1 南开大学现代光学研究所，天津 300350
2 应用光学国家重点实验室，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
3 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
4 汕头市中心医院乳腺疾病诊疗中心，广东 汕头 515041
5 汕头市中心医院临床医学研究中心，广东 汕头 515041
三次谐波源于强脉冲激光照射样品时产生的三倍频光响应，可对生物组织实现无标记、亚细胞量级分辨率、近乎实时的成像。通过与二次谐波信号和双/三光子荧光信号相结合，三次谐波显微成像可在肿瘤术中揭示肿瘤组织的典型病理特征信息，比如细胞增生与血管增生等，从而为医生判断肿瘤边界进而做出肿瘤组织彻底切除与否的决策提供实时帮助。本文阐述了三次谐波显微成像的基本原理，讨论了它在肿瘤术中诊断方面的应用，探讨了基于三次谐波的小型化便携术中诊断仪器，并总结了三次谐波内窥成像的发展现状，这些内容的讨论有望推动三次谐波成像技术的临床化。
医用光学 三次谐波成像 无标记成像 肿瘤诊断 小型化 内窥成像
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所，天津300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津300072
3 陆军军医大学第一附属医院神经外科，重庆400038
4 天津大学生命科学学院天津市微纳生物材料与检疗工程技术中心，天津300072
乳腺癌是女性常见癌症之一，乳腺癌区域的精准检测对乳腺癌的治疗有至关重要的作用。本文采用频率为2.52THz的连续太赫兹波反射式成像系统，对小鼠在体皮下乳腺癌模型进行了太赫兹波成像检测。研究结果表明，太赫兹波成像可以清晰识别出乳腺癌区域，且与肉眼可见肿瘤区域一致。在体乳腺癌区域的太赫兹波相对反射率高于正常组织，两者相对反射率差值高达15%。进一步，对距离皮肤表面不同深度的离体乳腺癌组织进行切片和苏木精-伊红（H&E）染色，作为金标准对照。结果发现乳腺癌区域的面积随着距离皮肤表面深度的增加而增大。通过将太赫兹波成像与H&E染色结果对比可知，在距离皮肤表面约460μm处，太赫兹波图像和H&E染色图中的肿瘤区域面积相等。由此可知，太赫兹波对在体皮下乳腺癌的探测深度大约在460μm左右，太赫兹波有望实现深部肿瘤的检测。
乳腺癌 连续太赫兹波 反射成像 乳腺肿瘤诊断 Breast cancer continuous terahertz wave reflection imaging breast tumor diagnosis
清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室, 北京 100084
肿瘤是一种严重威胁我国居民生命健康的重大疾病。现有的肿瘤诊断方式存在诊断时间长、创伤严重和误判率高等问题,且严重依赖于医生的主观经验。因此,研究出具有智能属性的肿瘤诊断技术对于提升我国的肿瘤诊断水平具有重要意义。拉曼光谱技术是一种无需标记的光学技术,在肿瘤的良恶性判别、肿瘤的亚型分类、切片病理诊断、原位近实时成像等方面被广泛应用。此外,人们将拉曼光谱与人工智能结合发展了具有智能属性的诊断方式。本文主要综述了近三年拉曼光谱技术在各种类型肿瘤诊断上的研究进展,主要从常规拉曼光谱诊断、拉曼成像诊断与探头结合光谱诊断三方面展开介绍,并对拉曼光谱技术在肿瘤诊断中的应用前景进行了展望。
医用光学 肿瘤诊断 拉曼光谱 拉曼成像 智能诊断 激光与光电子学进展
2020, 57(22): 220001
天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
乳腺肿瘤计算机辅助诊断(CAD)系统在医学检测和诊断中的应用日益重要。为了区分核磁共振图像(MRI)中肿瘤与非肿瘤，利用深度学习和迁移学习方法，设计了一种新型乳腺肿瘤CAD系统：1）对数据集进行不平衡处理和数据增强；2）在MRI数据集上，利用卷积神经网络（CNN）提取CNN特征，并利用相同的支持向量机分类器，计算每层CNN的特征图的分类F1分数，选取分类性能最高的一层作为微调节点，其后维度较低层为连接新网络节点；3）在选取的网络接入节点，连接新设计的两层全连接层组成新的网络，利用迁移学习，对新网络载入权重；4）采用固定微调节点前的网络层不可训练，其余层可训练的方式微调。分别基于深度卷积网络(VGG16)、Inception V3、深度残差网络(ResNet50)构建的CAD系统，性能均高于主流的CAD系统，其中基于VGG16和ResNet50搭建的系统性能突出，且二次迁移可以提高VGG16系统性能。
图像处理 乳腺肿瘤诊断 图像分类 深度卷积神经网络 计算机辅助诊断系统 迁移学习 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 081001
1 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室， 广东 深圳 518055
2 北京大学深圳医院消化内科， 广东 深圳 518036
双光子荧光寿命成像技术在对生物组织进行高分辨三维成像的同时能获得生物组织的生化特性信息，实现结构和功能的精细定量表征，为生物组织的非侵入、无标记、活体成像提供了一种强有力的工具。该技术在肿瘤检测方面具有广阔的临床应用前景，已成为当前生物医学领域研究的热点之一。首先简要介绍了双光子荧光寿命的概念和常用检测方法；其次，结合课题组开展的胃癌和神经胶质瘤诊断等相关研究成果，详细介绍了双光子荧光寿命成像技术在消化道肿瘤、脑肿瘤及皮肤癌等肿瘤检测方面的最新研究进展；最后展望了该技术在未来临床应用中的潜在优势和可能面临的挑战。
生物光学 双光子显微成像 荧光寿命成像 肿瘤诊断 自发荧光
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室, 天津 300072
为了解决传统乳腺扩散光学层析成像可靠性低的问题, 设计了一套基于多通道时间相关单光子计数的时域扩散荧光―光学层析成像系统.该系统采用32根同轴光纤均匀分布于组织体表面, 作类似X射线层析工作方式的同层扫描, 由此获得多角度下的时间分辨投影.通过测量不同仿体, 应用相应的迭代图像重建算法, 获得了可靠的重建结果.研究表明, 该系统工作可靠, 是进行乳腺肿瘤早期诊断研究的理想模式之一.
荧光―光学层析成像 图像重建 时间相关单光子计数 乳腺肿瘤诊断 fluorescence/optical tomography image reconstruction time-correlated single photon counting breast tumor diagnosis
1 苏州市第二人民医院,苏州市,215002
2 北京理工大学信息学院
3 上海交通大学理学院
目的应用激光荧光光谱解析法研究胃肿瘤组织中的荧光组成变化,从而分析胃肿瘤组织中荧光成分相对于正常组织中含量的变化,深入探讨诊断胃肿瘤的依据.方法用氮分子激光器及OMA系统组成激光诱导荧光检测系统,检测并对照分析7例离体正常胃组织和肿瘤组织标本的荧光谱.采用1组高斯(gauss)函数作为基函数进行荧光谱线拟和,对离体正常和肿瘤胃组织荧光光谱进行解析.结果在荧光350～650 nm的特定光谱波段,胃肿瘤组织荧光光谱在420 nm处与正常胃组织荧光光谱有较大差异,分析在胃癌组织中,该荧光峰所对应的成分含量低于正常组织中该成分的含量.这种差异为利用激光诱导荧光光谱分析方法诊断人体组织中的肿瘤提供了新的可能性.结论胃肿瘤组织中缺少荧光峰在420 nm附近的正常胃组织荧光成分.
激光 肿瘤诊断 荧光光谱
