光学相干层析成像技术和光透明技术应用于乳腺组织功能成像的研究

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光学相干层析成像技术(OCT)是一种基于低相干干涉仪的新型非入侵式的结构成像技术,并被广泛用于生物医学领域。近年来,由于OCT技术在肿瘤诊断方面的巨大潜力,吸引了世界科研人员的广泛关注。然而,由于大部分生物组织天然的浑浊特性,使它目前仅能应用于眼睛等透明组织或表层组织。这极大的限制了OCT技术在生物医学中的应用。组织光透明技术为我们提供了一种可以有效的改变生物组织光学特性的方法。它能够可逆的改变组织内部衰减系数和折射率。   本文研究了20%葡萄糖溶液(20%G)、40%葡萄糖溶液(40%G)和20%甘露醇溶液(20%M)在正常乳腺组织和癌变乳腺组织中的渗透性和光透明效果。我们采用了频域OCT用于监测渗透剂的渗透过程,并获得了实时OCT图像。进而使用OCT信号斜率法(OCTSS)计算出了三种渗透剂的渗透系数。并通过测定特定深度OCT信号增强百分比(percentage of signal enhancement,PSE)衡量不同渗透剂的光透明效果。实验结果表明20%葡萄糖比其他两种渗透剂具更好的渗透性,它在正常乳腺组织中的渗透系数为(8.45±1.60)×10-6 cm/s,在癌变组织中的渗透系数为(1.92±0.15)×10-5 cm/s。同时,三种渗透剂的实验结果都表明同种渗透剂在癌变组织中的渗透系数要显著大于其在正常组织中的渗透系数。例如,20%葡萄糖在癌变乳腺组织中的渗透系数是在正常组织中的2.27倍。在光透明效果方面,40%葡萄糖使正常乳腺组织特定深度的OCT信号强度增加了93±11.7%,而20%葡萄糖使之增加了72.2±12.3%。20%甘露醇在正常乳腺组织和癌变乳腺组织中OCT信号增强量分别为51.2±7.85%和26.2±7.19%,它的光透明效果最差。   超声作为一种促渗手段与不同渗透剂(20%葡萄糖和20%甘露醇)的协同效果在本文中也进行了研究。通过分析有无超声处理时乳腺组织的衰减系数和渗透系数,可以评估不同组合的作用效果。在超声组实验中,乳腺组织预先用超声处理10分钟,然后再施加渗透剂。伴随着对乳腺组织施加渗透剂,用OCT对组织进行2小时的连续监控以获取实时的OCT图像。不同实验组的衰减系数可以利用比尔定律从OCT图像中获取。正常乳腺组织初始的衰减系数为12.38±0.73 cm-1,施加20%葡萄糖45分钟后没有用超声处理和用超声处理的组织的渗透系数分别变为5.91±0.82 cm-1和4.140.67 cm-1;癌变乳腺组织的初始衰减系数为18.17±1.45 cm-1,在施加20%葡萄糖1小时后,未用超声处理和使用超声处理的组织衰减系数分别变为8.70±0.87cm-1和6.80±0.92cm-1。由此可知,超声可以提高渗透剂在乳腺组织中的光透明效果。通过比较有无超声作用时渗透剂的渗透系数可以发现,超声也能够提高渗透剂在组织中的渗透效率。   从以上实验可以得出结论:癌变乳腺组织和正常组织在渗透系数和衰减系数上都有显著的差异。因此,通过OCT技术可以区分出乳腺癌变组织和正常组织。这将为癌症的检测提供了一种新的方法。对不同渗透剂在人体组织中的渗透性和光透明效果的研究,有助于光学成像系统在生物医学临床诊断和治疗中的应用。
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