皮肤鳞状细胞癌的光声物理化学谱分析研究

发布时间：2020-05-14 03:53

【摘要】：背景皮肤鳞状细胞癌(Cutaneous squamous cell carcinoma,cSCC)是一种起源于表皮或附属器角质形成细胞的皮肤恶性肿瘤,其发病机制尚不明确。其早期治疗预后好且复发率低,通常不易发生转移,一旦转移或病程加快其预后较差。因此,cSCC的早期发现和早期诊断对预后和生存率的提高非常有意义。目前,cSCC的确诊需依靠组织病理,但伴随着有创、疼痛及影响美观,同时存在感染的可能。故临床上亟需一种能对cSCC进行无创诊断并兼具高准确率的技术。近年来,皮肤镜、光学相干断层成像(OCT)以及皮肤CT等在皮肤肿瘤无创诊断领域取得一定进展,但以上无创诊断技术均以光学成像为基础,光在生物组织里具有强散射性,故穿透深度有限。以声成像为基础的如高频超声,可以提供较深的成像深度,然而其信号反差源于生物组织的声阻抗差异,因此难以区分化学性质有所差异但物理性质相差不大的肿瘤组织与正常组织。生物医学光声技术是一种基于光声效应的新型医学诊断技术,是一种兼具结构与功能的成像技术,它利用生物组织内不同成分对光的特异性吸收以区分组织内不同的化学成分,如血红蛋白、脂质、胶原、黑色素等,具有非侵入、非电离等特点。光声技术中衍生的光声物理化学谱分析(Photoacoustic physio-chemical tissue analysis,PAPCA)可以结合不同分子的光敏感特异性与不同微结构尺寸的声频率特性来进一步分析生物组织结构与组分改变。由于现有皮肤影像学技术仍不能满足cSCC早期诊断的需求,而基于光声效应的光声物理化学谱分析可以同时观察生物组织中多种分子成分(如黑色素、血红蛋白、脂质、胶原等)的相对含量及相应结构的不均匀性,极大地丰富了被检生物组织的理化信息,这对于cSCC的诊断非常有意义。然而,目前光声物理化学谱分析在cSCC上尚缺乏研究。目的本研究拟采用光声物理化学谱分析法对cSCC进行系列研究,初步探索其在cSCC中的诊断价值。方法本研究包括小鼠cSCC在体组织和人cSCC离体组织光声物理化学谱分析两部分。小鼠皮肤肿瘤模型光声物理化学谱分析研究中,采用光源为SS-03B型日光模拟器对20只SKH-1小鼠进行cSCC造模。使用光声物理化学谱分析检测系统对小鼠cSCC组织进行多光谱光声信号采集,利用p Welch函数对光声数据进行时频转换,计算信号的功率谱,绘制检测组织的光声物理化学谱。选取特征光吸收波长下的光声功率谱,在特定的声频率范围内,进行线性拟合,提取肿瘤及正常组织相关拟合参数进行统计分析,两组间拟合参数比较采用t检验。对被检组织行HE染色、Fontana-Masson黑色素染色、Masson三色胶原染色、CD31血管免疫组化染色及尼罗红脂质荧光染色,观察肿瘤结构、色素、胶原、血管及脂质情况,并与拟合参数统计结果对比。采用上述方法在15例人cSCC新鲜离体组织中进行光声物理化学谱分析验证。成功获取了小鼠及人cSCC组织的光声物理化学谱。小鼠cSCC在体组织及人cSCC离体组织研究结果显示结合光声物理化学谱量化得到的线性拟合参数(斜率、截距)进行分析,能很好地反映组织的微结构及组分差异。小鼠模型实验中,相比正常皮肤组织,690 nm波长下小鼠cSCC拟合斜率无统计学差异(p0.05)、截距显著升高(p0.05);750 nm波长下小鼠cSCC光声谱斜率显著升高(p0.05)、截距无统计学差异(p0.05);1600 nm波长下小鼠cSCC光声谱斜率显著升高(p0.05)、截距显著降低(p0.05);1730 nm波长下小鼠cSCC光声谱斜率显著升高(p0.01)、截距显著降低(p0.01),提示小鼠皮肤鳞癌组织的异型性更高,组织中脂质及胶原含量下降,血红蛋白含量升高,与病理结果相符。人cSCC离体组织验证结果显示,与正常皮肤组织相比,690 nm波长下cSCC光声谱斜率及截距无统计学差异(p0.05);850 nm波长下cSCC光声谱斜率显著升高(p0.05),截距无统计学差异(p0.05);1370 nm波长下cSCC光声谱斜率显著升高(p0.01)、截距显著降低(p0.01);1400 nm波长下cSCC光声谱斜率均显著升高(p0.01)、截距显著降低(p0.05),提示cSCC组织的异型性更高,组织中脂质及胶原含量下降,黑色素与血红蛋白含量无明显变化,与病理结果相符也与小鼠模型实验结果符合。结果结论本研究初步建立了cSCC的光声检测方法,结果显示cSCC的光声物理化学谱分析与组织病理结果具有一致性,为cSCC的光声诊断研究奠定基础,同时给人cSCC临床早期无创诊断提供了新的思路。
【图文】：

图 1 生物组织内各物质的光吸收特征曲线Fig 1 Light absorption characteristic curve of various substances in biological tissues

图 2 光声物理化学谱Fig 2 Photoacoustic physio-chemical spectra的光声信号与其组分密切相关，不同组织的组分有所差力不同[40]（图 1）。因此，利用生物组织不同化学成分的
【学位授予单位】：安徽医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R739.5

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本文编号：2662736