基于同步辐射X射线的乳腺癌及肿瘤新生血管成像的实验研究

发布时间：2019-03-16 22:09

【摘要】：第一部分目的：应用类同轴相位衬度成像技术对人体离体乳腺癌标本进行观察成像,并尝试在无造影剂情况下进行乳腺癌肿瘤新生血管的显像。材料与方法：所有经患者知情同意并满足临床病理诊断后取得的乳腺癌标本(标本大小约10*8*3mm3,共64例)均放置在4%的福尔马林溶液里固定并准备成像。成像过程是在第三代上海同步辐射光源(SSRF)国家级重点实验室X射线成像与生物医学应用光束线站(BL13W)上完成,使用同步辐射X线类同轴相位衬度成像技术进行两维和三维乳腺癌标本成像,成像条件：物相距分别选取5cm、60cm、100cm、120cm,单色光能量分别设置为10KeV、13KeV、15KeV和20KeV,之后对比不同参数情况下获得的图像清晰度和分辨率,最后选择最佳成像参数。探测器为选用常用的9umCCD。另外所有标本均在全数字化乳腺摄影机(FFDM, GE Senograph2000D)上进行常用的乳腺X线摄影检查,X线球管阳极靶面材质为钼,焦点为0.3mm,曝光条件选择自动曝光。最后所有标本均进行病理组织学及免疫组化检查,将以上所得影像学资料与病理学图片进行对照分析。结果：物像距为100cm、能量为13Kev时的图像具有较高的空间分辨率和衬度分辨率。同步辐射类同轴相位衬度成像技术可较常规乳腺X线摄影进一步观察乳腺癌的细微结构,并可更准确地界定肿瘤组织的边界；在不使用造影剂的情况下,类同轴相位衬度成像技术在两维和三维成像上均获得了清晰的微米量级的树枝状、杂乱分布的乳腺癌肿瘤新生血管影像,显示的最细肿瘤新生血管直径约为9μm。结论： 1.同步辐射类同轴相位衬度成像技术可进一步观察乳腺癌的细微结构,可更准确地界定肿瘤组织的边界,这可以为临床手术范围的确定提供更有意义的参考价值,具有很高的临床应用价值。 2.应用同步辐射光源的类同轴相位衬度成像技术在不使用造影剂情况下即可对微米级的血管进行成像,这为研究肿瘤血管形成机制以及各种干预或治疗措施对肿瘤新生血管的影响提供了检测和监测的方法,具有很高的医学应用价值。第二部分目的：应用同步辐射衍射增强成像技术(DEI)进行乳腺癌标本成像试验研究,评价摇摆曲线各个位置获得的图像质量及经过计算获得的折射图像质量,最后尝试在无造影剂情况下进行乳腺癌肿瘤新生血管的衍射增强成像。材料与方法：所有经患者知情同意并满足临床病理诊断后取得的人体乳腺癌标本(标本大小约10*8*3mm3,共48例)均放置在4%的福尔马林溶液里固定并准备成像。成像在北京高能物理研究所同步辐射国家试验室(BSRF)的形貌站(4W1A)进行,成像方法使用同步辐射X线衍射增强成像技术(DEI)进行两维及三维乳腺癌标本成像,分析晶体选择Si(111)晶面,单色光能量选择为15KeV,物像距为30cm,获得摇摆曲线不同位置上的各个图像。最后所有标本均进行病理组织学及免疫组织化学检查,将以上所得影像学资料与病理学图片进行对照分析。结果：同步辐射X线衍射增强图像具有很高的衬度和空间分辨率,尤其是经过计算得到的折射图像质量最高,可以显示更为详尽的肿瘤内部信息,可用来精确界定肿瘤组织的边界,并且在显示肿瘤组织向周边正常组织浸润方面具有绝对优势。同样,在不使用造影剂的情况下,同步辐射X线衍射增强图像也能够显示乳腺癌的肿瘤新生血管,最细血管直径约为10μm,但显示的血管分支没有类同轴相位衬度成像显示的多。最后进行的衍射增强CT成像图像不尽如人意,重构出来的结果显示图像环形伪影较多,严重影响图像的观察与分析。结论： 1.衍射增强图像具有很高的衬度分辨率和空间分辨率,可更精确地界定肿瘤组织的边界,这为将来临床判读乳腺良恶性病变及确定手术切除范围时提供了较高的参考价值,具有极大的临床应用前景。 2.衍射增强成像亦可在不使用造影剂情况下直接观察肿瘤新生血管,可以用来研究肿瘤血管形成机制以及各种干预或治疗措施对肿瘤新生血管的影响等,但其显示的血管分支不如类同轴相位衬度成像,相对而言,在研究更细小肿瘤新生血管分支的时候,类同轴相位衬度成像技术更具有医学应用价值。 3.衍射增强CT成像图像采集与后处理技术还有待今后进一步的发展和完善。第三部分目的：初次应用同步辐射光栅成像技术对人体离体乳腺癌标本进行成像研究,探讨同步辐射光栅成像质量,并在无造影剂情况下进行乳腺癌肿瘤新生血管的显像。材料与方法：所有经患者知情同意并满足临床病理诊断后取得的乳腺癌标本(标本大小约10*8*3mm3,共37例)均放置在4%的福尔马林溶液里固定并准备成像。成像过程是在第三代上海同步辐射光源(SSRF)国家级重点实验室X射线成像与生物医学应用光束线站(BL13W)上完成,使用同步辐射光栅成像技术进行两维和三维乳腺癌标本成像,成像条件：载物台周围放置光栅,物相距为100cm,单色光能量为13KeV,CCD为9um。最后所有标本均进行病理组织学及免疫组织化学检查,将以上所得影像学资料与病理学图片进行对照分析。结果：同步辐射光栅成像同样可以显示肿瘤内部较为详尽的信息和能够准确地界定肿瘤组织的边界,并且可以在不使用造影剂的情况下,清晰的显示病理状态下迂曲扩张的肿瘤新生血管,显示最细的血管结构大约为10微米,更为重要的是,同步辐射光栅成像显示的血管壁结构更为清晰。结论：同步辐射光栅成像可以应用于人体离体乳腺癌标本的成像,并且在不使用造影剂的情况下,可以观察到乳腺癌的肿瘤新生血管,其对血管壁的显示更为清晰,此结果提示同步辐射光栅成像可能对于心血管系统疾病的诊断,尤其是动脉粥样硬化、附壁血栓的早期诊断更有价值。第四部分目的：应用同步辐射荧光成像技术进行乳腺癌组织中微量元素的检测实验研究,区分癌组织、癌组织与正常组织交界区及单纯正常组织中微量元素分布的异同,并在乳腺导管原位癌与浸润性导管癌之间进行对比研究。材料与方法：所有经患者知情同意并满足临床病理诊断后取得的乳腺癌标本石蜡切片(共15例)进行成像。成像过程在上海同步辐射光源硬X射线微聚焦及应用光束线站(BL15U1)实验设备上进行。成像条件：单色光能量为25KeV,步长为0.05s。最后标本进行病理组织学及免疫组织化学检查,将以上所得影像学资料与病理学图片进行对照分析。结果：同步辐射X射线荧光分析法可以测量乳腺组织间微量元素的种类及分布,本研究检测到的金属元素为铁(Fe)和锌(Zn),并且它们在癌组织、癌组织与正常组织交界区及单纯正常组织中的含量是不相同的,Fe和Zn的含量在癌变组织中最高,在单纯正常组织中含量最低,癌组织与正常组织交界区介于癌组织与单纯正常组织之间。最后我们分析了Fe和Zn在乳腺导管原位癌与浸润性导管癌两种不同病理类型间的差异,结果显示两者在导管原位癌与浸润性导管癌中的分布趋势是相同的。结论：癌组织、癌组织与正常组织交界区及单纯正常组织中的微量元素含量是不相同的,可用于提示乳腺病变的性质及边界的界定,能够为乳腺肿瘤的诊断和治疗提供很好的辅助作用,若将来能应用于临床将可极大地提高乳腺病变判读及边界界定的准确率。但由于同步辐射X射线荧光分析法只能在取得标本后的石蜡切片上进行分析研究,此方法又具有一定的创伤性和滞后性。
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【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R737.9;R730.44

【参考文献】