论文部分内容阅读
冠状动脉粥样硬化病变引起的冠心病（Coronary heart disease,CHD）,已经成为世界范围内死亡的主要原因。冠状动脉粥样硬化斑块（Coronary atherosclerotic plaque,CAP）破裂和由此形成的冠状动脉内血栓,是大多数急性冠脉综合征的原因。CAP的早期识别和风险评估对于治疗方案选择,进而降低冠心病的发病率和死亡率的至关重要。传统的影像学检查受限于低图像分辨率,作为金标准的组织学病理诊断方法需要复杂费时的组织取样染色处理程序,并且缺乏三维成像能力。多光子显微成像技术（Multiphoton microscopy,MPM）可以实现不需要特殊标记、实时、高分辨三维成像,并能够提供CAP中胶原和弹性纤维亚微米水平上的三维结构信息。本研究使用中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学实验室自主搭建的具有光谱和寿命探测功能的多光子显微镜,对9名患者的离体冠状动脉样品内膜进行成像,对包括CAP病变和正常组织在内的共43个区域进行数据采集。用810nm的激发光产生代表胶原纤维的二次谐波（Second harmonic generation,SHG）和代表弹性纤维的双光子激发荧光（Two-photon excited fluorescence,TPEF）信号,并同时将动脉内膜的三维形态、光谱和荧光寿命等结构和生化成分信息记录下来。研究从三维微结构和生化特性两个方面对正常和CAP病变区域进行对比研究,希望获得有潜力识别CAP病变的定量指标。本研究将多光子显微成像技术与三维图像分析技术相结合,实现冠脉内膜三维微结构定量分析。通过三维灰度共生矩阵（Three dimensional gray level co-occurrence matrices,3D GLCM）和3D加权矢量求和算法,实现三维SHG和TPEF图像定量分析,提取多种定量指标,评估病变组织中纤维类成分的空间微观结构变化。研究发现,与正常组织相比,CAP病变中纤维类组织成分表现出更强的空间结构各向同性、不对称性和荧光强度均匀性等特点。同时,病变组织中的纤维具有结构紊乱、边缘模糊和直径加粗等特点。研究结果表明,三维MPM图像的熵、群聚阴影、同质性和3D方向方差等定量微结构特征值,可以成为人CAP病变定量识别的合理、有效指标。本研究还将多光子显微成像技术与光谱和荧光寿命探测技术相结合,实现冠脉内膜生化成分定量分析。根据发射光谱,计算TPEF和SHG两种信号强度的比值,获得正常和CAP组织中弹性纤维和胶原纤维相对含量的变化。结果显示,与正常区域相比,CAP病变区域中胶原纤维的相对含量较高。通过荧光寿命分析,可以评估冠状动脉粥样硬化组织中弹性纤维生化特性的变化,结果显示CAP区域具有较短的平均荧光寿命值。研究表明,冠脉内膜的TPEF光谱、TPEF/SHG、平均荧光寿命τmean等生化特征值,可以成为CAP病变定量识别的合理、有效指标。