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近期，發(fā)表在光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)快訊》雜志的一項(xiàng)最新研究，首次向人們展示一種非侵入性成像方法，能夠從分子水平發(fā)現(xiàn)癌癥。研究人員將強(qiáng)大的顯微鏡技術(shù)與自動(dòng)圖像分析算法結(jié)合起來，在不依賴侵入性活檢或使用造影劑的情況下，成功區(qū)分了健康組織和轉(zhuǎn)移性癌組織。該技術(shù)有望讓醫(yī)生實(shí)時(shí)看到癌癥轉(zhuǎn)移，從而為診斷和治療提供信息。

來自馬薩諸塞州伯靈頓Lahey醫(yī)院的研究小組負(fù)責(zé)人之一Thomas Schnelldorfer說：“現(xiàn)有的成像技術(shù)十分寶貴，但空間分辨率低，常常需要使用外源性造影劑。” 這項(xiàng)研究的第一作者，美國馬薩諸塞州塔夫茨大學(xué)的Dimitra Pouli博士補(bǔ)充說：“這項(xiàng)研究中使用的方法在顯微鏡下以完全無標(biāo)記的方式識(shí)別細(xì)胞和組織特征，本質(zhì)上就像活組織檢查所看到的的，只是這里不需要用刀。”

新技術(shù)，在組織結(jié)構(gòu)中尋找線索

多光子顯微鏡的工作原理是將激光傳輸?shù)浇M織中。雖然激光有很高的峰值強(qiáng)度，但它以非常短的脈沖傳遞，以保持小的平均功率，不會(huì)造成組織損傷。當(dāng)不同的組織成分與激光相互作用時(shí)，它們會(huì)發(fā)出信號，然后被顯微鏡檢索出來，形成圖像。一旦獲得圖像，再通過自動(dòng)圖像處理算法來揭示獨(dú)特的紋理特征(傳統(tǒng)手術(shù)使用的成像工具是顯示不出這些紋理特征的)，并利用統(tǒng)計(jì)模型分析，區(qū)分健康組織和病變組織。

該方法的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢在于，圖像采集和分析是基于組織本身的組成部分--比如細(xì)胞或膠原蛋白(一種形成結(jié)締組織的蛋白質(zhì))--而不是添加在其中的對比染料。這允許以完全非侵入性和非破壞性的方式，來分析與形式和功能相關(guān)的固有特性。

驗(yàn)效果，識(shí)別卵巢癌腹腔轉(zhuǎn)移癌

當(dāng)卵巢癌開始擴(kuò)散時(shí)，它通常首先出現(xiàn)在腹膜。為了測試新方法，研究人員使用多光子顯微鏡，結(jié)合自動(dòng)圖像和統(tǒng)計(jì)分析算法，對剛從腹膜切取的活組織切片進(jìn)行檢查分析。研究人員從8例確診或疑似卵巢惡性腫瘤患者身上收集了腹膜活檢組織。

通過對41幅活檢組織圖像的分析，新技術(shù)正確分類了41幅圖像中的40幅(準(zhǔn)確率為97.5%)。其中，共有11個(gè)樣本被正確分類為轉(zhuǎn)移性癌(100%敏感性)，30個(gè)樣本中有29個(gè)被正確分類為健康組織(96.6%特異性)。

在這張圖片中，膠原蛋白呈綠色，而卵巢轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞簇呈紅色。(圖片來源osa.org)

由于腹膜壁組織中充滿膠原蛋白，分析過程有一部分集中在評估膠原纖維的微觀結(jié)構(gòu)模式及其分子間交聯(lián)信號。研究人員發(fā)現(xiàn)，健康組織和病變組織在對比度(像素之間的強(qiáng)度差異衡量)和相關(guān)性(模式重復(fù)性衡量)方面表現(xiàn)出獨(dú)特的模式。雖然健康組織在這些特征上表現(xiàn)出更大的差異，但轉(zhuǎn)移癌組織圖像顯示出更統(tǒng)一的強(qiáng)度模式和更小的纖維。這些變化反映了癌細(xì)胞對天然結(jié)締組織的破壞，是癌癥轉(zhuǎn)移的一個(gè)標(biāo)志。

這是首次通過將這種顯微鏡模式與圖像紋理分析技術(shù)相結(jié)合，成功評估健康和癌轉(zhuǎn)移的人類腹膜組織。

由于該方法可以在微觀水平上評估細(xì)胞和細(xì)胞外組織的特征，因此可以在更容易治療的早期階段識(shí)別癌癥轉(zhuǎn)移。通過使用算法對組織進(jìn)行分類，該方法還可以幫助減少解釋圖像時(shí)的偏見，也是對依賴于人類知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的方法的補(bǔ)充。“這將最終幫助外科醫(yī)生實(shí)時(shí)識(shí)別手術(shù)中可疑或患病的區(qū)域，進(jìn)而直接影響病人疾病的管理。” Schnelldorfer博士說。

研究共同領(lǐng)導(dǎo)者，塔夫茨大學(xué)的Georgakoudi博士指出，由于該方法所利用的固有組織信號，幾乎存在于所有組織中，因此它也可應(yīng)用到其他癌癥類型和其他組織類型。研究人員計(jì)劃在更廣泛的患者群體的更大樣本圖像中繼續(xù)測試該方法。

雖然活組織切片被用來測試這種方法，但研究人員表示，最終的目標(biāo)是將其直接應(yīng)用于發(fā)現(xiàn)或懷疑有癌癥的身體部位，而不需要活組織檢查或染色。在該技術(shù)用于手術(shù)過程中的實(shí)時(shí)組織分析之前，還需要進(jìn)行更多的工作，使顯微組件小型化，將顯微鏡與手術(shù)器械集成，并能夠在手術(shù)室直接實(shí)時(shí)分析獲得的圖像。

來源：光學(xué)學(xué)會(huì)(The Optical Society)