概述基于光声成像探测子宫颈癌

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1、概述:基于光声成像探测子宫颈癌-----体外结果生物医学工程1201余亚琨U201212361KuanPeng,LingHe,BoWang,andJiayingXiaoBiomedicalOpticalEXPRESS1Jan2015

2、Vol.6,No.1

3、DOI:10.1364/BOE.6.000135

4、BIOMEDICALOPTICSEXPRESS135-1461.摘要：在通用的临床实践中，对于宫颈癌(cervicalcancer,CC)的诊断主要是通过对宫颈成像，其中要遵从一个必要的活组织检查，但这个方法既耗时又耗财，而且只探测了围绕在外部宫颈孔口的表面损伤。另一方面，光声成像(

5、photoacousticimaging,PAI)对于在生物组织深处反常的血管再生十分敏感，并且能胜任对围绕着外部孔口和宫颈癌内完整的扫描。在这篇文章中，我们第一次提出对于宫颈癌的光声成像检查技术，而且获得了深度最大振幅投影(depthmaximumamplitudeprojection,DMAP)图像，经过分析后评估血管再生对于宫颈癌不同的临床阶段的范围。可以发现与正常的组织相比，宫颈损伤组织对光有着更强的吸收。成对的T检验表明正常组织与损伤组织平均吸收光系数(meanopticalabsorption,MOA)的不同有着统计学的意义，其保密系数为0.05。统计学结果同时也表明了宫

6、颈损伤组织与严重宫颈癌组织的平均吸收光系数有着密切的联系。这些结果暗示了在宫颈癌的临床诊断上，光声成像也许有着可观的实用性。2.引入：图1.宫颈癌的发展，CIN代表宫颈上皮内瘤，ICC代表侵入性宫颈癌宫颈癌是在全世界范围内困扰女性最常见的恶性肿瘤。它是由宫颈上皮内瘤样病变(cervicalintraepithelialneoplasia,CIN)发展而来的。宫颈上皮内瘤样病变主要是由于人类乳头瘤病毒(humanpapillomavirus,HPV)通过性传播慢性的影响。尽管高风险的人类乳头瘤病毒疫苗近期已经被研发出来，但它们不能治愈所有的瘤原性人类乳头瘤病毒子类型，也不能对年长的女性

7、提供防护。事实证明，宫颈癌的治疗主要取决于癌症探测的早晚。目前，宫颈癌的治疗手段通常是由宫颈筛查如巴氏涂片检查或子宫抹片检测潜在的癌前变化，如筛查结果不正常，可能会继续进行阴道病理检查以及活组织检查。之后进行医疗成像才能确定是否癌症已经扩散。尽管宫颈癌筛查已经显著的减少了宫颈癌的发生，但等待的过程大大的耗费了时间并且用于昂贵的活组织检查上，并且这种活组织检查只能在一些提前确定好的点给出结果。因此一些损伤可能依然没有被查出，患者们也可能去做一些没必要的活组织检查。此外，这种方法只有在检查在外部宫颈口的特定损伤时有效，而相当数量的宫颈癌案例损伤都在子宫颈管中。因此，仍有需要开发新的诊断技

8、术，以及精度高、深渗透、较大的扫描区域，和低成本的路由用于检测宫颈癌。宫颈病变的发展导致了广泛的组织光学特性的改变。可以发现血管宫颈组织的变化是由于新血管的生成异常导致。由于血红蛋白的吸收光谱特性，光学吸收的波长在420nm,542nm和577nm明显增加。乙酸的应用提升了癌前组织的平均散射系数，与正常上皮细胞相比大约三倍，使异常组织比正常组织更白，这是增加晶核的密度和大小的所导致的，以及潜在的染色质的角色的改变。减少基质散射也可以观察到癌前宫颈组织，它与胶原纤维的降解有关。最后，有证据表明，内窥镜摄像主机系统光谱在上皮肿瘤过程中改变。因此，大部分人都去探索光学成像用于检测宫颈癌的可

9、行性，通过评估细胞密度的变化、染色质折射率和血管生成的水平。然而、大多数纯光学成像技术利用背散射弹道光子，或依赖于非线性光学现象。由于生物组织散射高，穿透深度通常局限于这些方法最表面的上皮细胞层。另一方面，宫颈癌前期最初来自宫颈上皮的底部，癌症通过基底膜和癌症细胞入侵和深入软组织进行扩散(如图1所示)。因此，这些纯光学成像模式并不适合宫颈癌的早期检测，同样也不适于癌症侵入深度的评估。相比之下，光声成像(PAI)是一种混合光学成像形态，不仅继承了纯光学成像光学对比度高的优点，还结合了超声成像的高空间分辨率和高成像深度的优点。光声成像利用内在的血红蛋白作为对比剂，它对于异常血管生成是高度

10、敏感的，异常血管的生成王万对应着相关的癌症改变。更重要的是，它采用超声波作为探测信号，所以与纯光学成像方式相比，它有一个更深的穿透深度。迄今为止，光声成像一直使用不同的扫描配置各种癌症的诊断。在本文中，我们首次提出使用光声成像用于宫颈癌的诊断。本文的主要目的是测试光声成像的能力是否可以区分不同阶段的宫颈癌，其结果来自大量的体内实验，为宫颈癌在体外的光声成像在未来的研究提供坚实的实验基础。1.材料和方法：在本研究所用的宫颈样品是由长沙市第二湘雅医院妇科部门提