黏膜组织病变的早期诊断和治疗是遏制黏膜组织癌变的有效手段。利用光谱检测技术，以实时、在体、无创的方式检测黏膜组织细胞的形态变化引起的光学特性改变，通过合理算法进行客观分析，可实现低成本大规模黏膜组织病变的筛查。为了提高面向黏膜组织病变诊断的光谱检测系统的灵敏度和特异性，开发了一套亚扩散域漫反射与荧光联合光谱测量系统，实现对不同深度黏膜组织的漫反射光谱和自体荧光光谱的高效采集，进而通过对光谱信息进行特征抽取，实现黏膜组织病变的快速筛查和恶性肿瘤等级的实时诊断。为了评估所开发系统的性能，开展了仿体实验、离体组织实验和在体实验：仿体实验证明了系统具有良好的测量稳定性；离体组织实验证明了该系统对离体组织具有优异的分类能力(不同类型组织的分类精度>98%，同类组织不同部位的分类精度>74%)；在体实验初步验证了该系统在黏膜组织诊断和分类领域中的应用潜力。

对肝细胞及肝病变细胞进行荧光光谱特性研究, 能为早期筛查与攻克肝癌提供光谱学依据。 实验目的包括, 通过光谱实验获得细胞特异性荧光光谱； 结合流式细胞仪获得最大饱和荧光强度与细胞直径的相关性。 实验过程, 首先使用荧光光谱仪来检测肝细胞、 肝纤维细胞以及两种肝癌细胞； 采用去拉曼散射的方法消除背景噪声, 获得五种浓度下细胞荧光光谱； 其次, 使用流式细胞仪检测四种细胞直径的大小, 根据双参数散点图分析四种细胞的直径特点； 最后, 利用高斯多峰拟合对比光谱差异, 并且分析细胞直径对荧光饱和强度变化趋势的影响, 得出细胞大小对荧光饱和强度非线性拟合曲线的影响规律。 光谱实验发现, 在550~750 nm之间, 肝细胞存在两个特异性荧光峰, 第一个峰值位于592 nm处, 第二个峰位于682 nm处, 且前者明显高于后者； 肝癌, 肝纤维细胞除具备与肝细胞相同位置的两个峰外, 在726 nm处出现第三个特异性荧光峰, 并在592 nm处获得最大激发光强, 在726 nm处的荧光峰高于在682 nm处的第二个荧光峰； 结合高斯多峰拟合法对峰值和各峰位置, 以及峰型展宽进行分析。 肝癌细胞和肝纤维细胞三个峰的展宽基本相同, 正常肝细胞最大激发峰展宽略小于另三种细胞, 但是682 nm处的小峰展宽略大于病变细胞； 流式细胞仪实验结果显示, 肝癌细胞直径大于肝纤维细胞大于肝细胞, 同种浓度下荧光强度也是肝癌细胞高于肝纤维细胞高于肝细胞； 利用非线性曲线拟合细胞最大荧光强度随浓度变化曲线, 根据曲线斜率的变化规律, 发现四种细胞的最大荧光强度会随着细胞浓度增大而增强, 但是逐渐呈现荧光饱和状态。 随着细胞直径增加, 最大荧光强度饱和趋势更为明显, 单个细胞自激发效率降低。 结果显示, 将细胞形态学与光谱学有机的融合, 结合两种分析方式, 能提高细胞判断的准确性和有效性。 通过对肝细胞、 肝癌细胞以及肝纤维细胞的荧光光谱特性进行研究, 并结合细胞直径分析荧光饱和变化趋势, 能够为肝病变细胞的研究提供一定的光谱学依据。

激光诱导荧光光谱是一种研究较为广泛的医用光谱技术, 已经被用于组织、细胞学的检测。本文利用激光诱导荧光光谱技术, 测定了肺癌患者和健康人的血清自体荧光光谱。并采用主成分分析法和判别分析法对荧光光谱数据进行了分析和处理, 从大量的光谱数据中提出少量主成分值, 并通过主成分值的差别对肺癌的诊断率进行分析。得到的结果为, 对肺癌的诊断准确率达到了96％。本文初步证明了利用血清的自体荧光光谱对肺癌早期诊断的可行性。

血清自体荧光光谱可以反映血清中癌细胞在代谢过程中发生的异常改变而导致的血清中荧光物质的成分、含量及微环境的变化，可作为癌症辅助诊断的一种新方法。利用荧光光谱分析技术，探讨了肺癌、肺良性疾病以及正常人血清的荧光光谱的异同，建立了血清荧光光谱检测的方法。同时联合肿瘤标志物群CEA，NSE，SCC-Ag，CYFRA21—1和p16甲基化，并运用人工神经网络技术和Fisher线性判别分析法分别建立了肺癌的诊断预测模型，并用ROC判别法对其预测结果进行比较。结果表明，荧光光谱联合肿瘤标志物建立的人工神经网络模型的预测效果优于单纯的荧光光谱神经网络模型，判别效果优于Fisher线性判别分析。

利用荧光光纤传感器来检测癌症必须弄清楚肝癌细胞与正常肝细胞是否具有不同的荧光特征。在体外培养了SMMC-7721肝癌细胞和HL-7702正常肝细胞, 然后用荧光光谱仪对它们的自体荧光进行检测。结果表明, 两种细胞的自体荧光发射光谱在550～720 nm范围内发射峰的数目和峰位均相同(602 nm和691 nm), 只是主峰的波形略有差异。在720～800 nm范围内, 肝癌细胞有一特征荧光峰, 峰位置在734 nm附近, 而正常肝细胞则无此峰。通过对多代培养的细胞进行荧光光谱测试, 发现两种细胞的荧光光谱特征在细胞传代的过程中保持不变, 说明细胞中的荧光特征在传代过程中保持稳定。这两方面的实验为利用荧光光纤传感器来检测癌症提供了一定的参考。

为了研究癌细胞自体荧光光谱在细胞周期变化过程中是否发生变化,对同步化培养的宫颈癌细胞(HeLa)在细胞周期各时相(G1期, S期, G2期和M期)样品的自体荧光谱进行了测量。测量结果表明,HeLa细胞在细胞周期变化过程中有自体荧光现象存在, 其特征荧光峰位于360 nm和680 nm处, 且各时相样品的荧光光谱强度各不相同。这些差异说明HeLa细胞在细胞周期变化过程中细胞内荧光物质(含芳香族氨基酸和卟啉)产生了相应的变化从而导致了不同时相的荧光光谱强度的差异。细胞周期各时相的荧光光谱能够反映细胞生长变化过程中芳香族氨基酸和卟啉的变化, 可为采用光谱技术对癌细胞生长周期进行研究提供依据。

实验研究了在397 nm半导体脉冲激光激发下,人体离体鼻咽正常和癌变组织在600 nm荧光发射波长处的时间分辨自体荧光光谱特性.利用双指数衰减方程对时间分辨自体荧光光谱进行拟合后,获得相应的荧光强度随时间的指数衰减方程以及荧光平均寿命.人体鼻咽癌变和正常组织在600 nm处的自体荧光平均寿命分别为(2.94±0.51)ns和(4.29±0.71)ns,两者之间存在显著的差异.应用时间分辨光谱技术的诊断灵敏度和特异性分别为75%和100%.初步表明了时间分辨自体荧光光谱在早期鼻咽癌诊断的应用价值,该方法可望与传统的稳态荧光光谱结合起来,进一步提高早期鼻咽癌荧光诊断的准确率.

利用分子荧光光度计测定了激发波长分别为457.9 nm,476.5 am,488.0 am,501.7 am和514.5 nm光的血清自体荧光光谱,并对这些光谱的特征和产生机制进行了分析.实验和分析结果表明:在500 nm～750 nm的波长范围内,518 am和640 nm附近有两个比较明显的荧光峰;590 nm处有一个非常弱的峰.它们可能主要来自于血清中胆红素,核黄素及其衍生物,β-胡萝卜素,锌卟啉及原卟啉Ⅸ等的贡献.这些研究结果将为利用氩离子激光器作为光源进行光谱诊断研究选择最佳激发波长提供一些参考.

本文对58例胃癌病人离体标本的癌浆膜和正常浆膜进行以308 nm为激发光的自体荧光光谱检测,采用多因素分析法进行光谱信息提取,以识别胃癌.研究表明偏最小二乘法结合神经网络法(简称PLS-ANN)进行判别分析,诊断胃癌的灵敏度为86%,特异度为100%,准确率为93%,有望成为手术中快速识别胃癌在胃壁的浸润范围的有效方法.

分别以一个双层的正常胃肠壁模型(包括正常粘膜层和粘膜下层)和一个双层的癌变胃肠壁模型(包括癌变粘膜层和粘膜下层)为研究对象,通过蒙特卡罗模拟计算出每层组织产生的荧光,从而重建出正常和癌变组织的自体荧光光谱,并和实验结果进行了比较。理论重建的光谱和实验测得的光谱在整体形状上的一致性表明,蒙特卡罗方法能够精确地模拟组织中荧光的产生和传输过程,明确解释癌变导致的组织生荧团信息的变化,从而确定组织是否发生病变。