清華大學(xué)博士學(xué)位論文答辯

偏振成像癌變組織動(dòng)物模型的制備與檢測(cè)結(jié)果2各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理4各向同性癌變檢測(cè)及機(jī)理33研究背景和意義31工作總結(jié)與展望35主要內(nèi)容目前一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)研究背景和意義光學(xué)偏振方法的優(yōu)勢(shì)光學(xué)成像方法：對(duì)生物醫(yī)學(xué)非常重要（非侵入，低損傷）光子散射：優(yōu)點(diǎn)——提供新信息；缺點(diǎn)——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(cè)：85%癌變起源于上皮組織目前二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)研究背景和意義現(xiàn)有偏振測(cè)癌結(jié)果StevenL.Jacquesetal.,JBO,7（3）,（2002）.偏振成像檢測(cè)基底細(xì)胞癌：對(duì)比度提高，呈現(xiàn)更多癌變區(qū)域細(xì)節(jié)正常圖像偏振圖像目前三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)研究背景和意義現(xiàn)有偏振測(cè)癌結(jié)果正常圖像偏振圖像偏振成像檢測(cè)鱗狀細(xì)胞癌：對(duì)比度提高，呈現(xiàn)更多癌變區(qū)域細(xì)節(jié)目前四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)研究背景和意義現(xiàn)有偏振測(cè)癌結(jié)果StevenL.Jacquesetal.,Proc.ofSPIEVol.6842684201-2,(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)后效果目前五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)偏振成像裝置與方法2.偏振度1.偏振差研究背景和意義目前六頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)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研究背景和意義目前七頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)研究背景和意義8參數(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；RanLiao,NanZeng,XiaoyuJiang,TianliangYun,DongzhiLi,YonghongHe,andHuiMa,JournalofBiomedicalOptics,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)目前八頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)球散射體、柱散射體、周?chē)橘|(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?chē)橘|(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：球柱偏振散射模型目前九頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)研究背景和意義偏振方法、生物組織、模型有現(xiàn)象?目前十頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)偏振成像癌變組織動(dòng)物模型的制備與檢測(cè)結(jié)果2各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理4各向同性癌變檢測(cè)及機(jī)理33研究背景和意義31工作總結(jié)與展望35主要內(nèi)容目前十一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)偏振成像癌變樣品制備偏振成像癌變組織動(dòng)物模型的制備與檢測(cè)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目前十二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向同性樣本偏振成像檢測(cè)結(jié)果——肝轉(zhuǎn)移CNE鼻咽癌偏振成像癌變組織動(dòng)物模型的制備與檢測(cè)結(jié)果肝轉(zhuǎn)移鼻咽癌CNE的偏振參數(shù)圖像目前十三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性樣本偏振成像檢測(cè)結(jié)果——皮膚：黑色素瘤偏振成像癌變組織動(dòng)物模型的制備與檢測(cè)結(jié)果中癥黑色素瘤的光強(qiáng)、DP和DOP圖像DP光強(qiáng)A參數(shù)B參數(shù)DOPC參數(shù)φ3/2G參數(shù)目前十四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)偏振成像癌變組織動(dòng)物模型的制備與檢測(cè)結(jié)果2各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理4各向同性癌變檢測(cè)及機(jī)理33研究背景和意義31工作總結(jié)與展望35主要內(nèi)容目前十五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向同性癌變檢測(cè)及機(jī)理各向同性癌變檢測(cè)——實(shí)驗(yàn)結(jié)果DOP圖像DP圖像RLPIB參數(shù)圖像光強(qiáng)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(duì)比度最高，最敏感。對(duì)比度光強(qiáng)0.21DP0.17DOP0.03B0.34目前十六頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向同性癌變檢測(cè)及機(jī)理各向同性癌變檢測(cè)——單組份光學(xué)模型樣品正常與病變區(qū)組織學(xué)圖像單組份模型目前十七頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向同性癌變檢測(cè)及機(jī)理各向同性癌變檢測(cè)——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(duì)比度變化小粒子直徑0.7μm大粒子直徑7μm單一粒子模型都無(wú)法獲得與實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的結(jié)果，應(yīng)引入雙組份模型；大粒子變化行為對(duì)對(duì)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(xué)模型模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符，單組份模型無(wú)法描述實(shí)際情況目前十八頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向同性癌變檢測(cè)及機(jī)理各向同性癌變檢測(cè)——雙組份光學(xué)模型雙組份模型癌變細(xì)胞對(duì)比正常細(xì)胞細(xì)胞器或細(xì)胞核尺度的變化細(xì)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(shí)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，兩種粒子參照線粒體和細(xì)胞核建模，大球直徑7μm、小球直徑0.7μm目前十九頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向同性癌變檢測(cè)及機(jī)理各向同性癌變檢測(cè)——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(duì)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(duì)比度排序與生物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致，說(shuō)明癌變樣品的各個(gè)偏振參數(shù)對(duì)比度的增加可能是由細(xì)胞增生引起的。目前二十頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向同性癌變檢測(cè)及機(jī)理各向同性癌變檢測(cè)——實(shí)驗(yàn)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(gè)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(cè)量結(jié)果的主要因素目前二十一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向同性癌變檢測(cè)及機(jī)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(duì)比度最高?，F(xiàn)有單一組分模型無(wú)法解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)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(duì)比度；這同實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符b.散射體濃度是影響癌變組織偏振測(cè)量結(jié)果的主要因素小結(jié)目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)偏振成像癌變組織動(dòng)物模型的制備與檢測(cè)結(jié)果2各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理4各向同性癌變檢測(cè)及機(jī)理33研究背景和意義31工作總結(jié)與展望35主要內(nèi)容目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理樣本選擇——惡性黑色素瘤樣本（1）DOP圖像DP圖像RLPIG參數(shù)圖像光強(qiáng)圖像DOP并不是與吸收完全無(wú)關(guān)的目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)不同類(lèi)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(jiǎn)化模型建立模型各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理偏振參數(shù)深度的研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果模擬結(jié)果目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理各向異性+吸收——模型的建立與簡(jiǎn)化輻射生長(zhǎng)期垂直生長(zhǎng)期癌變細(xì)胞主要在真皮層以上區(qū)域擴(kuò)散，吸收增強(qiáng)效應(yīng)出現(xiàn)在上層癌變細(xì)胞已經(jīng)侵入真皮層，吸收增強(qiáng)效應(yīng)出現(xiàn)在下層真皮組織模擬區(qū)。目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理簡(jiǎn)化模型對(duì)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(qiáng)圖DP圖DOP圖目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)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(gè)臨界條件：小于臨界點(diǎn)DP幾乎不變，大于臨界點(diǎn)DP下降。利用三個(gè)參量的對(duì)應(yīng)變化關(guān)系對(duì)上層表皮黑色素類(lèi)病變的診斷提供幫助目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理樣本選擇——惡性黑色素瘤樣本（1）DOP圖像DP圖像RLPIG參數(shù)圖像光強(qiáng)圖像DOP增加DP減小目前三十頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理模擬結(jié)果——皮膚下層吸收模型深度對(duì)偏振成像的影響吸收系數(shù)對(duì)偏振成像的影響當(dāng)吸收層位于淺層（表皮以內(nèi)）時(shí)，對(duì)偏振成像影響較大；當(dāng)吸收層位于深層（真皮層）時(shí)，對(duì)偏振成像影響可忽略。當(dāng)吸收層位于淺層（表皮以內(nèi)）時(shí)，對(duì)偏振成像的影響隨著吸收系數(shù)的增大而增大。目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理樣本選擇——惡性黑色素瘤樣本（2）光強(qiáng)圖像RLPI方法G參數(shù)圖像偏振差圖像偏振度圖像目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)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)果目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)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(qiáng)DPDOP光強(qiáng)I變化劇烈，DP和DOP在吸收較小時(shí)趨于平緩。中間層吸收增加時(shí)，光強(qiáng)是下降的，DP也下降，DOP升高。目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)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(qiáng)DPDOP光強(qiáng)I的相對(duì)變化幅度要小于DP和DOP。各向異性結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)光強(qiáng)變化不明顯，DP上升，DOP上升。目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)理小結(jié)針對(duì)不同深度的惡性黑色素瘤，提出了兩種各向異性吸收簡(jiǎn)化模型。運(yùn)用這兩種簡(jiǎn)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(duì)偏振成像影響較大；位于真皮層的吸收層對(duì)偏振成像影響可忽略。(2)位于表皮的吸收層對(duì)偏振成像的影響隨著吸收系數(shù)的增大而增大。這些規(guī)律可為黑色素類(lèi)病變分期診斷的提供依據(jù)，并有可能用于其他色素類(lèi)疾病診斷。目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)工作總結(jié)與展望工作總結(jié)實(shí)驗(yàn)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(duì)比度最高。鑒于現(xiàn)有單一組分模型無(wú)法解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)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(duì)比度；這同實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符b.散射體濃度是影響癌變組織偏振測(cè)量結(jié)果的主要因素對(duì)于各向異性且有吸收的癌變進(jìn)行了探索性研究，提出了兩種簡(jiǎn)化模型。運(yùn)用這兩種簡(jiǎn)化模型模擬分析了各向異性吸收組織偏振成像檢測(cè)的一些規(guī)律：a.位于表皮的吸收層對(duì)偏振成像影響較大；位于真皮層的吸收層對(duì)偏振成像影響可忽略。b.位于表皮的吸收層對(duì)偏振成像的影響隨著吸收系數(shù)的增大而增大。目前三十七頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)工作總結(jié)與展望論文創(chuàng)新點(diǎn)針對(duì)兩類(lèi)不同微觀結(jié)構(gòu)特征的癌變分別建立了癌組織光學(xué)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(jī)理。各向同性結(jié)構(gòu)特性的癌變組織各向異性結(jié)構(gòu)特性的癌變組織目前三十八頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)工作總結(jié)與展望展望展望1完善皮膚三層模型為了對(duì)病變對(duì)比度機(jī)制和表征關(guān)系進(jìn)行清晰準(zhǔn)確的解釋，有必要進(jìn)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(kù)采集足夠的典型部位癌變信息數(shù)據(jù)量，建立多個(gè)特異性光學(xué)參數(shù)模型，才能有效解釋偏振成像結(jié)果，并運(yùn)用模擬系統(tǒng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)為病理診斷提供依據(jù)。展望3采用球體系仿體研究對(duì)模型的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性參數(shù)進(jìn)行調(diào)控并測(cè)量，有助于我們了解在相對(duì)復(fù)雜體系下癌變模型的各因素分別對(duì)本方法參數(shù)的影響趨勢(shì)。目前三十九頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)請(qǐng)各位專家提出寶貴意見(jiàn)!謝謝大家目前四十頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)目前四十一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向同性癌變檢測(cè)及機(jī)理各向同性癌變檢測(cè)——單組份模型模擬結(jié)果不同偏振測(cè)量參數(shù)在濃度變化時(shí)的模擬結(jié)果小粒子直徑0.2μm大粒子直徑2μm參數(shù)各自測(cè)量值隨濃度的增加均呈單調(diào)變化趨勢(shì)，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(shì)大體上與肝癌組織實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果相符。目前四十二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)各向異性癌變檢測(cè)及機(jī)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