无标记多光子显微技术在脑疾病中的应用研究
发布时间：2021-08-06 01:50
脑疾病是中国和世界人口健康面临的主要挑战。在过去的20年中,脑部疾病的发病率显著增加,给当今社会带来了沉重的负担。因此,脑作为人体最复杂的系统,能够有效诊断重大脑疾病的新方法新技术已成为国内外共同关注的前沿研究热点。虽然先进成像技术的发展已经显著提高了大脑病变的诊断率,但在早期病变和神经退行性病变中的病变特征仍不清楚,其成像分辨率一般只有毫米量级,无法作为临床最终诊断结果。而且,明确诊断必须采用染色或者特异性的免疫组化等步骤。因此,在无标记的情况下,能够在脑疾病中提供具有组织病理学高分辨率、快速病理诊断的医学影像技术,将为术中和术后的临床病理学诊断研究提供重要支撑,并成为临床医学的迫切需求。多光子显微技术（Multiphoton microscopy,MPM）是基于激光和生物组织相互作用的先进医学成像技术。不需要额外的分子探针便可以在生物组织的许多内源性成分中激发出较强的双光子激发荧光和二次谐波产生信号。具有低损伤、高灵敏度、高空间分辨率等独特优势,已经广泛应用于生命科学的各个领域。因此,本文基于MPM开展并拓宽其在脑疾病中的应用,对正常脑结构、脑肿瘤、缺血性脑卒中、大脑局灶性皮质发育...
【文章来源】：福建师范大学福建省
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
-2030中国脑计划框架“脑科学和类脑智能”[5]
福建师范大学博士学位论文-2-中国脑计划“一体两翼”的战略部署和全球大脑计划的目标均表明，脑疾病研究已变成生命和医学科学研究中最重要和最前沿的领域。脑作为人体最复杂的系统，能够对重大脑疾病进行有效诊断的新方法新技术也成为国内外共同关注的前沿研究热点。脑疾病包括卒中、脑炎、阿尔茨海默并帕金森、癫痫、多发性硬化、脑肿瘤等[1]。脑疾病有很多种，每种疾病的病因都很复杂。对于常见的脑部疾病，目前临床检查方法主要包括影像学诊断和病理活检。在术前诊断技术方面，临床上常用的成像技术如图2所示，对于脑部疾病，主要包括：核磁共振成像（Magneticresonanceimaging，MRI）、正电子扫描（Positronemissiontomography，PET）和计算机断层扫描（Computedtomography，CT），以及由此发展起来的扩散加权成像（Diffusionweightedimaging，DWI），磁共振波谱分析和CT、MRI灌注成像，这些诊断方法在临床医学脑疾病诊断和鉴别诊断、治疗决策和疗效评价等方面都发挥了重要作用。图2临床常用的成像技术[6]。Fig.2Imagingtechniquescommonlyusedinclinicalpractice[6].虽然先进成像技术的发展已经显著提高了大脑病变的诊断率，但在许多情况下，特别是在早期病变和神经退行性病变中，因其成像分辨率一般只有毫米量级，脑损伤的影像学表现并不明显。例如正常脑组织与周围水肿区域无法准确区分等，其性质不能通过现有的成像技术明确定义。而且，这些方法主要从组织的物理学特性或者生理学角度进行成像诊断，也无法作为临床最终诊断结果。在术中诊断技术方面，神经外科医生在癫痫手术中也常用电生理的研究手段，实时记录神经细胞的电信号传递来确定切除边界。但限于有限数量的神经细胞，并无法看到所记录的细胞形态与空间位置，获得的是?
绪论-3-断，尤其是深部脑区和脑功能区域，病理活检通常是首选的方案，然后再制定诊疗策略。病理活检的流程如图3所示。活组织检查是临床疾病诊断的金标准，可有效诊断疾病的病理状态，为后期治疗提供指导。活检中最重要的步骤是组织病理学检查。图3病理活检的流程。Fig.3Theprocessofpathologicalbiopsy.组织病理学技术，无论是在标准的苏木精和伊红（H&E）染色组织切片中观察微观结构，还是在特殊的免疫组化染色中选择性标记分子，都有着悠久的发展历史，许多流程步骤可以追溯到19世纪末。而且，无论在基础研究的生物实验室、临床实验室，还是在疾病诊断的医院病理实验室，也都具有重要的应用价值。然而，目前的组织病理学技术有一些局限性。首先，组织的组织化学处理，包括固定、包埋、切片和染色，会导致人工伪影和一些生物成分的丢失，从而决定了后续基于图像的组织病理学观察和解释的主观性。第二，典型的组织学处理，如福尔马林固定和石蜡包埋，需要一系列繁琐的过程以及大量的时间，从几小时到几天不等。仅在美国，每年就有2.7万多名训练有素的组织技术人员制造出约4000万个组织块，即产生3亿多张显微镜载玻片。15000名病理学家对这些片依靠模式匹配、心理数据库检索技能和共享解释来做出主观诊断。这些过程不仅耗时而且耗费大量人力资源，延误诊断，提高病人的压力，还产生了巨大的社会经济负担。同时，常规组织病理切片制作过程中获得的未染色的病理白片，在显微镜下无法识别细胞和组织的清晰结构，明确诊断必须采用染色或者特异性的免疫组化等步骤。近年来，尽管对组织切片进行结构成像不断出现了新的标记方法，例如荧光分子、纳米颗粒、基因表达荧光蛋白等，可以使生物学家能够对生物组织中的各种成
本文编号：3324832
【文章来源】：福建师范大学福建省
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
-2030中国脑计划框架“脑科学和类脑智能”[5]
福建师范大学博士学位论文-2-中国脑计划“一体两翼”的战略部署和全球大脑计划的目标均表明，脑疾病研究已变成生命和医学科学研究中最重要和最前沿的领域。脑作为人体最复杂的系统，能够对重大脑疾病进行有效诊断的新方法新技术也成为国内外共同关注的前沿研究热点。脑疾病包括卒中、脑炎、阿尔茨海默并帕金森、癫痫、多发性硬化、脑肿瘤等[1]。脑疾病有很多种，每种疾病的病因都很复杂。对于常见的脑部疾病，目前临床检查方法主要包括影像学诊断和病理活检。在术前诊断技术方面，临床上常用的成像技术如图2所示，对于脑部疾病，主要包括：核磁共振成像（Magneticresonanceimaging，MRI）、正电子扫描（Positronemissiontomography，PET）和计算机断层扫描（Computedtomography，CT），以及由此发展起来的扩散加权成像（Diffusionweightedimaging，DWI），磁共振波谱分析和CT、MRI灌注成像，这些诊断方法在临床医学脑疾病诊断和鉴别诊断、治疗决策和疗效评价等方面都发挥了重要作用。图2临床常用的成像技术[6]。Fig.2Imagingtechniquescommonlyusedinclinicalpractice[6].虽然先进成像技术的发展已经显著提高了大脑病变的诊断率，但在许多情况下，特别是在早期病变和神经退行性病变中，因其成像分辨率一般只有毫米量级，脑损伤的影像学表现并不明显。例如正常脑组织与周围水肿区域无法准确区分等，其性质不能通过现有的成像技术明确定义。而且，这些方法主要从组织的物理学特性或者生理学角度进行成像诊断，也无法作为临床最终诊断结果。在术中诊断技术方面，神经外科医生在癫痫手术中也常用电生理的研究手段，实时记录神经细胞的电信号传递来确定切除边界。但限于有限数量的神经细胞，并无法看到所记录的细胞形态与空间位置，获得的是?
绪论-3-断，尤其是深部脑区和脑功能区域，病理活检通常是首选的方案，然后再制定诊疗策略。病理活检的流程如图3所示。活组织检查是临床疾病诊断的金标准，可有效诊断疾病的病理状态，为后期治疗提供指导。活检中最重要的步骤是组织病理学检查。图3病理活检的流程。Fig.3Theprocessofpathologicalbiopsy.组织病理学技术，无论是在标准的苏木精和伊红（H&E）染色组织切片中观察微观结构，还是在特殊的免疫组化染色中选择性标记分子，都有着悠久的发展历史，许多流程步骤可以追溯到19世纪末。而且，无论在基础研究的生物实验室、临床实验室，还是在疾病诊断的医院病理实验室，也都具有重要的应用价值。然而，目前的组织病理学技术有一些局限性。首先，组织的组织化学处理，包括固定、包埋、切片和染色，会导致人工伪影和一些生物成分的丢失，从而决定了后续基于图像的组织病理学观察和解释的主观性。第二，典型的组织学处理，如福尔马林固定和石蜡包埋，需要一系列繁琐的过程以及大量的时间，从几小时到几天不等。仅在美国，每年就有2.7万多名训练有素的组织技术人员制造出约4000万个组织块，即产生3亿多张显微镜载玻片。15000名病理学家对这些片依靠模式匹配、心理数据库检索技能和共享解释来做出主观诊断。这些过程不仅耗时而且耗费大量人力资源，延误诊断，提高病人的压力，还产生了巨大的社会经济负担。同时，常规组织病理切片制作过程中获得的未染色的病理白片，在显微镜下无法识别细胞和组织的清晰结构，明确诊断必须采用染色或者特异性的免疫组化等步骤。近年来，尽管对组织切片进行结构成像不断出现了新的标记方法，例如荧光分子、纳米颗粒、基因表达荧光蛋白等，可以使生物学家能够对生物组织中的各种成
本文编号：3324832
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