大肠癌组织体内激光诱发荧光光谱分析
北京军区总医院消化内科 北京市 100700
李静，女，1967-04-28生，河北省保定市人，汉族. 1991年第四军医大学航医系本科毕业，主治医师，现在军医进修学院读硕士学位.
项目负责人 李静，100700，北京军区总医院消化内科，北京市.
Correspondence to Jing Li, Department of Gastroenterology, General Hospital of Chinese PLA
Beijing Command Area, Beijing 100700, China
收稿日期 1998-08-02
, 百拇医药
Laser-induced fluorescence spectrum of colon cancer in vivo
Jing Li, Shi-Rong Li, Jian-Biao Cao and Ge Gao
Department of Gastroenterology, General Hospital of Chinese PLA Beijing Command Area, Beijing 100700, China
Abstract
AIM To evaluate the ability of laser-induced fluorescence (LIF) to distinguish the colon cancer from corresponding normal colon mucosa.
, 百拇医药
METHODS A nitrogen laser (wavelength 337nm) was used as excitation source, the optical probe passed through the accessory channel of a flexible colonoscope to deliver the excitation light and collect the fluorescence emission. An optical multichannel analyzer (OMAⅢ) was used to analyze emission spectrum of the fluorescence in 21 patients with colon cancer in vivo.
RESULTS The emission spectrum of LIF recorded on colon cancer and corresponding normal colon mucosa in 18 cases (85.7%) showed some appreciable difference as to both single amplitude and spectrum shape. Three parameters (F1, F2 and F3) were used to distinguish two tissues with sensitivity, specificity, positive predictive value and negative predictive value was 85.7%，76.2%, 78.3% and 84.2% respectively.
, http://www.100md.com
CONCLUSION In vivo, LIF spectrum can be used to distinguish colon cancer from corresponding normal colon mucosa.
Subject headings colonic neoplasms/pathology; rectal neoplasms/pathology; spectrometry, fluorescence
Li J, Li SR, Cao JB, Gao G. Laser-induced fluorescence spectrum of colon cancer in vivo.Shijie Huaren Xiaohua Zazhi, 1999;7(2):164-165
, 百拇医药
摘要
目的 探讨体内大肠癌与相应正常组织激光诱发荧光(LIF)光谱的规律.
方法 大肠癌患者21例,癌组织与相应正常组织进行LIF光谱检测,同时对每一检测部位取材进行病理组织学检查.
结果 有18例患者(85.7%)癌组织与正常组织的LIF光谱在强度和形状上不同,选择F1(FI400/FI530,FI指荧光强度),F2(主峰强度),F3(主峰波长)3个参数进行比较,癌组织分别为0.57±0.23,3192±1526,465.41±1.24;相应非癌组织分别为1.49±0.36,8998±4701,461.06±0.92,二者F1,F2和F3差异显著(P<0.01).诊断大肠癌的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为85.7%,76.2%,78.3%和84.2%.
, 百拇医药
结论 体内大肠癌与相应正常组织的LIF光谱存在明显差异,为进一步临床应用提供了依据.
主题词 结肠肿瘤/病理学;直肠肿瘤/病理学;光谱法,荧光
李静, 李世荣, 曹建彪, 高革.大肠癌组织体内激光诱发荧光光谱分析.世界华人消化杂志,1999;7(2):164-165
0 引言
激光诱发荧光(laser-induced fluorescence, LIF)是指在不用外加光敏物质的条件下，生物组织受激光激发后产生的荧光，又称自体荧光(autofluorescence). 在一定波长光的激发下，生物组织由于分子结构的不同，其所对应的组织LIF光谱也不同. 这一特性已逐步应用于皮肤、口腔、肺、泌尿生殖系和消化系粘膜肿瘤的诊断研究中. 在体外研究的基础上，我们探索体内大肠癌与相应正常组织的LIF光谱规律，为LIF技术应用于大肠癌的早期诊断提供实验依据.
, http://www.100md.com
1 对象和方法
1.1 对象 1997-03/1998-03我院行纤维结肠镜检查的大肠癌患者21例，男10例，女11例，年龄37岁～80岁，平均62.5岁. 病变部位：直肠14例，升结肠4例，降结肠1例，乙状结肠2例. 病变直径2cm～8cm. 诊断依据病理结果确定.
1.2 方法 将与氮分子激光器(中国科学院物理所提供，波长337nm，脉冲宽度6ns，单脉冲输出能量6mJ，重复频率10Hz)相连的同轴石英光纤(中央1根光纤传输激光，外周9根收集荧光)由纤维结肠镜(Olympus CF-200L)活检孔插入，使光纤与被测组织紧密接触，激光由光纤导入，分别激发出大肠癌组织与相应正常组织(二者相距5cm以上)的LIF光谱，所得光谱由同根光纤导出，经多色仪进入光学多道分析系统(OMAⅢ)，由OMA2000Ⅱ软件进行记录和分析处理. 实验中每一部位测定2～4条光谱，同时在同一部位取材进行病理组织学检查.
, 百拇医药
统计学处理实验数据均为x±s，用t检验进行统计处理.
2 结果
实验所得LIF光谱波长范围在300nm～630nm，均有主、次双峰，主峰在红光侧，波长范围458nm～468nm；次峰在紫光侧，波长范围390nm～400nm. 光谱分析结果提示，大肠癌与相应正常组织在光谱强度和形态上均有区别(图1). 21例大肠癌患者中18例(85%)有以下特点：①癌组织的次峰下降较正常组织缓慢；②正常组织的主峰明显高于癌组织(平均比值2.8∶1)；③癌组织的主峰波长较正常组织明显向红光侧移动(平均移动4.4nm). 根据以上特点，同时参照体外大肠癌LIF光谱规律[1]，选择F1(FI400nm/FI530nm，FI指荧光强度)，F2(主峰强度)，F3(主峰波长)作为比较参数，结果经t检验，两种组织F1，F2和F3有显著差异(P<0.01，表1)，诊断大肠癌的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为85.7%，76.2%，78.3%和84.2%.
, 百拇医药
图1 大肠癌与相应正常组织LIF光谱.
表1 大肠癌与相应正常组织LIF光谱参数比较 (x±s)
bP<0.01，vs 相应正常组织.
, http://www.100md.com
3 讨论
纤维结肠镜是诊断大肠癌的有效方法，但对于一些早期癌，特别是扁平型早期癌容易漏诊. LIF技术作为一种客观、安全、快捷的辅助诊断方法与纤维结肠镜结合使用，可实时区分肿瘤组织与相应正常组织，准确引导活检，从而有希望提高大肠癌的早期诊断水平，同时对于监测大肠癌高危人群如溃疡性结肠炎、家族性息肉病也有重要的临床应用价值. 我们分析21例患者80余条光谱曲线，发现体内大肠癌光谱的特征，为进一步的临床应用奠定了基础.
国内外学者对应用LIF光谱鉴别大肠癌进行了一些研究[1-3]. 通过体外大肠癌标本的研究，发现了大肠正常组织、腺瘤性息肉(癌前病变)及癌组织的光谱规律，但由于体内组织与体外组织在pH和氧化状态等方面存在差异，这些理化因素均可影响光谱的结果，所以体外光谱资料不能完全反映体内的情况；同时体内光谱也不如体外稳定，研究存在一定困难，故目前报道不多. Bottiroli et al[4]进行的体内研究表明，在光谱强度上大肠癌与相应正常组织之比为1∶1.5～5，与我们的实验结果基本一致，但在光谱形状上二者存在差异. 本组体内研究结果与我们体外研究结果相比，正常组织与癌组织的主峰强度都有所下降且主峰波长均向红光侧移动，次峰的下降幅度也有所增加. 本组有3例(占14.3%)，癌组织的光谱接近或高于正常组织，可能是癌组织的胶原含量较高所致.
, 百拇医药
有关LIF光谱的物质基础也在进一步的研究中. Bottiroli et al[4]的研究认为大肠癌组织与相应正常组织荧光光谱的不同是两种组织结构上的差异所致，正常组织粘膜层的厚度约为450μm～500μm，而癌组织粘膜层厚度可达800μm，产生荧光的主要物质是位于粘膜下层的胶原，波长一定的激发光可达到正常组织的粘膜下层，而癌组织的粘膜层厚度增加，激发光极少达到粘膜下层，因此导致二者光谱的差异. Schomacker et al[5]认为不同组织中的胶原、NADH(原辅酶Ⅰ)、FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)等产生荧光物质的含量不同，从而导致光谱的差异. Zonios et al[6]研究表明，组织的血流情况也可影响到光谱的结果.
4 参考文献
, http://www.100md.com
1 翟力平，李世荣，高革，张继光，丁华野，华益慰. 激光诱发荧光光谱区分正常结肠和结肠癌组织. 解放军医学杂志，1996；21：325
2 Yakshe PN, Bonner RF, Cohen P, Leon MB, Fleischer DE. Laser-induced fluorescence spectroscopy may distinguish colon cancer
from normal human colon. Gastrointest Endosc, 1989;35:184
3 Cothern RM, Richards-Kortum R, Sivar MV, Fitzmaurice M, Rava RP, Boyce GA et al. Gastrointestinal tissue diagnosis by laser-
, http://www.100md.com
induced fluorescence spectroscopy at endoscopy. Gastrointest Endosc, 1990;36:105-111
4 Bottiroli G, Marchesini R, Croce AC, Fante MD, Cuzzoni C, Palam SD. Autofluorescence of normal and tumor mucosa of human colon:
a comphrehensive analysis. SPIE, 1993;1887:205-212
5 Schomacker KT, Frisoli JK, Compton CC, Flotte TJ, Richter JM, Nishioka NS. Ultraviolet laser-induced fluorescence of colonic tissue:
basic biology and diagnostic potential. Lasers Surg Med, 1992;12:63-78
6 Zonios GI, Cothren RM, Arendt JT, Wu J, Dam JV, Crawford JM. Morphologicalmodel of human colon tissue fluorescence.
IEEE Trans Biomed Eng, 1996;43:113-121, 百拇医药(李静 李世荣 曹建彪 高革)
李静，女，1967-04-28生，河北省保定市人，汉族. 1991年第四军医大学航医系本科毕业，主治医师，现在军医进修学院读硕士学位.
项目负责人 李静，100700，北京军区总医院消化内科，北京市.
Correspondence to Jing Li, Department of Gastroenterology, General Hospital of Chinese PLA
Beijing Command Area, Beijing 100700, China
收稿日期 1998-08-02
, 百拇医药
Laser-induced fluorescence spectrum of colon cancer in vivo
Jing Li, Shi-Rong Li, Jian-Biao Cao and Ge Gao
Department of Gastroenterology, General Hospital of Chinese PLA Beijing Command Area, Beijing 100700, China
Abstract
AIM To evaluate the ability of laser-induced fluorescence (LIF) to distinguish the colon cancer from corresponding normal colon mucosa.
, 百拇医药
METHODS A nitrogen laser (wavelength 337nm) was used as excitation source, the optical probe passed through the accessory channel of a flexible colonoscope to deliver the excitation light and collect the fluorescence emission. An optical multichannel analyzer (OMAⅢ) was used to analyze emission spectrum of the fluorescence in 21 patients with colon cancer in vivo.
RESULTS The emission spectrum of LIF recorded on colon cancer and corresponding normal colon mucosa in 18 cases (85.7%) showed some appreciable difference as to both single amplitude and spectrum shape. Three parameters (F1, F2 and F3) were used to distinguish two tissues with sensitivity, specificity, positive predictive value and negative predictive value was 85.7%，76.2%, 78.3% and 84.2% respectively.
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CONCLUSION In vivo, LIF spectrum can be used to distinguish colon cancer from corresponding normal colon mucosa.
Subject headings colonic neoplasms/pathology; rectal neoplasms/pathology; spectrometry, fluorescence
Li J, Li SR, Cao JB, Gao G. Laser-induced fluorescence spectrum of colon cancer in vivo.Shijie Huaren Xiaohua Zazhi, 1999;7(2):164-165
, 百拇医药
摘要
目的 探讨体内大肠癌与相应正常组织激光诱发荧光(LIF)光谱的规律.
方法 大肠癌患者21例,癌组织与相应正常组织进行LIF光谱检测,同时对每一检测部位取材进行病理组织学检查.
结果 有18例患者(85.7%)癌组织与正常组织的LIF光谱在强度和形状上不同,选择F1(FI400/FI530,FI指荧光强度),F2(主峰强度),F3(主峰波长)3个参数进行比较,癌组织分别为0.57±0.23,3192±1526,465.41±1.24;相应非癌组织分别为1.49±0.36,8998±4701,461.06±0.92,二者F1,F2和F3差异显著(P<0.01).诊断大肠癌的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为85.7%,76.2%,78.3%和84.2%.
, 百拇医药
结论 体内大肠癌与相应正常组织的LIF光谱存在明显差异,为进一步临床应用提供了依据.
主题词 结肠肿瘤/病理学;直肠肿瘤/病理学;光谱法,荧光
李静, 李世荣, 曹建彪, 高革.大肠癌组织体内激光诱发荧光光谱分析.世界华人消化杂志,1999;7(2):164-165
0 引言
激光诱发荧光(laser-induced fluorescence, LIF)是指在不用外加光敏物质的条件下，生物组织受激光激发后产生的荧光，又称自体荧光(autofluorescence). 在一定波长光的激发下，生物组织由于分子结构的不同，其所对应的组织LIF光谱也不同. 这一特性已逐步应用于皮肤、口腔、肺、泌尿生殖系和消化系粘膜肿瘤的诊断研究中. 在体外研究的基础上，我们探索体内大肠癌与相应正常组织的LIF光谱规律，为LIF技术应用于大肠癌的早期诊断提供实验依据.
, http://www.100md.com
1 对象和方法
1.1 对象 1997-03/1998-03我院行纤维结肠镜检查的大肠癌患者21例，男10例，女11例，年龄37岁～80岁，平均62.5岁. 病变部位：直肠14例，升结肠4例，降结肠1例，乙状结肠2例. 病变直径2cm～8cm. 诊断依据病理结果确定.
1.2 方法 将与氮分子激光器(中国科学院物理所提供，波长337nm，脉冲宽度6ns，单脉冲输出能量6mJ，重复频率10Hz)相连的同轴石英光纤(中央1根光纤传输激光，外周9根收集荧光)由纤维结肠镜(Olympus CF-200L)活检孔插入，使光纤与被测组织紧密接触，激光由光纤导入，分别激发出大肠癌组织与相应正常组织(二者相距5cm以上)的LIF光谱，所得光谱由同根光纤导出，经多色仪进入光学多道分析系统(OMAⅢ)，由OMA2000Ⅱ软件进行记录和分析处理. 实验中每一部位测定2～4条光谱，同时在同一部位取材进行病理组织学检查.
, 百拇医药
统计学处理实验数据均为x±s，用t检验进行统计处理.
2 结果
实验所得LIF光谱波长范围在300nm～630nm，均有主、次双峰，主峰在红光侧，波长范围458nm～468nm；次峰在紫光侧，波长范围390nm～400nm. 光谱分析结果提示，大肠癌与相应正常组织在光谱强度和形态上均有区别(图1). 21例大肠癌患者中18例(85%)有以下特点：①癌组织的次峰下降较正常组织缓慢；②正常组织的主峰明显高于癌组织(平均比值2.8∶1)；③癌组织的主峰波长较正常组织明显向红光侧移动(平均移动4.4nm). 根据以上特点，同时参照体外大肠癌LIF光谱规律[1]，选择F1(FI400nm/FI530nm，FI指荧光强度)，F2(主峰强度)，F3(主峰波长)作为比较参数，结果经t检验，两种组织F1，F2和F3有显著差异(P<0.01，表1)，诊断大肠癌的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为85.7%，76.2%，78.3%和84.2%.
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图1 大肠癌与相应正常组织LIF光谱.
表1 大肠癌与相应正常组织LIF光谱参数比较 (x±s)
| 参数 | 正常组织 | 癌组织 |
| F1 | 1.49±0.36 | 0.57±0.23b |
| F2 | 8998±4701 | 3192±1629b |
| F3 | 461.06±0.92 | 465.41±1.24b |
bP<0.01，vs 相应正常组织.
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纤维结肠镜是诊断大肠癌的有效方法，但对于一些早期癌，特别是扁平型早期癌容易漏诊. LIF技术作为一种客观、安全、快捷的辅助诊断方法与纤维结肠镜结合使用，可实时区分肿瘤组织与相应正常组织，准确引导活检，从而有希望提高大肠癌的早期诊断水平，同时对于监测大肠癌高危人群如溃疡性结肠炎、家族性息肉病也有重要的临床应用价值. 我们分析21例患者80余条光谱曲线，发现体内大肠癌光谱的特征，为进一步的临床应用奠定了基础.
国内外学者对应用LIF光谱鉴别大肠癌进行了一些研究[1-3]. 通过体外大肠癌标本的研究，发现了大肠正常组织、腺瘤性息肉(癌前病变)及癌组织的光谱规律，但由于体内组织与体外组织在pH和氧化状态等方面存在差异，这些理化因素均可影响光谱的结果，所以体外光谱资料不能完全反映体内的情况；同时体内光谱也不如体外稳定，研究存在一定困难，故目前报道不多. Bottiroli et al[4]进行的体内研究表明，在光谱强度上大肠癌与相应正常组织之比为1∶1.5～5，与我们的实验结果基本一致，但在光谱形状上二者存在差异. 本组体内研究结果与我们体外研究结果相比，正常组织与癌组织的主峰强度都有所下降且主峰波长均向红光侧移动，次峰的下降幅度也有所增加. 本组有3例(占14.3%)，癌组织的光谱接近或高于正常组织，可能是癌组织的胶原含量较高所致.
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有关LIF光谱的物质基础也在进一步的研究中. Bottiroli et al[4]的研究认为大肠癌组织与相应正常组织荧光光谱的不同是两种组织结构上的差异所致，正常组织粘膜层的厚度约为450μm～500μm，而癌组织粘膜层厚度可达800μm，产生荧光的主要物质是位于粘膜下层的胶原，波长一定的激发光可达到正常组织的粘膜下层，而癌组织的粘膜层厚度增加，激发光极少达到粘膜下层，因此导致二者光谱的差异. Schomacker et al[5]认为不同组织中的胶原、NADH(原辅酶Ⅰ)、FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)等产生荧光物质的含量不同，从而导致光谱的差异. Zonios et al[6]研究表明，组织的血流情况也可影响到光谱的结果.
4 参考文献
, http://www.100md.com
1 翟力平，李世荣，高革，张继光，丁华野，华益慰. 激光诱发荧光光谱区分正常结肠和结肠癌组织. 解放军医学杂志，1996；21：325
2 Yakshe PN, Bonner RF, Cohen P, Leon MB, Fleischer DE. Laser-induced fluorescence spectroscopy may distinguish colon cancer
from normal human colon. Gastrointest Endosc, 1989;35:184
3 Cothern RM, Richards-Kortum R, Sivar MV, Fitzmaurice M, Rava RP, Boyce GA et al. Gastrointestinal tissue diagnosis by laser-
, http://www.100md.com
induced fluorescence spectroscopy at endoscopy. Gastrointest Endosc, 1990;36:105-111
4 Bottiroli G, Marchesini R, Croce AC, Fante MD, Cuzzoni C, Palam SD. Autofluorescence of normal and tumor mucosa of human colon:
a comphrehensive analysis. SPIE, 1993;1887:205-212
5 Schomacker KT, Frisoli JK, Compton CC, Flotte TJ, Richter JM, Nishioka NS. Ultraviolet laser-induced fluorescence of colonic tissue:
basic biology and diagnostic potential. Lasers Surg Med, 1992;12:63-78
6 Zonios GI, Cothren RM, Arendt JT, Wu J, Dam JV, Crawford JM. Morphologicalmodel of human colon tissue fluorescence.
IEEE Trans Biomed Eng, 1996;43:113-121, 百拇医药(李静 李世荣 曹建彪 高革)