乳腺癌是女性发病率居第1位的恶性肿瘤。乳腺癌组织中的元素分布有助于拓展病理分析的信息维度,建立癌症判别诊断模型,对于提高病理诊断的准确率具有重要的意义。激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一种能够实现多种元素同步、快速、在线测量的光谱技术,在生物组织元素分析中具有广泛的应用前景。据我们所知,目前尚未有人进行基于LIBS的乳腺癌组织元素成像及其相关研究。因此,本文基于LIBS技术开展了乳腺癌组织的元素成像和聚类分析研究。首先,介绍了LIBS技术在癌症诊断和生物组织成像上的研究现状,分析了乳腺癌组织元素成像尤其是聚类分析方面的不足,给出了本文的主要研究内容。其次,介绍了LIBS的物理机制、主成分分析和聚类分析方法以及聚类模型准确度的评估方法。再次,建立了针对超薄组织切片样本的LIBS元素成像实验系统,优化了聚焦参数、扫描步长、氛围气体、探测延时等参数,获得了导管癌、小叶癌两种高发亚型乳腺癌组织的LIBS光谱,构建了K、Ca、Na、Mg四种元素的分布图像,分析了元素分布与组织类型(癌细胞团、健康组织、细胞坏死等)的相关性。结果表明,对于导管内癌和小叶原位癌这两种早期癌症组织,癌细胞团与健康组织中K、Ca、Na、Mg的分布差异不大。对于浸润性导管癌和浸润性小叶癌这两种恶性度更高的癌症组织,癌细胞团中Ca和Mg元素的光谱强度普遍高于健康组织,K、Na元素的分布无特定规律。含有坏死组织的癌细胞团,内部元素分布不均匀。坏死组织随着细胞核溶解的逐渐加深,元素的光谱强度逐渐降低。最后,基于浸润性导管癌和浸润性小叶癌的LIBS光谱,结合主成分分析与聚类分析方法,通过优化用于聚类分析的主成分组合和距离函数,建立了乳腺癌的判别诊断模型,实现了癌细胞团的可视化。以染色图像中标识的癌细胞团和健康组织为标准,通过元素图像与染色图像的配准,评估了聚类分析模型的正确率、灵敏性和特异性,k均值模型的正确率最高为72.28%,灵敏性最高为72.23%,特异性最高为80.99%。聚类分析结果与K、Na元素分布的相关系数均高于0.6,与Mg元素分布的相关系数普遍高于0.7,与Ca元素分布的相关系数均高于0.75,表明这四种元素在聚类分析模型中均具有重要作用,其中Ca元素的贡献普遍最高。本文的研究结果可以为LIBS生物组织元素成像和疾病诊断相关研究提供基础和参考。