[发明专利]利用激光诱导击穿光谱技术对癌组织进行分子光谱成像来识别肿瘤边界的方法

说明书

本发明提供了一种利用激光诱导击穿光谱技术对癌组织进行分子光谱成像来识别肿瘤边界的方法，属于成像领域。该方法包括以下步骤：(1)利用激光诱导击穿光谱技术对样本组织进行分子光谱成像，收集LIBS光谱；(2)对LIBS光谱进行基线校准后，提取CN分子谱线或Csubgt;2/subgt;分子谱线，获得谱线的强度相对值；(3)绘制出样本组织中的CN分子或Csubgt;2/subgt;分子分布热图；(4)将CN分子或Csubgt;2/subgt;分子分布热图进行聚类分析，即可识别出样本组织中的肿瘤区和坏死区边界。利用上述方法能够成功显示出肺癌患者癌组织或癌旁组织中肿瘤区和坏死区的边界，得到组织空间异质性信息。本发明提供的方法实现了对肺癌组织的分子光谱成像分析及肿瘤边界的识别，具有良好的应用前景和价值。

技术领域

本发明属于成像领域，具体涉及一种利用激光诱导击穿光谱技术对癌组织进行分子光谱成像来识别肿瘤边界的方法。

背景技术

化学元素在人体的生理稳态中起着重要作用，元素的含量与分布失调可能导致病理变化，所以元素在生物组织中的含量与分布是有助于诊断和治疗，已有研究表明元素异常可能与癌症发生发展有关，因此人们尝试对癌组织的元素特征进行分析，与常用临床检测手段互补，解决肿瘤边界识别等难题。

医学上通常使用某些特殊的染色剂和指示剂的显色反应来检测生物组织中的金属元素。然而这些显色方法耗时长、灵敏度差、检测元素种类单一。一些更加灵敏的技术如透射电子显微镜结合能量色散X射线分析(TEM-EDX)，同步辐射微分析(SXRF)或激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)在空间分辨率有一定的优势，但这些技术所需设备的复杂性以及较长的分析时间，难以用于常规的医学诊断。传统的组织病理学中广泛使用石蜡包埋法(FFPE)用于样本制备，上述的方法需要特殊的样品制备过程，无法直接对石蜡包埋样本进行分析，从而限制了其与传统组织病理学方法的互补性。

激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技术是一种对物质中的元素进行定量、定性分析的光谱分析技术。当一束高能脉冲激光聚焦到检测对象上时，会在极短时间内产生高温、高密度的等离子体，冷却时于激发态的原子跃迁回基态发出特定元素的原子谱线，用光谱仪直接收集样品表面等离子体产生的发射谱线信号，在计算机上记录得到特征光谱，可根据发射光谱的强度进行分析。LIBS技术具有多种优点，装置简单且便于搭建、实验样本不需要复杂的前处理，可远程探测，对样本损伤小，几乎不受样本相态以及元素种类限制，适用于固态、液态和气态样本。LIBS技术还具有在室温和环境压力条件下工作的能力，其高灵敏度可以探测ppm量级的元素含量，分辨率高达微米尺度。因此，LIBS技术十分适合用于生物组织中元素的快速、精确测量。

但是，目前已有的LIBS生物组织成像分析，研究多关注Na、钾、Ca、Mg等大量元素，这些元素易受到制样过程的影响。LIBS光谱中的分子谱线直接来源于烧蚀材料或来源于等离子体中的重组反应，反映了组织本身的特质以及激光组织的相互作用。然而目前已有的LIBS成像工作却忽视了分子光谱与生物组织空间异质性的联系，未见利用分子光谱成像来识别肿瘤边界的报道，更未见利用分子光谱成像来识别肺癌肿瘤边界的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用激光诱导击穿光谱技术对癌组织或癌旁组织进行分子光谱成像来识别肿瘤边界的方法。

本发明提供了一种识别肿瘤区和坏死区边界的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)利用激光诱导击穿光谱技术对样本组织进行分子光谱成像，收集LIBS光谱；其中，所述样本组织为石蜡包埋后的肿瘤患者的组织；

(2)对LIBS光谱进行基线校准后，提取CN分子谱线或C₂分子谱线，对CN分子谱线或C₂分子谱线进行归一化处理，获得谱线的强度相对值；