[發(fā)明專利]利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對癌組織進(jìn)行分子光譜成像來識別腫瘤邊界的方法

有效

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• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113340878B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林慶宇;殷鵬鯤;段憶翔
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 成都高遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51222
• 代理人: 張娟;魏靜

本發(fā)明提供了一種利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對癌組織進(jìn)行分子光譜成像來識別腫瘤邊界的方法，屬于成像領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：(1)利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對樣本組織進(jìn)行分子光譜成像，收集LIBS光譜；(2)對LIBS光譜進(jìn)行基線校準(zhǔn)后，提取CN分子譜線或Csubgt;2/subgt;分子譜線，獲得譜線的強(qiáng)度相對值；(3)繪制出樣本組織中的CN分子或Csubgt;2/subgt;分子分布熱圖；(4)將CN分子或Csubgt;2/subgt;分子分布熱圖進(jìn)行聚類分析，即可識別出樣本組織中的腫瘤區(qū)和壞死區(qū)邊界。利用上述方法能夠成功顯示出肺癌患者癌組織或癌旁組織中腫瘤區(qū)和壞死區(qū)的邊界，得到組織空間異質(zhì)性信息。本發(fā)明提供的方法實現(xiàn)了對肺癌組織的分子光譜成像分析及腫瘤邊界的識別，具有良好的應(yīng)用前景和價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于成像領(lǐng)域，具體涉及一種利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對癌組織進(jìn)行分子光譜成像來識別腫瘤邊界的方法。

背景技術(shù)

化學(xué)元素在人體的生理穩(wěn)態(tài)中起著重要作用，元素的含量與分布失調(diào)可能導(dǎo)致病理變化，所以元素在生物組織中的含量與分布是有助于診斷和治療，已有研究表明元素異常可能與癌癥發(fā)生發(fā)展有關(guān)，因此人們嘗試對癌組織的元素特征進(jìn)行分析，與常用臨床檢測手段互補(bǔ)，解決腫瘤邊界識別等難題。

醫(yī)學(xué)上通常使用某些特殊的染色劑和指示劑的顯色反應(yīng)來檢測生物組織中的金屬元素。然而這些顯色方法耗時長、靈敏度差、檢測元素種類單一。一些更加靈敏的技術(shù)如透射電子顯微鏡結(jié)合能量色散X射線分析(TEM-EDX)，同步輻射微分析(SXRF)或激光燒蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)在空間分辨率有一定的優(yōu)勢，但這些技術(shù)所需設(shè)備的復(fù)雜性以及較長的分析時間，難以用于常規(guī)的醫(yī)學(xué)診斷。傳統(tǒng)的組織病理學(xué)中廣泛使用石蠟包埋法(FFPE)用于樣本制備，上述的方法需要特殊的樣品制備過程，無法直接對石蠟包埋樣本進(jìn)行分析，從而限制了其與傳統(tǒng)組織病理學(xué)方法的互補(bǔ)性。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser?Induced?Breakdown?Spectroscopy，LIBS)技術(shù)是一種對物質(zhì)中的元素進(jìn)行定量、定性分析的光譜分析技術(shù)。當(dāng)一束高能脈沖激光聚焦到檢測對象上時，會在極短時間內(nèi)產(chǎn)生高溫、高密度的等離子體，冷卻時于激發(fā)態(tài)的原子躍遷回基態(tài)發(fā)出特定元素的原子譜線，用光譜儀直接收集樣品表面等離子體產(chǎn)生的發(fā)射譜線信號，在計算機(jī)上記錄得到特征光譜，可根據(jù)發(fā)射光譜的強(qiáng)度進(jìn)行分析。LIBS技術(shù)具有多種優(yōu)點，裝置簡單且便于搭建、實驗樣本不需要復(fù)雜的前處理，可遠(yuǎn)程探測，對樣本損傷小，幾乎不受樣本相態(tài)以及元素種類限制，適用于固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)樣本。LIBS技術(shù)還具有在室溫和環(huán)境壓力條件下工作的能力，其高靈敏度可以探測ppm量級的元素含量，分辨率高達(dá)微米尺度。因此，LIBS技術(shù)十分適合用于生物組織中元素的快速、精確測量。

但是，目前已有的LIBS生物組織成像分析，研究多關(guān)注Na、鉀、Ca、Mg等大量元素，這些元素易受到制樣過程的影響。LIBS光譜中的分子譜線直接來源于燒蝕材料或來源于等離子體中的重組反應(yīng)，反映了組織本身的特質(zhì)以及激光組織的相互作用。然而目前已有的LIBS成像工作卻忽視了分子光譜與生物組織空間異質(zhì)性的聯(lián)系，未見利用分子光譜成像來識別腫瘤邊界的報道，更未見利用分子光譜成像來識別肺癌腫瘤邊界的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對癌組織或癌旁組織進(jìn)行分子光譜成像來識別腫瘤邊界的方法。

本發(fā)明提供了一種識別腫瘤區(qū)和壞死區(qū)邊界的方法，所述方法包括以下步驟：

(1)利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對樣本組織進(jìn)行分子光譜成像，收集LIBS光譜；其中，所述樣本組織為石蠟包埋后的腫瘤患者的組織；

(2)對LIBS光譜進(jìn)行基線校準(zhǔn)后，提取CN分子譜線或C₂分子譜線，對CN分子譜線或C₂分子譜線進(jìn)行歸一化處理，獲得譜線的強(qiáng)度相對值；