各向同性癌变检测及机理
各向同性癌变检测——双组份光学模型
癌变细胞对比 正常细胞
细胞器或细胞 核尺度的变化
细胞密集程度 的变化
散射体粒径 的变化
散射体散射系数 的变化
双组份模型
参照肝脏真实解剖学结构， 两种粒子参照线粒体和细 胞核建模，大球直径7μm、
小球直径0. 7μm
各向同性癌变检测及机理
各向同性癌变检测——考虑生理结构的模拟结果 Ø双组分体系中各参数对比度随粒子数浓度的变化关系
n结论：散射体浓度是影响癌变组织偏振测量结果的主要因素
各向同性癌变检测及机理
小结
Ø各向同性癌变体系：偏振成像方法能够使癌症组织边界更 清晰，其中RLPI对比度最高。
Ø现有单一组分模型无法解释实验结果，对照癌变的病理特 征，建立了双组份模型。
Ø双组份模型模拟结果表明： n a. RLPI相比普通成像、DP、DOP具有最高的对比度；
研究背景和意义
偏振成像装置与方法
1. 偏振差
DPIco Icr
2. 偏振度
DOP Ico Icr Ico Icr
研究背景和意义
旋转线偏振成像装置与方法
3. 旋转线偏振成像方法 (RLPI)
Acos(4s1)Bcos2i2(s) Ccos(2s3)
GA/B
参数：A、B、C、G、 3/2
研究背景和意义
研究背景和意义
生物组织偏振散射模型：球柱偏振散射模型
球散射体、柱散射体、周围介质参数可调
散射体：直径、折射率、散射系数、角度分布等 周围介质：吸收、折射率等
可用于各向同性组织：肝脏、血液、脂肪等； 各向异性组织：牙本质、皮肤等
研究背景和意义
偏振方法、生物组织、模型
有现象?
主要内容
31
研究背景和意义
优点——提供新信息；缺点——降低成像质量
Ø偏振方法：
降低散射影响，获得浅表组织信息
Ø癌变检测：
85%癌变起源于上皮组织
研究背景和意义
现有偏振测癌结果
正常图像
偏振图像
Ø偏振成像检测基底细胞癌： n对比度提高，呈现更多癌变区域细节
Steven L. Jacques et al., JBO, 7（3）, （2002）.
3. 旋转线偏振成像方法 (RLPI)
参数的物理意义：
3/2 反映的是样品各向异性的取向角； G 反映的是样品各向异性度，在含纤维的 散射体系中，是纤维的有序度；
样品：鸡心
普通成像
G
3/2
Ran Liao, Nan Zeng, Xiaoyu Jiang, Tianliang Yun, Dongzhi Li, Yonghong He, and Hui Ma, Journal of Biomedical Optics, 15(3), 0306
各向同性癌变检测——单组份光学模型
单组份模型
样品正常与病变区组织学图像
各向同性癌变检测及机理
各向同性癌变检测——考虑生理结构的模拟结果 Ø各向同性体系偏振参数随浓度比70cm-1的对比度变化
小粒子直径0.7μm 模拟结果与实验不符，
大粒子直径7μm
nn单 大一粒粒子单子变组模化份实行型模际为都型情无对无况法对法获比描得度述的与影实验响对较应大的，在结双果，组应份双引模组入型份中双应组光份以学模大模型粒型；子为主。
3
各向同性癌变检测及机理
4
各向异性癌变检测及机理
35
工作总结与展望
各向同性癌变检测及机理
各向同性癌变检测——实验结果
黄色圆圈处为病灶即癌 变区
参数B 在众多参数中对 比度最高，最敏感。
光强 DP DOP B
对比度 0.21 0.17 0.03 0.34
光强图像 DP图像
RLPI B参数图像 DOP图像
研究背景和意义
现有偏振测癌结果
正常图像
偏振图像
Ø偏振成像检测鳞状细胞癌： n对比度提高，呈现更多癌变区域细节
研究背景和意义
现有偏振测癌结果
正常图像
偏振图像
术后效果
Ø偏振成像界定癌症边界，用于临床
Steven L. Jacques et al., Proc. of SPIE Vol. 6842 684201-2, (2008).
博士学位论文答辩
偏振散射测量癌变的机理研究
研 究 生： 指导老师：
主要内容
31
研究背景和意义
2 偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果
3
各向同性癌变检测及机理
4
各向异性癌变检测及机理
35
工作总结与展望
研究背景和意义
光学偏振方法的优势 Ø光学成像方法：
对生物医学非常重要（非侵入，低损伤）
Ø光子散射：
DOP图像
DOP 并不是 与吸收完全
无关的
简化模型
各向异性癌变检测及机理
不同类型的黑色素瘤 深度不一样
建立模型 各向同性+吸收
各向同性
各向异性
各向异性+吸收
各向异性癌变检测及机理
这同实验结果相符 n b. 散射体浓度是影响癌变组织偏振测量结果的主要因素
主要内容
31
研究背景和意义
2 偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果
3
各向同性癌变检测及机理
4
各向异性癌变检测及机理
35
工作总结与展望
各向异性癌变检测及机理
样本选择——恶性黑色素瘤样本（1）
光强图像 DP图像
RLPI G参数图像
大小粒子浓度比 1:1000
大小粒子的散射 系数比为3:1
模拟得到的各参数对比度排 序与生物实验的结果一致， 说明癌变样品的各个偏振参 数对比度的增加可能是由细 胞增生引起的。
各向同性癌变检测及机理
各向同性癌变检测——实验和模拟结果分析
固定双组份体系中粒子 数密度，改变大粒子粒 径，四个偏振参数随着 粒径增加下降，其中B的 下降速度最快。
2 偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果
3
各向同性癌变检测及机理
4
各向异性癌变检测及机理
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工作总结与展望
偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果
偏振成像癌变样品制备
Ø癌变体系及病株的选择 Ø内脏——肝转移CNE鼻咽癌 Ø内腔——HCT116结肠癌 Ø皮肤——B16黑色素瘤
各向同性 各向异性
偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果
各向同性样本偏振成像检测结果——肝转移CNE鼻咽癌
肝转移鼻咽癌CNE的偏振参数图像
偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果
各向异性样本偏振成像检测结果——皮肤：黑色素瘤
光强
DP
DOP
G参数
A参数
B参数
C参数
φ3/2
中症黑色素瘤的光强、DP和DOP图像
主要内容
31
研究背景和意义
2 偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果