了乳腺和结肠组织的自体荧光图像能为肿瘤的诊断提供丰富的信息，探讨荧光成像方法在肿瘤诊断中的意义。通过测量荧光图像中各种组织的荧光强度，发现肿瘤组织的荧光强度高于正常组织、脂肪组织、血管组织。

1　材料和方法

1.1实验样本

实验中的乳腺和结肠的肿瘤组织样本来自于丽水市人民医院病理科，样本由病理科医生挑选出来，并对样本做出病理诊断。样本共21例，其中乳腺样本11例，结肠癌样本10例，每组样本都包含有正常组织作为对照样本。样本的贮藏条件为4℃，在组织样本离体6 h内完成对样本的荧光成像。荧光成像前，样本未经过任何的化学和冰冻处理，结肠样本中的粘液作为组织的一部分。

1.2实验方法与装置

采集比较了多种波长条件下样本的自体荧光图像，对比了样本的荧光光谱，发现激发光波长为300 nm，荧光波长为340 nm时，乳腺癌和结肠癌的荧光图像有类似的荧光特性，其诊断结果与病理学诊断结果最为接近。

实验装置示意图，见图1。氙灯（300 W）作为光源，光束通过300 nm的窄带滤光片（半宽度为5 nm）。样本与镜头平行，以避免不规则的折射对自体荧光图像的影响。光束经多功能光学测量计（Newport, Model 1835-e, Irvine，CA）的测量，到达样品表面的光束能量为35 mW/cm2。在镜头1（105 mm UV-Nikkor镜头）前有一个340 nm的窄带滤光片（半宽度为5 nm）。荧光由图像增强器放大以后，由镜头2成像。最终由相机（TM-72EX, Pulnix America Inc., Sunnyvale CA）采集后传输给电脑。

图1　诊断乳腺和结肠癌组织的自体荧光成像装置

1.3荧光成像及荧光强度的测量

荧光成像过程中，电脑接每秒钟收到3个画面，每个样本的荧光图像都是由50个画面叠加在一起。显示器上最终显示的荧光图像是样品自体荧光强度的10倍。 根据病理结果与荧光图像对比，将样本中的组织分为肿瘤组织、正常组织、脂肪组织、血管组织。利用电脑上的软件V（Digital Optics Ltd. Auckland, New Zealand）来测量样本中各组织的荧光强度。软件测得的荧光值是样本上所选的1 mm2面积的荧光强度，样本中每个组织上分别取6个点进行测量，6个测量值的均值为该样本中这一组织的荧光强度。

2　结果

在相同条件下，对21个样本进行自体荧光成像。通过乳腺和结肠的自体荧光图像与病理片的对照可以清楚的观察到样本中各组织有不同的自体荧光强度，见图2～3。

图2　(a) 乳腺导管癌样本的自体荧光图像；(b)宏观图片；(c)微观图片

图3　(a)结肠腺癌样本的自体荧光图像；(b)宏观图片；(c)微观图片

由图可见，肿瘤的自体荧光强度高于正常组织；脂肪组织和血管组织的荧光强度要低于正常组织，其中血管组织的荧光强度最低。乳腺和结肠的肿瘤组织荧光强度与正常组织相比，差异有显著性（P＜0.01）。

对于荧光数据分析运用了荧光比率探测方法[4]，正常组织的自体荧光强度作为其他组织（肿瘤、脂肪、血管）的自体荧光强度参照，测量结果用平均比率和标准差来表示（±SD），结果显示，见表1。实验结果为：肿瘤组织1.89±0.41、脂肪组织0.77±0.11、血管组织0.30±0.11。

表1　病理诊断结果和相对于正常组织的自体荧光强度比率

3　讨论

目前，国内外已经有大量关于利用自体荧光技术分析和诊断各种不同肿瘤的研究[5]，但引起正常组织和肿瘤组织出现荧光强度改变的机理还不清楚。许多研究认为自体荧光物质主要有胶原蛋白、二络氨酸、聚糖等[6]，而肿瘤组织荧光强度的改变可能就是由于肿瘤组织的上皮组织周围这些物质发生了量和质的变化，而且大多数肿瘤都起源于上皮细胞。

自体荧光的改变与药物荧光相比，优势在于能直接反组织生化结构的改变[7-8]，并且不需要光敏剂，消除了光敏剂对病人的影响。以低剂量注射（0.35 mg/kg）血卟啉为例，48 h内能在皮肤中检测到，在肿瘤等敏感区域2天内都能检测到,这意味着血卟啉药物在体内至少存在2天[9-10]。

自体荧光成像技术不会损伤肿瘤组织的生理状态和正常细胞的生理功能，是一种无侵袭诊断技术，高分辨率的荧光成像系统还能用于诊断很小的肿瘤。自体荧光成像技术用于肿瘤诊断时，与自体荧光光谱技术相比，能提供的信息更为直观，根据荧光图像中各组织不同的荧光强度，还能对肿瘤组织进行分界[11]。

查阅了文献，关于肿瘤和正常组织的自体荧光有两种不同的结果[12]，有些研究的结果与本实验的结果相同，认为肿瘤的荧光强度大于正常组织。这种差别也许是由于对样本不同的处理方式和选择了不同波长的激发光与荧光。本实验结果证明了在300 nm波长光激发下，利用340 nm自体荧光成像技术诊断乳腺癌和结肠癌的可行性，测量出了肿瘤样本中各个组织的荧光强度，给肿瘤的诊断提供了参考依据。也说明了乳腺和结肠组织在这种条件下，有相同的荧光特性，这其中包括了正常和肿瘤组织。这种自体荧光成像技术还能用于识别和诊断其他种类的肿瘤，但还需要通过更多的实验来证明这一假设。

[参考文献]

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[5] 刘飞,王鑫,白净．荧光分子成像技术在肿瘤检测中的应用[J]．生物医学工程学杂,2010, 27(5):1152-1157．

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[11] Kara M A,Bergman J J．Autofluorescence imaging and narrowband imaging for the detection of early neoplasia in patientswith Barrettc s esophagus [J]．Endoscopy,2006,38(6):627- 631．

[12] 李伟军,郭萍,王振华,等．激光诱发自体荧光光谱光谱在肿瘤诊断中的比较研究[J]．衡阳师范学院学报,2005,26(3):60-62．

作者邮箱：13600606463@126.com

[中图分类号]R318.51

[文献标志码]A

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.04.011

[文章编号]1674-1633(2014)04-0033-03

收稿日期：2013-11-03

Autofuorescence Imaging in the Diagnosis of Breast Cancer and Colon Cancer

TANG Mo-sheng
Department of Medical Engineering, Lishui People's Hospital, Lishui Zhejiang 323000,China

Abstract：ObjectiveTo discuss the method of diagnosing human breast cancer and colon cancer using 340 nm native fuorescence imaging triggered by 300 nm light.MethodsAutofuorescence imaging was performed on 21 samples of human breast and colon tissues under the same experimental conditions. The intensity of neoplastic, normal, fat, and blood vessel tissues was measured and compared.ResultsThe results indicated that the intensity of the autofuorescence of tumor tissue was typically higher, and the intensity of fat and blood vessel tissue was lower than that of normal tissue.ConclusionDifferent intensity of native fuorescence of tissues was tested in breasts and colons, which can be used as auxiliary diagnosis.

Key words：autofuorescence imaging; breast cancer; colon cancer; fuorescence spectrum