介观荧光层析与光学相干层析联合的宫颈癌成像方法研究

Cervical cancer is the second most common cancer among women and also the one that can be healed if early diagnosis is attained. Although the clinical used imaging methodology, such as colposcopy, has high sensitivity, the specificity is still low. It is concluded that introduction of the functional imaging method and integration of different imaging modes is one of the effective ways to improve the specificity. In this project, we investigate on the optical imaging method that integrates the two mesoscopic (with penetration of millimeter) methods to improve the specificity of cervical cancer diagnosis through the combination of the functional information and structural information. Firstly, a mesoscopic functional tomography method with medium spatial resolution (hundreds of micrometers) and high detection sensitivity to weak fluorescence from the cervix will be investigated for the diagnosis of early cervical cancer. The tomographic system is based on the fluorescence Laminar Optical Tomography (LOT). Secondly, the fast image reconstruction method for LOT will be investigated. Thirdly, the integration of fluorescence LOT and optical coherence tomography aiming at the in vivo diagnosis of cervical cancer will be investigated and the corresponding prototype system will be established. At last, improvement with the developed method on the quantitativeness of the target imaging and the specificity of the early cervical cancer diagnosis will be evaluated. This project deals with the common problems encountered in the tomographic imaging for thin layer tissue. The investigation will not only provide new methodology for in vivo diagnosis of early cervical cancer but also supply reference to the development of new fluorescent and the diagnosis of other cancers, such as oral cancer and skin cancer.

宫颈癌是女性第二大恶性肿瘤，但若能被早期发现则可根治，然而目前临床使用的影像学方法诊断特异性较低，引进功能成像方法并实现各种成像模态的相互融合是提高诊断特异性的有效途径之一。本课题研究介观（穿透深度毫米级）、中等空间分辨率（几百微米）的功能型与形态学联合层析成像方法，以提高宫颈癌的诊断特异性。首先，研究可高灵敏地检测宫颈癌微弱荧光的介观功能层析成像-荧光薄层层析（LOT）技术；其次，研究适合于LOT的快速层析图像重建理论和方法；再次，探索面向宫颈癌在体诊断的集成荧光LOT与光学相干层析成像的联合成像原型系统；最后，研究该方法在提高对目标的定量成像能力和宫颈癌诊断特异性上的应用。该研究涉及的内容是薄层组织光学层析成像所面临的普遍问题，所发展的方法不但对早期宫颈癌提供新的在体检测手段，也将对新型荧光剂的研究、口腔等表皮组织癌症诊断技术的发展提供参考。

宫颈癌是女性第二大恶性肿瘤，据世界卫生组织报道，全世界每年新发生宫颈癌患者中80%的病例发生在发展中国家，约有1/3是来自中国。中国每年新发病例有13万以上，死亡人数2-3万，并且发病率以2~3%的速度在增长。宫颈癌若能被早期发现则可根治，然而目前临床使用的影像学方法诊断特异性较低，引进功能成像方法并实现各种成像模态的相互融合是提高诊断特异性的有效途径之一。.本课题研究介观功能型与形态学联合层析成像方法，以提高宫颈癌的诊断特异性。进行的主要研究工作有:.1、.在LOT系统研制方面：设计并研制了薄层光学层析成像（LOT）系统；结合OCT系统，发展出了适合早期宫颈癌诊断的LOT-OCT联合成像系统。 .2、.在LOT系统的进一步改进方面,针对LOT测量与数学模型的不匹配问题,首次提出了压缩倾角LOT系统，验证了该系统对实验模型与正向模型匹配度的改善，结果表明，系统对500µm深下异质体成像的横向分辨率约为140µm，最大探测深度可达2.4毫米，对吸收系数的重建量化度高于94%。.3、.在正问题研究方面：根据高密度采样和高空间分辨成像引起的大数据重建及准直光源近场建模问题，1)提出了基于虚拟光源技术的半解析、半数值化的正向模型，提高了传统单点源DE模型在准直光近场区、低反照率场合的建模精度，同时具有求解的简洁性;2)提出了基于混合RTE-DE的全解析模型,将时域DE在一个转化时间点的瞬态解转化为局部分布的各向同性点光源，并作为DE的光源项用于描述该时间点后的漫射过程,实现了RTE与DE在物理上的无缝连接。.4、.在图像重建算法方面：1)发展了适合LOT成像的快速算法—轨迹变换及目标体元回归方法;2)提出了基于显性SVD递归表达式的非线性LOT吸收图像重建策略。.5、.在荧光LOT（FLOT）方面：完成LOT/FLOT双模态系统以及验证工作；进行了离体宫颈癌组织和荷瘤鼠的LOT/FLOT双模态成像。.6、.在临床应用研究方面：研制了宫颈癌筛查系统，临床进行了476例患者的数据采集，经与活检病理检验结果进行对比，该系统可获得近80%的总符合率。.本研究涉及的内容是薄层组织光学层析成像所面临的普遍问题，所发展的方法不但可为早期宫颈癌提供新的在体检测手段，也将对新型荧光剂的研究、口腔等表皮组织癌症诊断技术的发展提供参考。