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肿瘤的早发现早诊断早治疗是提高癌症治愈率和患者存活率的关键。激光诱导荧光光谱技术是一种极有潜力的结肠早癌检测方法,外源性5-ALA有望能增强激光诱导的组织荧光,提高诊断率,因而其作用机理、剂量与时间优化及荧光光谱的分类方法研究已成为该领域的研究热点。本文以SD大鼠各期结肠癌为模型,系统研究了外源性5-ALA-PpⅨ在结肠组织内选择性积聚机理和5-ALA使用剂量与作用时间优化问题,设计了多种荧光光谱特征提取与模式分类方法,并对分类效果进行了对比分析。 1.化学诱导法建立了结肠癌动物模型。对100只SD大鼠连续20周腹腔注射化学致癌试剂1,2-DMH,建立了205个进展期癌、121个早癌、88个非典型增生及228个正常组织等各期结肠癌动物模型。 2.采用荧光分光定量提取法和激光诱导荧光光谱直接测量法定量测定了5-ALA-PpⅨ在SD大鼠血液和组织内的含量,比较讨论了5-ALA使用剂量和作用时间对组织内5-ALA-PpⅨ生成率的影响,详细分析了25mg/kg体重剂量2.5小时后5-ALA-PpⅨ在结肠正常组织、非典型增生、早癌及进展期癌组织内的分布积聚特性。结果表明:采用静脉注射5-ALA时,25mg/kg体重剂量为最佳5-ALA使用剂量,2.5小时为最佳作用时间:此时SD大鼠进展期癌和早癌组织与正常组织的5-ALA-PpⅨ浓度比率为1.35和1.22,荧光强度比率分别为4.56和2.04,显示5-ALA-PpⅨ在肿瘤组织内具有一定的积聚性;证实了Peng等提出的外源性5-ALA及其诱导原卟啉Ⅸ在小肠、结肠、肝及肾等组织器官内的分布与代谢假设。 3.对于实验中活体采集的大量荧光光谱采取“荧光光谱预处理——特征提取——模式分类”处理模式,并对每一过程设计了相应的处理方法。 4.对荧光光谱预处理过程采用了光谱面积均值归一化方法,恰当地放大了微弱的组织荧光信号,并使不同SD大鼠个体及同一个体内不同组织类型之间的荧光信号具有可比性。 5.针对荧光谱特征提取过程研究了两种方法:主成分分析法和小波多尺度分析法。对于主成分分析法,对比了主成分提取的自适应神经网络法和协方差法,结果表明前者能更充分地提取荧光光谱信息。对于小波多尺度分析法,结合荧光光谱特点,获取了最能反映SD大鼠结肠组织激光诱导5-ALA-PpⅨ荧光光谱特征的四个特征谱带,三个小波尺度上共得到12个特征谱带荧光能量均值特征量。