荧光光谱技术在肿瘤诊断中的应用

荧光光谱技术在肿瘤诊断中的应用院系：专业：学生姓名：学号：二〇一年月日荧光光谱技术在肿瘤诊断中的应用i摘要分析归纳了荧光光谱技术的产生和发展，并说明了其应用中存在的优缺点；阐述了人体正常组织和癌变组织在激光激发下辐射出的荧光光谱存在一定的差异，并以此为依据介绍荧光光谱技术在肿瘤诊断中的应用。关键词：荧光光谱；肿瘤；诊断荧光光谱技术在肿瘤诊断中的应用iiABSTRACTAnalysisandsummarizestheemergenceanddevelopmentoffluorescencespectroscopy,anddescribestheadvantagesanddisadvantagesofitsapplication;expoundstherearesomedifferencesbetweenthefluorescencespectraofthebody'snormaltissueandcanceroustissueradiatedinthelaserexcitation,andintroducesthefluorescencespectroscopyintumordiagnosisonthebasisoftheabovecontent.Keywords:Fluorescencespectroscopy;tumor;diagnosis荧光光谱技术在肿瘤诊断中的应用iii目录引言................................................................................................................................11荧光光谱技术简介.................................................................................................11.1荧光发光机制..............................................................................................11.2荧光光谱系统..............................................................................................11.3荧光光谱技术的分类..................................................................................22荧光光谱技术在肿瘤诊断方面的应用.................................................................22.1荧光光谱技术应用于肿瘤诊断的基本依据..............................................22.2荧光光谱技术对于肿瘤的辅助诊断价值..................................................33荧光光谱技术应用的展望.....................................................................................3结语................................................................................................................................4参考文献........................................................................................................................51引言荧光光谱技术是指基于激光激发下不同物质分子辐射出的荧光光谱存在差异，进而可通过相关的检测手段区分出不同的物质分子的一种检测技术；其中，荧光光谱技术包括稳态和时间分辨（瞬态）荧光光谱技术[1]。人体正常的组织与癌变组织的物化特性均有明显的区别，其对应荧光光谱则必定会存在一定的差异，因此，荧光光谱技术可用于进行临床肿瘤的诊断；此外，荧光光谱技术具有微损、无毒副作用或毒副作用小、灵敏度高、特异性好等特点，因此，其必将会成为一项有良好发展前景的肿瘤检测诊断技术。1荧光光谱技术简介1.1荧光发光机制在激光激发下，物质分子会吸收能量，并由原处的基态跃迁到激发态。而处于激发态的物质分子将会通过能量弛豫过程回到基态，其中的辐射弛豫过程向外界辐射出光即为荧光。由于不同的物质分子的物化性质不同，因此，不同的物质分子在激光的诱导下辐射出的荧光光谱的强度、峰位位置、峰值变化速率和不同峰值间的比值等方面便会存在差异。据此，通过检测物质分子的激发荧光光谱便可区分不同的物质分子甚至可显示出它们位置和量的多少等。荧光发光按其是否由生物体本身的荧光生色团发出，可分为两类：一、内源荧光或称自体荧光，由本身的荧光生色团发出荧光；二、外源荧光，通过结合外源荧光小分子（荧光探针）来达到辐射荧光的目的。其中，利用内源（自体）荧光和外源荧光进行研究的技术分别称为内源和外源荧光技术[2,8]。1.2荧光光谱系统荧光光谱系统，即用于测量和分析荧光光谱的仪器，主要由激发光源、激发和发射单色器、样品池、检测系统以及荧光光谱处理和显示系统等组成。其中，用于测量人体组织时间分辨（瞬态）荧光光谱的实验装置如图1所示[1]。目前荧荧光光谱技术在肿瘤诊断中的应用2光光谱技术以其微损、灵敏度和特异性高、操作方便、仪器成本低等优点被广泛地应用于人体病（癌）变组织的光谱学诊断中。Fig.1Experimentalsetupoftime-resolvedspectrofluorometer[1]1.3荧光光谱技术的分类荧光光谱技术按是否可以实时检测可分为以下两类：一为稳态荧光光谱技术，其优点是技术成熟、仪器成本低，缺点为其只给出平均化的结果以致无法实时定位组织病变位置；二为时间分辨（瞬态）荧光光谱技术，虽然其仪器成本相对较高，但是由于它的检测量为荧光的寿命，所以可以减弱环境噪声对实验测量的影响并可以进一步地对荧光物质做定量的分析。因此，随着与瞬态荧光光谱系统的激发光源相关的超短脉冲激光器的发展，时间分辨（瞬态）荧光光谱技术将会成为肿瘤诊断检测中的研究热点[1]。2荧光光谱技术在肿瘤诊断方面的应用2.1荧光光谱技术应用于肿瘤诊断的基本依据一方面，人体的正常组织和癌变组织由于各自的分化过程不同，导致两者会荧光光谱技术在肿瘤诊断中的应用3有不同的生化和物化特性（组分的结构、种类和各组分的数量、比例等），例如，肿瘤组织的黄素腺嘌呤二核苷酸和原型辅酶Ⅰ比正常组织少，而却含有较多的血卟啉衍生物，因此可以根据测定两者的荧光发射光谱来区分二者，进一步则可以进行临床的肿瘤诊断[3-4]。另一方面，在荧光光谱技术的肿瘤诊断应用中，常运用光敏（荧光）药物与激光激发相结合的方法来使人体内的癌肿瘤组织发射出与正常组织所不同的荧光光谱，以此达到癌变组织的定位和诊断的作用，此方法称为药物荧光诊断；另外，药物荧光诊断还可以达到增强组织辐射荧光的强度以及放大正常与癌变组织荧光光谱的差异性的效果。2.2荧光光谱技术对于肿瘤的辅助诊断价值人体同一部位的正常与癌变组织的荧光光谱之间存在差异[4]：1)从光谱的主峰的角度看，大多数部位的癌变组织荧光光谱的主峰有红移，且其光谱强度明显低于正常组织；2)从光谱的形状的角度看，当激发光的波长较短时，癌变组织的荧光光谱的形状与正常组织差别较大，表现为在630nm和680nm附近出现特征峰；肿瘤患者与正常人的血清荧光光谱之间存在差异[5]：1)林孟戈等人研究的结果显示：恶性肿瘤患者的血清荧光光谱在635nm处出现特征峰，且阳性率高达83.6%，显著高于良性肿瘤和正常对照组。此外，在人体特定部位，例如，肺、消化道、卵巢等肿瘤的研究结果均表明人体的正常组织与癌变组织的荧光光谱存在明显的差异[4-7,9-10]。再者，前文也曾提及荧光光谱此种检测方法具有灵敏准确、快速客观、简单实用且无痛无损等特点，并且可以检测出传统检测方法难以发现的早期肿瘤的微弱荧光，因此，荧光光谱技术对于肿瘤的辅助诊断价值是非常重大的。3荧光光谱技术应用的展望在以上的阐述分析中，可以看出荧光光谱技术在肿瘤诊断中的发展方向主要荧光光谱技术在肿瘤诊断中的应用4有以下三点：1)由于在目前的荧光诊断方法中，可采集的样品辐射荧光十分微弱，外加系统和环境的背景噪声的影响，导致出现误诊的可能性大大提高，因此，改进现有的荧光检测系统以及相应的光谱处理技术将是此技术发展的关键；2)研制具有理想特性（单一、纯净、无毒害、半衰期短、特异性高等）的新一代诊断光敏药物；3)研制不同能量和波长在400-1300nm之间的激光器，以满足不同癌肿瘤诊断的需要。结语总而言之，虽然目前荧光光谱技术还有许多不足之处，但是，拥有着快速、灵敏、无损等检测原则性优势的荧光光谱技术势必会在肿瘤诊断等方面的应用中拥有不可估量的发展前景。荧光光谱技术在肿瘤诊断中的应用5参考文献[1]李步洪，谢树森.荧光光谱及其成像技术在光活检中的应用.光谱学与光谱分析，2005，25（7）：1083-1087[2]李忠明，汪美完.荧光光谱技术及其在癌肿瘤诊断中的应用.咸宁学院学报，2003，23（6）：84-88[3]肖寒，朱焯炜.激光诱发自体荧光光谱联合内镜技术在肿瘤诊断中的应用.世界华人消化杂志，2008，16（28）：3208-3210[4]李伟军，郭萍，王振华，单健.激光诱发自体荧光光谱在肿瘤诊断中的比较研究.衡阳师范学院学报，2005，26（3）：60-62[5]林孟戈，朱元贵.恶性肿瘤患者血清特异可见荧光光谱的初步研究.JournalofFujianMedicalUniversity，1998，32（2）：160-163[6]吴拥军，郝艳红，吴维超，吴逸明,血清自体荧光光谱联合肿瘤标志物群在肺癌诊断中的价值.光谱学与光谱分析，2009，29（10）：2787-2791[7]张荣斌，周培琛，林国春，李耀群,血清一阶导数荧光光谱诊断早期恶性肿瘤.分析化学(FENXIHUAXUE)研究简报，2007，35（12）：1795-1797[8]张波.荧光光谱和图像技术在肿瘤学应用中的发展.中国普通外科杂志，2005，14（3）：218-220[9]张阳德，李罗丝.激光诱导组织自体荧光光谱技术在消化道恶性肿瘤早期诊断中的应用.中国医学工程，2006，14（1）：40-45[10]RonieGeorge,MichalisMichaelides,MollyA.Brewer,UrsUtzinger.ParallelFactorAnalysisofOvarianAutofluorescenceasaCancerDiagnostic.LasersinSurgeryandMedicine,2012,44：282-295