大學博士學位論文答辯課件

1、研 究 生：指導(dǎo)老師：偏振散射測量癌變的機理研究研 究 生：偏振散射測量癌變的機理研究偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果2各向異性癌變檢測及機理4各向同性癌變檢測及機理33研究背景和意義31工作總結(jié)與展望35主要內(nèi)容偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果2各向異性癌變檢測及研究背景和意義光學偏振方法的優(yōu)勢光學成像方法：對生物醫(yī)學非常重要（非侵入，低損傷）光子散射：優(yōu)點提供新信息；缺點降低成像質(zhì)量偏振方法：降低散射影響，獲得淺表組織信息癌變檢測：85%癌變起源于上皮組織研究背景和意義光學偏振方法的優(yōu)勢光學成像方法：對生物醫(yī)學非常研究背景和意義現(xiàn)有偏振測癌結(jié)果 Steven L. Jacq

2、ues et al., JBO, 7（3）, （2002）. 偏振成像檢測基底細胞癌：對比度提高，呈現(xiàn)更多癌變區(qū)域細節(jié)正常圖像偏振圖像 研究背景和意義現(xiàn)有偏振測癌結(jié)果 Steven L. J研究背景和意義現(xiàn)有偏振測癌結(jié)果正常圖像 偏振圖像 偏振成像檢測鱗狀細胞癌：對比度提高，呈現(xiàn)更多癌變區(qū)域細節(jié)研究背景和意義現(xiàn)有偏振測癌結(jié)果正常圖像 研究背景和意義現(xiàn)有偏振測癌結(jié)果Steven L. Jacques et al., Proc. of SPIE Vol. 6842 684201-2, (2008).正常圖像偏振成像界定癌癥邊界，用于臨床偏振圖像術(shù)后效果研究背景和意義現(xiàn)有偏振測癌結(jié)果Steven L

3、. Jacqu偏振成像裝置與方法2. 偏振度1. 偏振差研究背景和意義偏振成像裝置與方法2. 偏振度1. 偏振差研究背景和意義旋轉(zhuǎn)線偏振成像裝置與方法3. 旋轉(zhuǎn)線偏振成像方法 (RLPI)參數(shù)：A、B、C、G、 3/2研究背景和意義旋轉(zhuǎn)線偏振成像裝置與方法3. 旋轉(zhuǎn)線偏振成像方法 (RLPI研究背景和意義9參數(shù)的物理意義：3/2 反映的是樣品各向異性的取向角；G 反映的是樣品各向異性度，在含纖維的散射體系中，是纖維的有序度；Ran Liao, Nan Zeng, Xiaoyu Jiang, Tianliang Yun, Dongzhi Li, Yonghong He, and Hui Ma,

4、Journal of Biomedical Optics, 15(3), 030614(2010). (SCI) 3/2G普通成像樣品：雞心樣品：雞心3. 旋轉(zhuǎn)線偏振成像方法 (RLPI)研究背景和意義9參數(shù)的物理意義：Ran Liao, Nan 球散射體、柱散射體、周圍介質(zhì)參數(shù)可調(diào)散射體：直徑、折射率、散射系數(shù)、角度分布等周圍介質(zhì)：吸收、折射率等可用于各向同性組織：肝臟、血液、脂肪等； 各向異性組織：牙本質(zhì)、皮膚等研究背景和意義生物組織偏振散射模型：球柱偏振散射模型球散射體、柱散射體、周圍介質(zhì)參數(shù)可調(diào)可用于各向同性組織：肝臟研究背景和意義偏振方法、生物組織、模型有現(xiàn)象?研究背景和意義偏振方法

5、、生物組織、模型有現(xiàn)象?偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果2各向異性癌變檢測及機理4各向同性癌變檢測及機理33研究背景和意義31工作總結(jié)與展望35主要內(nèi)容偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果2各向異性癌變檢測及偏振成像癌變樣品制備偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果癌變體系及病株的選擇內(nèi)臟肝轉(zhuǎn)移CNE鼻咽癌內(nèi)腔HCT116結(jié)腸癌皮膚B16黑色素瘤各向同性各向異性偏振成像癌變樣品制備偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果各向同性樣本偏振成像檢測結(jié)果肝轉(zhuǎn)移CNE鼻咽癌偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果肝轉(zhuǎn)移鼻咽癌CNE的偏振參數(shù)圖像各向同性樣本偏振成像檢測結(jié)果肝轉(zhuǎn)移CNE鼻咽

6、癌偏振成像癌各向異性樣本偏振成像檢測結(jié)果皮膚：黑色素瘤偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果中癥黑色素瘤的光強、DP和DOP圖像DP光強A參數(shù)B參數(shù)DOPC參數(shù)3/2G參數(shù)各向異性樣本偏振成像檢測結(jié)果皮膚：黑色素瘤偏振成像癌變組偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果2各向異性癌變檢測及機理4各向同性癌變檢測及機理33研究背景和意義31工作總結(jié)與展望35主要內(nèi)容偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果2各向異性癌變檢測及各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測實驗結(jié)果DOP圖像DP圖像RLPI B參數(shù)圖像光強圖像黃色圓圈處為病灶即癌變區(qū)參數(shù)B 在眾多參數(shù)中對比度最高，最敏感。對比度光強0.21

7、DP0.17DOP0.03B0.34各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測實驗結(jié)果DOP圖像各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測單組份光學模型樣品正常與病變區(qū)組織學圖像單組份模型各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測單組份光學模型樣品各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測考慮生理結(jié)構(gòu)的模擬結(jié)果各向同性體系偏振參數(shù)隨濃度比70cm-1的對比度變化小粒子直徑0.7m 大粒子直徑7m單一粒子模型都無法獲得與實驗對應(yīng)的結(jié)果，應(yīng)引入雙組份模型；大粒子變化行為對對比度的影響較大，在雙組份模型中應(yīng)以大粒子為主。雙組份光學模型模擬結(jié)果與實驗不符，單組份模型無法描述實際情況各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢

8、測考慮生理結(jié)構(gòu)的模擬各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測雙組份光學模型雙組份模型癌變細胞對比正常細胞細胞器或細胞核尺度的變化細胞密集程度的變化散射體粒徑的變化散射體散射系數(shù)的變化參照肝臟真實解剖學結(jié)構(gòu)，兩種粒子參照線粒體和細胞核建模，大球直徑7m、小球直徑0. 7m各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測雙組份光學模型雙組各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測考慮生理結(jié)構(gòu)的模擬結(jié)果雙組分體系中各參數(shù)對比度隨粒子數(shù)濃度的變化關(guān)系大小粒子濃度比1:1000大小粒子的散射系數(shù)比為3:1模擬得到的各參數(shù)對比度排序與生物實驗的結(jié)果一致，說明癌變樣品的各個偏振參數(shù)對比度的增加可能是由細胞增生引起的。各向同

9、性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測考慮生理結(jié)構(gòu)的模擬各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測實驗和模擬結(jié)果分析固定雙組份體系中粒子數(shù)密度，改變大粒子粒徑，四個偏振參數(shù)隨著粒徑增加下降，其中B的下降速度最快。結(jié)論：散射體濃度是影響癌變組織偏振測量結(jié)果的主要因素各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測實驗和模擬結(jié)果分析各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變體系：偏振成像方法能夠使癌癥組織邊界更清晰，其中RLPI對比度最高?，F(xiàn)有單一組分模型無法解釋實驗結(jié)果，對照癌變的病理特征，建立了雙組份模型。雙組份模型模擬結(jié)果表明： a. RLPI相比普通成像、DP、DOP具有最高的對比度； 這同實驗結(jié)果相符 b. 散射體

10、濃度是影響癌變組織偏振測量結(jié)果的主要因素小結(jié)各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變體系：偏振成像方法能夠使癌偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果2各向異性癌變檢測及機理4各向同性癌變檢測及機理33研究背景和意義31工作總結(jié)與展望35主要內(nèi)容偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果2各向異性癌變檢測及各向異性癌變檢測及機理樣本選擇惡性黑色素瘤樣本（1）DOP圖像DP圖像RLPI G參數(shù)圖像光強圖像DOP 并不是與吸收完全無關(guān)的各向異性癌變檢測及機理樣本選擇惡性黑色素瘤樣本（1）DO不同類型的黑色素瘤深度不一樣各向同性+吸收各向異性各向同性各向異性+吸收簡化模型建立模型各向異性癌變檢測及機理不同類

11、型的黑色素瘤深度不一樣各向同性+吸收各向異性各向同性各各向異性癌變檢測及機理偏振參數(shù)深度的研究實驗結(jié)果模擬結(jié)果各向異性癌變檢測及機理偏振參數(shù)深度的研究實驗結(jié)果模擬結(jié)果各向異性癌變檢測及機理各向異性+吸收模型的建立與簡化輻射生長期垂直生長期癌變細胞主要在真皮層以上區(qū)域擴散，吸收增強效應(yīng)出現(xiàn)在上層癌變細胞已經(jīng)侵入真皮層，吸收增強效應(yīng)出現(xiàn)在下層真皮組織模擬區(qū)。各向異性癌變檢測及機理各向異性+吸收模型的建立與簡化輻射各向異性癌變檢測及機理簡化模型對應(yīng)的樣本皮膚上層吸收模型-皮膚表面油墨皮膚下層吸收模型-痣光強圖DP圖DOP圖各向異性癌變檢測及機理簡化模型對應(yīng)的樣本皮膚上層吸收模型-皮各向異性癌變檢測及

12、機理模擬結(jié)果皮膚上層吸收模型散射系數(shù)為450cm-1在一個臨界條件：小于臨界點DP幾乎不變，大于臨界點DP下降。利用三個參量的對應(yīng)變化關(guān)系對上層表皮黑色素類病變的診斷提供幫助各向異性癌變檢測及機理模擬結(jié)果皮膚上層吸收模型散射系數(shù)為各向異性癌變檢測及機理樣本選擇惡性黑色素瘤樣本（1）DOP圖像DP圖像RLPI G參數(shù)圖像光強圖像DOP 增加DP 減小各向異性癌變檢測及機理樣本選擇惡性黑色素瘤樣本（1）DO各向異性癌變檢測及機理模擬結(jié)果皮膚下層吸收模型深度對偏振成像的影響吸收系數(shù)對偏振成像的影響當吸收層位于淺層（表皮以內(nèi)）時，對偏振成像影響較大；當吸收層位于深層（真皮層）時，對偏振成像影響可忽略。

13、當吸收層位于淺層（表皮以內(nèi)）時，對偏振成像的影響隨著吸收系數(shù)的增大而增大。各向異性癌變檢測及機理模擬結(jié)果皮膚下層吸收模型深度對偏振各向異性癌變檢測及機理樣本選擇惡性黑色素瘤樣本（2）光強圖像RLPI方法G參數(shù)圖像偏振差圖像偏振度圖像各向異性癌變檢測及機理樣本選擇惡性黑色素瘤樣本（2）光強各向異性癌變檢測及機理皮膚三層模型建模皮膚三層模型示意圖中間吸收層隨吸收系數(shù)變化的模擬結(jié)果各向異性癌變檢測及機理皮膚三層模型建模皮膚三層模型示意圖各向異性癌變檢測及機理皮膚三層模型柱球比固定改變吸收系數(shù)模擬結(jié)果光強DPDOP光強I變化劇烈，DP和DOP在吸收較小時趨于平緩。中間層吸收增加時，光強是下降的，DP也

14、下降，DOP升高。各向異性癌變檢測及機理皮膚三層模型柱球比固定改變吸收系數(shù)各向異性癌變檢測及機理皮膚三層模型吸收系數(shù)固定只改變柱球比的模擬結(jié)果光強DPDOP光強I 的相對變化幅度要小于DP 和DOP。各向異性結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時光強變化不明顯，DP上升，DOP 上升。各向異性癌變檢測及機理皮膚三層模型吸收系數(shù)固定只改變柱球各向異性癌變檢測及機理小結(jié)針對不同深度的惡性黑色素瘤，提出了兩種各向異性吸收簡化模型。運用這兩種簡化模型模擬分析各向異性吸收組織偏振成像，得到如下規(guī)律: (1)位于表皮的吸收層對偏振成像影響較大；位于真皮層的吸收層對偏振成像影響可忽略。 (2)位于表皮的吸收層對偏振成像的影響隨著吸

15、收系數(shù)的增大而增大。這些規(guī)律可為黑色素類病變分期診斷的提供依據(jù)，并有可能用于其他色素類疾病診斷。各向異性癌變檢測及機理小結(jié)針對不同深度的惡性黑色素瘤，提出了工作總結(jié)與展望工作總結(jié)實驗研究了各向同性癌變體系：偏振成像方法能夠使癌癥組織邊界更清晰，其中RLPI對比度最高。鑒于現(xiàn)有單一組分模型無法解釋實驗結(jié)果，對照癌變的病理特征，建立了雙組份模型。并使用雙組份模型模擬分析，結(jié)果表明：a. RLPI相比普通成像、DP、DOP具有最高的對比度； 這同實驗結(jié)果相符b. 散射體濃度是影響癌變組織偏振測量結(jié)果的主要因素對于各向異性且有吸收的癌變進行了探索性研究，提出了兩種簡化模型。運用這兩種簡化模型模擬分析了

16、各向異性吸收組織偏振成像檢測的一些規(guī)律：a. 位于表皮的吸收層對偏振成像影響較大；位于真皮層的吸收層對 偏振成像影響可忽略。b.位于表皮的吸收層對偏振成像的影響隨著吸收系數(shù)的增大而增大。工作總結(jié)與展望工作總結(jié)實驗研究了各向同性癌變體系：偏振成像方工作總結(jié)與展望論文創(chuàng)新點針對兩類不同微觀結(jié)構(gòu)特征的癌變分別建立了癌組織光學模型：雙組份球模型 、 吸收分層模型。解釋了偏振成像參數(shù)表征癌變的機理。各向同性結(jié)構(gòu)特性的癌變組織各向異性結(jié)構(gòu)特性的癌變組織工作總結(jié)與展望論文創(chuàng)新點針對兩類不同微觀結(jié)構(gòu)特征的癌變分別建工作總結(jié)與展望展望展望 1完善皮膚三層模型為了對病變對比度機制和表征關(guān)系進行清晰準確的解釋，有必

17、要進一步建立完善三層各向異性含吸收效應(yīng)的組織模型。展望 2建立系統(tǒng)的癌變模型信息庫采集足夠的典型部位癌變信息數(shù)據(jù)量，建立多個特異性光學參數(shù)模型，才能有效解釋偏振成像結(jié)果，并運用模擬系統(tǒng)結(jié)合實驗為病理診斷提供依據(jù)。展望 3采用球體系仿體研究對模型的各項結(jié)構(gòu)和光學特性參數(shù)進行調(diào)控并測量，有助于我們了解在相對復(fù)雜體系下癌變模型的各因素分別對本方法參數(shù)的影響趨勢。工作總結(jié)與展望展望展望 1完善皮膚三層模型展望 2建立系請各位專家提出寶貴意見!謝謝大家請各位專家提出寶貴意見!謝謝大家大學博士學位論文答辯課件各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測單組份模型模擬結(jié)果不同偏振測量參數(shù)在濃度變化時的模擬結(jié)果小粒

18、子直徑0.2m大粒子直徑2m參數(shù)各自測量值隨濃度的增加均呈單調(diào)變化趨勢，其中I、B 和DP 模擬結(jié)果隨濃度增加而增加，DOP 隨濃度增加而減少，趨勢大體上與肝癌組織實驗測量結(jié)果相符。各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測單組份模型模擬結(jié)果各向異性癌變檢測及機理本章基本思路：不含吸收的各向異性黑色素瘤偏振成像樣例含吸收的各向異性皮膚惡性黑色素瘤病理模型建立分析探索吸收層在中間的黑色素瘤早期癌變模型研究參數(shù)隨深度的變化關(guān)系、解釋實驗現(xiàn)像利用拆分模型及蒙特卡洛模擬解釋該體系偏振測量的變化在吸收層的吸收系數(shù)和柱球比變化時，測量量的變化規(guī)律各向異性癌變檢測及機理本章基本思路：不含吸收的各向異性黑色素樣本旋轉(zhuǎn)線偏振成像檢測結(jié)果HCT116結(jié)腸癌偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結(jié)果HCT116結(jié)腸癌的光強、DP和DOP圖像DP圖像光強圖像DOP圖像樣本旋轉(zhuǎn)線偏振成像檢測結(jié)果HCT116結(jié)腸癌偏振成像癌變各向同性癌變檢測及機理各向同性癌變檢測單組份模型模擬結(jié)果粒徑大小變化對對比度的影響（us=70cm-1）按最大值歸一化曲線模擬結(jié)果與實驗不符