偏振光应用于癌症早期检测的研究进展
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１ １ 原 理 及特 点 ．
偏 振 门技 术 已被 广泛 应用 于 组 织光 学 成 像 中 。Ｊ — ａ ｃ ｑ ｅ 等人 通 过测 量返 回光 的偏 振 度 ， 成 了生 物 的 近 表 ｕｓ 完 皮 组织 的成像 ， 果 表 明 使 用 了偏 振 门技 术 的成 像 结
质 量远 比利 用 普 通 光 成 像 好 。Ｋ ｒ ｚｙｖ ａｔ ａｅａ等 人 利 用 圆 ａ
测技 术 中具有 潜在 应 用意 义 。 关键 词 ： 医用光 学和 生物技 术 ； 振 门； 偏 偏振 散 射 光谱 ； 米勒矩 阵 中图分 类 号 ： ６２ ０ ３． Ｑ ３ ； ４６ ２ 文献 标识 码 ： Ａ
引
言
光 的偏振 是 指 在 空 问某 一 固定 观 察点 所 观 测 到 的
摘
要 ： 绍 了偏 振 光在 偏振 门技 术 、 向偏 振散 射 光谱 术 、 介 后 米勒 矩 阵测 量 方 面 的应 用 ， 引入 了偏 且
振 门的上 皮组 织成像 将 更 清晰 ， 向偏 振散 射 光谱 对上 皮 组 织 细胞 核 的尺 寸 分 布 、 后 粒子 数 密度 及 相 对折
射 率 的 变化 相 当敏 感 ， 米勒 矩 阵也 能 反 映散 射 介 质 的 光 学特 征 等 观 点 。 因 而认 为 偏振 光在 癌 症 早 期 检
光 更优 越 。
体 和 细胞核 ） 散 射 ， 所 这些 线 粒 体 的折 射 率 比它 们 周 围 的细胞 质 的折 射率 要 高 。并 且 细 胞 核 的 直 径 明显 大 于
收 稿 日期 ：０ ０ — ２ １￣５２ ０ 基 金项 目 ： 川 理 工 学 院科 研 启 动 项 目（７ Ｒ ９ 四 ０Ｚ １）
人体 表 面附 着 一 层 粘 性 的 ， 细 胞 的上 皮 组 织 层 ， 多 上 皮组 织层 其 及下 面 的支撑 结 构 共 同构 成 了粘 膜 内层 。
光穿 过上皮 组 织 层 时 ， 被 各种 大小 的细 胞 器 （ 线 粒 将 如
偏 振光 完成 了混浊 介质 中粒子 的 成 像 ， 证 明 了在 包 并 含 大量 粒子 的 混浊介 质 内 ， 用 圆偏 振 光成 像 比线偏 振 利
漫散 射背 景光 所遮 盖 。为 了 分析 后 向散 射 光 的成 份 ， 必
振分量的出现都是反映组织和细胞综合结构参数 、 以及
随机 散射 介质 特 征 的信息 源 ， 即散 射 光 的 偏 振作 用 能 产 生关 于生 物材 料 的有 用信 息 ， 过 记 录 生 物组 织 散 射 光 通
作者简 介： 杜玲艳（ ９３ ） 女， １８ 一 ， 湖北枝 江人 ， 讲师， 硕士 ， 主要从 事组织光学方面的研究
第 ２ 卷 第 ６期 ３
杜玲艳等： 偏振 光 应 用 于癌 症早 期检 测 的研 究进展
—
—
ห้องสมุดไป่ตู้
２ 偏 振 散 射 光 谱 术
２ １ 原理 及 特点 ．
的不同参数的时空响应 ， 再根据相应 的数学物理模型反 推可获得生物组织 的结构 、 功能和形态信息。而肿瘤的
形成 往往 最先 反 映于 上皮 细 胞核 形 态 学 参 数 的变 化 ， 如
细胞核尺寸 、 核浆 比， 核染色质的增加。测量上皮 细胞
后 向散射 光谱 有望 检 测到 早期癌 症 信 号 ， 而实 现 早 期 从 治疗 。因 而偏 振检 测 技 术 在 生 物 医 学 中 的应 用 成 为 当 前 国际上 研究 的热 门课 题 ， 主要 有 以下几 个方 面 。
光波波长…。被细胞器所散射的主要是前 向散射光 ， 但
也有 部分 后 向散 射 光 。 为 了 探 测 与 发 育 异 常 有 关 的 上 皮细 胞核 的变化 ， 须 把从 上皮 组 织 层 反 射来 的光 与 从 必 下面 的组 织 反射 来 的 光 区别 开 来 。 由于 光 在 组 织 中 穿
须去除背景光对上皮组织层散射 光的影响。偏 振门技
术是 一种 使用 偏 振 光 分 离 出上 皮 细胞 的 散 射 光 的 实 验 方法 。 当偏振 光穿 过 混 浊 的 介 质 如 生 物 组 织 时 将 失 去 它原 有 的偏振 性 ， 比较 而 言 ， 过 了 单 次 散 射 事 件 的 相 经 散射 光仍 保持 原有 的 偏 振 性 。 如 果 让 线 偏 振 光 入 射 到
Ｖ０． ３ Ｎｏ １２ ．６ Ｄｅ ． ０１ ｃ２ Ｏ
文章 编号 ：６ ３１ ４ （０ ０）６ １ －４ １ ７ ・５ ９ ２ １ ０ ￣７ ２０
偏 振 光应 用 于癌 症 早期检 测 的研 究进展
杜玲艳 ， 詹 旭
（ 四川理工学 院 自动化与电子信息学 院，四川 自贡 ６ ３ ０ ） ４０ ０
第２ ３卷第 ６期
２１ ０ ０年 １ ２月
四川理 工 学 院学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｉ ｕ ｎＵ ｉ ｒｉ ｆ ｃ ｎ ｅ＆ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ Ｎ ｔ ａ Ｓ ｉ ｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒａ ｏ ｃ ａ ｎｖ ｓ ｙｏ ｉ ｃ Ｓｈ ｅ ｔ Ｓｅ ｎ ｉ ｅｉ （ ａ ｒｌ ｃ ｎ ｅＥ ｉｏ ） ｎ ｎ ｕ ｅ ｉ
光 的电场 方 向 的时 间 变 化 特 性 。 当偏 振 光 入 射 生 物 组
织后 ， 其透射光 或反射 光的偏 振状态是易测量 的， 散射
光 的偏振 退 化 、 振 分 量 之 间 的 转 换 、 偏 自然 光 散 射 后 偏
过的深度大大超过了上皮细胞的厚度 ， 所以来 自于上皮 细胞的后 向散射光的振幅非常小， 且容易被下层组织的
生物组织等混浊介质上 ， 出射光通过另一检偏器来进行
检 测 ， 探 测部 分偏 振 片的偏 振 方 向与 人 射部 分 偏 振 片 让 的偏振 方 向成 不 同的夹 角 ， ０ 和 ９ 。就 可 以实 现偏 振 如 。 ０，
门技 术 。 １ ２ 偏 振 门技 术 的应 用 ．
ｌ 偏 振 门技 术
偏 振 门技 术 已被 广泛 应用 于 组 织光 学 成 像 中 。Ｊ — ａ ｃ ｑ ｅ 等人 通 过测 量返 回光 的偏 振 度 ， 成 了生 物 的 近 表 ｕｓ 完 皮 组织 的成像 ， 果 表 明 使 用 了偏 振 门技 术 的成 像 结
质 量远 比利 用 普 通 光 成 像 好 。Ｋ ｒ ｚｙｖ ａｔ ａｅａ等 人 利 用 圆 ａ
测技 术 中具有 潜在 应 用意 义 。 关键 词 ： 医用光 学和 生物技 术 ； 振 门； 偏 偏振 散 射 光谱 ； 米勒矩 阵 中图分 类 号 ： ６２ ０ ３． Ｑ ３ ； ４６ ２ 文献 标识 码 ： Ａ
引
言
光 的偏振 是 指 在 空 问某 一 固定 观 察点 所 观 测 到 的
摘
要 ： 绍 了偏 振 光在 偏振 门技 术 、 向偏 振散 射 光谱 术 、 介 后 米勒 矩 阵测 量 方 面 的应 用 ， 引入 了偏 且
振 门的上 皮组 织成像 将 更 清晰 ， 向偏 振散 射 光谱 对上 皮 组 织 细胞 核 的尺 寸 分 布 、 后 粒子 数 密度 及 相 对折
射 率 的 变化 相 当敏 感 ， 米勒 矩 阵也 能 反 映散 射 介 质 的 光 学特 征 等 观 点 。 因 而认 为 偏振 光在 癌 症 早 期 检
光 更优 越 。
体 和 细胞核 ） 散 射 ， 所 这些 线 粒 体 的折 射 率 比它 们 周 围 的细胞 质 的折 射率 要 高 。并 且 细 胞 核 的 直 径 明显 大 于
收 稿 日期 ：０ ０ — ２ １￣５２ ０ 基 金项 目 ： 川 理 工 学 院科 研 启 动 项 目（７ Ｒ ９ 四 ０Ｚ １）
人体 表 面附 着 一 层 粘 性 的 ， 细 胞 的上 皮 组 织 层 ， 多 上 皮组 织层 其 及下 面 的支撑 结 构 共 同构 成 了粘 膜 内层 。
光穿 过上皮 组 织 层 时 ， 被 各种 大小 的细 胞 器 （ 线 粒 将 如
偏 振光 完成 了混浊 介质 中粒子 的 成 像 ， 证 明 了在 包 并 含 大量 粒子 的 混浊介 质 内 ， 用 圆偏 振 光成 像 比线偏 振 利
漫散 射背 景光 所遮 盖 。为 了 分析 后 向散 射 光 的成 份 ， 必
振分量的出现都是反映组织和细胞综合结构参数 、 以及
随机 散射 介质 特 征 的信息 源 ， 即散 射 光 的 偏 振作 用 能 产 生关 于生 物材 料 的有 用信 息 ， 过 记 录 生 物组 织 散 射 光 通
作者简 介： 杜玲艳（ ９３ ） 女， １８ 一 ， 湖北枝 江人 ， 讲师， 硕士 ， 主要从 事组织光学方面的研究
第 ２ 卷 第 ６期 ３
杜玲艳等： 偏振 光 应 用 于癌 症早 期检 测 的研 究进展
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ห้องสมุดไป่ตู้
２ 偏 振 散 射 光 谱 术
２ １ 原理 及 特点 ．
的不同参数的时空响应 ， 再根据相应 的数学物理模型反 推可获得生物组织 的结构 、 功能和形态信息。而肿瘤的
形成 往往 最先 反 映于 上皮 细 胞核 形 态 学 参 数 的变 化 ， 如
细胞核尺寸 、 核浆 比， 核染色质的增加。测量上皮 细胞
后 向散射 光谱 有望 检 测到 早期癌 症 信 号 ， 而实 现 早 期 从 治疗 。因 而偏 振检 测 技 术 在 生 物 医 学 中 的应 用 成 为 当 前 国际上 研究 的热 门课 题 ， 主要 有 以下几 个方 面 。
光波波长…。被细胞器所散射的主要是前 向散射光 ， 但
也有 部分 后 向散 射 光 。 为 了 探 测 与 发 育 异 常 有 关 的 上 皮细 胞核 的变化 ， 须 把从 上皮 组 织 层 反 射来 的光 与 从 必 下面 的组 织 反射 来 的 光 区别 开 来 。 由于 光 在 组 织 中 穿
须去除背景光对上皮组织层散射 光的影响。偏 振门技
术是 一种 使用 偏 振 光 分 离 出上 皮 细胞 的 散 射 光 的 实 验 方法 。 当偏振 光穿 过 混 浊 的 介 质 如 生 物 组 织 时 将 失 去 它原 有 的偏振 性 ， 比较 而 言 ， 过 了 单 次 散 射 事 件 的 相 经 散射 光仍 保持 原有 的 偏 振 性 。 如 果 让 线 偏 振 光 入 射 到
Ｖ０． ３ Ｎｏ １２ ．６ Ｄｅ ． ０１ ｃ２ Ｏ
文章 编号 ：６ ３１ ４ （０ ０）６ １ －４ １ ７ ・５ ９ ２ １ ０ ￣７ ２０
偏 振 光应 用 于癌 症 早期检 测 的研 究进展
杜玲艳 ， 詹 旭
（ 四川理工学 院 自动化与电子信息学 院，四川 自贡 ６ ３ ０ ） ４０ ０
第２ ３卷第 ６期
２１ ０ ０年 １ ２月
四川理 工 学 院学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｉ ｕ ｎＵ ｉ ｒｉ ｆ ｃ ｎ ｅ＆ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ Ｎ ｔ ａ Ｓ ｉ ｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒａ ｏ ｃ ａ ｎｖ ｓ ｙｏ ｉ ｃ Ｓｈ ｅ ｔ Ｓｅ ｎ ｉ ｅｉ （ ａ ｒｌ ｃ ｎ ｅＥ ｉｏ ） ｎ ｎ ｕ ｅ ｉ
光 的电场 方 向 的时 间 变 化 特 性 。 当偏 振 光 入 射 生 物 组
织后 ， 其透射光 或反射 光的偏 振状态是易测量 的， 散射
光 的偏振 退 化 、 振 分 量 之 间 的 转 换 、 偏 自然 光 散 射 后 偏
过的深度大大超过了上皮细胞的厚度 ， 所以来 自于上皮 细胞的后 向散射光的振幅非常小， 且容易被下层组织的
生物组织等混浊介质上 ， 出射光通过另一检偏器来进行
检 测 ， 探 测部 分偏 振 片的偏 振 方 向与 人 射部 分 偏 振 片 让 的偏振 方 向成 不 同的夹 角 ， ０ 和 ９ 。就 可 以实 现偏 振 如 。 ０，
门技 术 。 １ ２ 偏 振 门技 术 的应 用 ．
ｌ 偏 振 门技 术