多光谱成像仪 小儿毛细血管瘤的非线性光谱成像研究.docx

《多光谱成像仪 小儿毛细血管瘤的非线性光谱成像研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多光谱成像仪 小儿毛细血管瘤的非线性光谱成像研究.docx（9页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、多光谱成像仪 小儿毛细血管瘤的非线性光谱成像研究 摘要目的：探讨非线性光谱成像方法在临床上用于无损探测、实时监测小儿毛细血管瘤的病理生理过程，追踪其病程发展过程，以及评估治疗效果的潜力。方法：选取58例资料完整的小儿皮肤毛细血管瘤（颌面部）手术切除标本，其中增生期（212个月）26例，消退期（25岁）16例,消退完成期（611岁）16例。将样品切成30m厚度，进行非线性光谱成像分析, 相应的正常皮肤做为比照。结果：正常皮肤与不同时期毛细血管瘤组织中的胶原蛋白和弹性蛋白纤维的含量、形态结构和光谱特性存在明显差异。结论：基于双光子激发荧光(Two-Photon Excited Fluorescen

2、ce，TPEF)和二次谐波产生（Second Harmonic Generation，SHG)相结合的非线性光谱成像技术有可能成为临床上用于无损探测、实时监测小儿毛细血管瘤的病理生理过程，追踪其病程发展过程，以及评估治疗效果的有力工具。 关键词非线性光谱成像；毛细血管瘤；正常皮肤；胶原蛋白；弹性纤维 中图分类号R732.2文献标识码A文章编号1008-6455（2011）07-1093-05 Nonlinear spectral imaging for capillary hemangioma among children XIONG Shu-yuan,ZHUANG Jing,YANG Jin

3、-gu (Department of Plastic Surgery,The First Affiliated Hospital of Fujian Medical University, Fuzhou,350005,Fujian,China) Abstract:ObjectiveTo investigate the potential of nonlinear spectral imaging method for Non-destructive detection and monitoring of the pathophysiology of capillary hemangioma a

4、mong children and for tracking the process of development of them as well as for assessment treatment responses in clinic.MethodsSelected 58 cases with complete data in skin capillary hemangioma of children ,which 26 cases (212 months) in proliferative phase, 16 cases (25 years) in resolution phase,

5、 16 cases (611 years) in complete regression period .All of the tissue section samples of 30 lm thickness were analyzed by the use of a nonlinear spectral imaging system, normal skin in the control group. ResultsThere are significant differences between different phase of capillary hemangioma tissue

6、 and normal skin in terms of their morphological structure and the spectral characteristics of collagen and elastic fibers. ConclusionsNonlinear spectral imaging based on TPEF / SHG may be used for non-destructive detection and real-time monitoring in the pathophysiological process of capillary hema

7、ngioma, tracking the course of the development process, as well as a powerful tool for evaluating treatment effects. Key words:nonlinear spectral imaging；capillary hemangioma ；normal skin；collagen；elastic fibers 毛细血管瘤是小儿最常见的良性肿瘤之一，虽然部分血管瘤可自行消退,但某些位于重要部位及难治性的血管瘤在其消退前常严峻影响相应器官的功能，甚至危及生命。因此需主动进行干预和治疗。目

8、前临床上治疗毛细血管瘤的方法许多，但治疗效果并不令人满足，随着对毛细血管瘤探讨的不断深化，人们始终在努力找寻治疗血管瘤的最佳方法以及干预措施，而传统对病变过程及治疗效果的监测都是依靠临床阅历，因此基于双光子激发荧光和二次谐波信号的非线性光谱辨别成像这种非侵入式活体定量检测技术探讨血管瘤的病理生理变更、追踪增值退化演化过程，并能够对血管瘤的治疗过程进行实时监测以及对疗效进行客观地分析和评估，是非常必要且特别有意义的。 1材料和方法 1.1 根据Takahashi分类法1以及HE 染色后依据组织结构进行病理分期：胞质内管瘤组织20%以上部位有纤维变性或血管腔闭塞者为消退期，无上述组织结构变更者为增

9、生期血管瘤。选取58例资料完整的小儿皮肤毛细血管瘤（颌面部）手术切除标本，其中增生期（212个月）26例，消退期（25岁）16例,消退完成期（611岁）16例。取相应的正常皮肤做为比照。标原来自于福建医科高校附属第一医院整形小儿外科。标本切下后，马上存放于-196液氮罐里直至运用。将样品切成30m厚度，并把每片切片夹于载玻片于盖玻片之间。全部组织切片样本均进行非线性光谱成像分析。在整个成像过程中，为了避开样品的脱水和收缩，将PBS溶液（pH 7.4）喷洒于样品表面。 1.2 试验原理装置及图像、光谱分析：非线性光谱成像系统由一架倒置显微镜(Axiovert200，Zeiss LSM 510ME

10、TA)和一架美国相千公司生产的锁模钛宝石飞秒激光器(110fs，76MHz，波长范围70098Onm)组装在一起；扫描显微系统:主要是由xY扫描器和步进马达(HRZ200，Zeiss)组成。全部图像为512512像素，并有12位像素深度。本试验运用两种不同的渠道获得正常皮肤和不同时期毛细血管瘤组织中胶原蛋白和弹性蛋白的高对比度图像，一个通道对应于414436 nm波长范围内，以显示组织中胶原蛋白倍频信号，而另一种通道对应于457714nm波长范围内，在激发波长为850nm时显示弹力纤维。利用以成像为导向的光谱分析方法，通过绘制不同感爱好区域内全部像素的平均强度与每个放射波段的中心波长来获得光谱

11、，并记录和分析光谱。 1.3 统计分析：试验数据的计量资料以xs表示，采纳成组t检验及LSD-t检验。采纳SPSS16.0统计软件分析。 2结果与分析 2.1 不同时期毛细血管瘤组织与正常皮肤中胶原蛋白和弹性纤维的高对比度成像及3D图像：图1、2在正常皮肤和不同时期毛细血管瘤组织中，胶原蛋白和弹性纤维的含量及形态结构有很大的差异。毛细血管瘤血管四周基质中胶原蛋白含量多，密度大，弹性纤维形态不完整、断裂，分布不均、排列极度紊乱（图1a、图2ABC），随着病程发展，消退期毛细血管瘤组织（图1b、图2DEF）四周胶原蛋白含量较增生期有所削减，密度也明显变小，病程进展至消退完成期时，病变组织四周基质中

12、胶原蛋白含量较前更为削减，弹性纤维形态趋近完整，极少出现断裂现象，分布及排列已具有肯定的方向和规律（图1C、图2GHI），正常皮肤样品中弹性纤维呈现为外形完整，排列有序，分布匀称一样（图1D、图2JKL）。激发波长为850nm下，在414436nm波长范围内，二次谐波产生（SHG）提取到胶原蛋白图像（绿色编码），457nm到714nm波长范围内，双光子激发荧光（TPEF）成像提取到弹力纤维图像（红色代码）。 2.2 不同时期毛细血管瘤组织与正常皮肤中胶原蛋白的光谱信息：图3基于TPEF和SHG相结合的非线性光谱成像的最大优势是同时获得染色标本的图像和光谱，这一特点能供应组织更精确，更全面的生理

13、和病理信息。图3显示了图1中所对应的不同时期毛细血管瘤组织与正常皮肤组织中胶原蛋白的放射光谱图像，而放射光谱的强度是评价其含量的重要指标：增生期、消退期、消退完成期毛细血管瘤组织中胶原蛋白SHG信号强度分别约为正常皮肤的1.6倍（图3A）、1.3倍（图3B）、 1.1倍（图3C），相对应的，增生期、消退期、消退完成期毛细血管瘤组织中胶原蛋白SHG含量分别约为正常皮肤的1.6倍、1.3倍、1.1倍。 2.3 不同时期毛细血管瘤组织与正常皮肤组织的光学信息：图4运用胶原蛋白SHG信号的深度依靠衰减常数可定量评估不同时期毛细血管瘤组织与正常皮肤组织中胶原蛋白分布排列特点。图4显示了不同时期小儿正常皮

14、肤与毛细血管瘤组织中胶原蛋白的深度依靠衰减常数。正常皮肤中胶原蛋白深度依靠衰减常数（0.0390.008）明显小于增生期毛细血管瘤组织的值（0.0620.005）(0.001 3.6 依据不同时期毛细血管瘤组织和正常皮肤中，弹性纤维的微观形态、排列、分布及其结构所呈现出的巨大不同可以推断：在毛细血管瘤组织中弹性纤维体积削减可能是由于病变导致皮肤真皮层弹性纤维网变性、损伤，并且大量增生的胶原纤维，分割弹性纤维，直到病程发展到消退完成期，病变组织渐渐纤维化并自行愈合。 3.7 另一方面，不同时期毛细血管瘤组织与正常皮肤组织中胶原蛋白的放射光谱特征供应了更为精确的信息，这也说明白在血管形成及血管瘤的

15、病理演化过程中，胶原蛋白和弹力蛋白作为构成细胞外基质的主要结构蛋白，起着关键作用，与病变发展亲密相关。在毛细血管瘤的病程发展过程中（增生期-消退期-消退完成期），组织中胶原蛋白的含量也随之发生动态变更：渐渐削减，直至正常。这一结果也证明了胶原蛋白与愈合、组织纤维化有肯定的关系，其含量可预示血管瘤的退化。 3.8 将正常皮肤和增生期毛细血管瘤组织中胶原蛋白和弹性蛋白纤维光谱测量与显微图像结合起来，对弹性纤维直径和微小结构进行分析，可以更加精确地获得毛细血管瘤病变组织的生理和病理信息。并且，应用这种无损的检测方法实时监控疾病的演化过程，在治疗过程中通过刚好检测评估治疗效果，更好了解治疗机理并正确选

16、择治疗方案，可以更为有效的评估治疗效果，为小儿毛细血管瘤的临床诊断与治疗供应客观、精确的依据。可能实现对婴幼儿毛细血管瘤形成、发展及其消退机制的更加深化的探讨，达到阻挡血管瘤发生或促进血管瘤消退的目的。 参考文献 1Takahashi K,Mulliken JB,Kozakewich HPW,et al.Cellular markers that distinguish the phase of hemangioma during infancy and childhoodJ.J Clin lnvest,1994,93:2357-2364. 2GarzonM.Hemangiomas:Updat

17、e on classification,clinical presentation,and associated anomaliesJ. Cutis,2000,66:5325-328. 3Mulliken JB,Glowacki J.Hemangiomas and vascular malformations ininfant and children:A classification based on endothelial characteristicsJ.Plast ReconstrSurg,1982,69(3):412-422. 4Zipfel WR,Williams RM,Webb

18、WW.Nonlinear magic:multi-photon microscopy in the biosciencesJ.Nat Biotechnol,2003:21:1369-1377. 5So PTC,Chen YD,Barry RM.Two-photon excitation fluorescence microscopyJ.Annu Rev Biomed Eng,2000,2:399-429. 6Denk W,Strickler JH,Webb WW.Two-photon laser scanning fluorescence microscopyJ. Science,1990,2

19、48:73-76. 7Kim BM,Eichler J,Reiser KM,et al. Collagen structure and nonlinear susceptibility: effects of heat, glycation, and enzymatic cleavage on second harmonic signal intensityJ.Lasers Surg Med,2000,27:329-335. 8Boulesteix T,Pena AM,Pages N,et al. Micrometer scale ex vivo multiphoton imaging of

20、unstained arterial wall structurJ.International Society for Analytical Cytology,Cytometry Part,2005,69A:20-26. 9Pena AM,Strupler M,Boulesteix T,et al. Spectroscopic analysis of keratin endogenous signal for skin multiphoton microscopyJ.Opt Express,2005,13:6268-6274. 10White WM,Rajadhyaksha M,Gonzale

21、z S,et al. Noninvasive imaging of human oral mucosa in vivo by confocal reflectance microscopyJ.Laryngoscope,1999,109:1709-1717. 11Campagnola PJ,Loew LM.Second-harmonic imaging microscopy for visualizing biomolecul ararrays in cells,tissues and organismsJ.Nat Biotechnol,2003,21:1356-1360. 收稿日期2011-03-15 修回日期2011-05-25 编辑/张惠娟