上皮组织的深度分辨非线性光谱成像技术.PDF

中国科学 G 辑:物理学 力学 天文学 2007 年 第 37 卷 增刊: 132~137 SCIENCE IN CHINA PRESS 上皮组织的深度分辨非线性光谱成像技术 * 陈建新 卓双木 罗天舒 罗 腾 陈煌林 严旭辉 (医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建师范大学, 福州 350007; 福建师范大学物理与 光电信息科技学院, 福州 350007) 摘要 基于多光子激发自体荧光和谐波信号的非线性光谱分辨成像技术, 将多 光子显微镜和光谱测量技术的优点集于一身, 它可以同时获得组织内在成分的微 结构和光谱特性. 利用LSM 510 META 激光扫描显微镜系统和深度分辨非线性光 谱成像技术, 对活体小鼠皮肤的微结构和光谱特性进行了研究. 实验结果表明, 深度非线性光谱分辨成像技术能够识别活体小鼠上皮组织的细胞层和基质层结 构, 能够监测上皮细胞的NADH 、细胞内间质黄素蛋白、基质层的胶原蛋白、毛 干中的角蛋白和黑色素等不同组织成分的发射光谱. 实验观察部位的小鼠皮肤的 HE 染色、胶原纤维和弹力纤维特殊染色的结果也证明了利用深度分辨非线性光 谱成像技术获得结果的准确性. 随着微型、便捷的多光子显微镜系统的出现, 深 度分辨非线性光谱成像技术能够对上皮肿瘤组织的早期直接、实时、客观、无损 地探测、诊断和监测提供可能, 将在临床医学应用中具有重大意义和实用价值. 关键词 深度分辨光谱成像技术 二次谐波和双光子激发荧光 活体小鼠 据美国癌症协会报道, 上皮肿瘤的发病率占所有人类肿瘤疾病的80 % 以上, 每年还有近 100万患有分层鳞状上皮细胞良性肿瘤病例发生[1,2]. 虽然人类在肿瘤的诊断和治疗方面做了 很多努力, 但是病人的存活率仍然很低. 最重要的原因是缺乏准确识别可能发展成为恶性肿 瘤区域的早期无损诊断[2]. 以谐波和多光子激发荧光作为信号源的多光子显微镜, 因其具有对 组织微结构的高灵敏度和高空间分辨成像、对生物组织的低杀伤性和成像深度深等特点, 而在 恶性肿瘤区域的早期无损诊断方面存在潜在的应用背景[3~5]. 此外, 以飞秒激光与生物组织相 互作用产生的谐波和多光子激发荧光等非线性光学效应为基础的光谱测量技术引起人们的关 注, 因为在上皮肿瘤的整个形成过程中, 除了组织形态不断发生相应的变化, 正常和肿瘤组织 的发射光谱也存在明显的差别[6~8]. 最近, 基于多光子激发自体荧光和谐波信号的非线性光谱 分辨成像技术被发展起来, 它的优势在于可以同时获得组织内在成分的微结构和光谱特性, 收稿日期: 2007-05-20; 接受日期: 2007-08-29 国家自然科学基金(批准号:、福建省自然科学基金计划项目(编号: 2007J0007, C0720001)和教育部新世纪优秀人才 支持计划(编号: 2007)资助项目 * E-mail: chenjianxin@ 增刊 陈建新等: 上皮组织的深度分辨非线性光谱成像技术 133 将多光子显微镜和光谱测量技术的优点集于一身, 能够更全面地为生物组织生理和病理的临 床早期无损诊断提供可行方法[9,10]. 本文利用深度分辨非线性光谱成像技术对活体小鼠皮肤的 微结构