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医疗诊断激光诱导击穿光谱技术在活体中检测癌细胞

2008-11-06 16:51
苏子言岁月
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    作者:Ilene Schneider 译者:刘一

    2005年3月,密西西比州立大学的研究人员相信通过对比正常组织和癌变组织中痕量元素的强度比率,能够在活体内对癌症进行诊断和分类。在该大学诊断仪器和分析实验室的Jagdish Singh的领导下,这个研究小组正在使用激光诱导击穿光谱技术(Laser-induced-breakdown spectroscopy, LIBS)来辨别组织样品中的正常细胞和恶性肿瘤细胞1。他们把该项技术应用于狗的正常和癌变肝细胞,发现在恶性肿瘤组织中钙元素与钾元素的比率和硫元素与钾元素的比率都显著偏高。


    据该项目的首席研究员Fang Yu Yueh介绍,在两年前该研究小组就开始通过对动物组织样品的分析来探索正常组织和癌变组织中元素组成的差别。他们与该大学的兽医学院合作,对肝组织和肺组织的表面进行了系统的分析研究。


    Singh说:“癌症的诊断和分类是十分复杂的,并且常常依赖于对活组织检测的主观解释。这些十分费劲的诊断方法依赖于做实验的病理组织学工作者,因此就可能得出不同的结论。那么自动的实时的诊断当然就会使癌症的诊断过程变得简单并且结果更加准确。”


    激光诱导击穿光谱方法是将一个高能激光脉冲射到样品上,从而在样品表面形成微等离子体。采用一个光谱仪分析微等离子体发射出的光就能够揭示样品的元素组成。虽然从十九世纪六十年代开始激光诱导击穿光谱就是一项众所周知的技术,但是它一直被认为是难于实施的。近年来紧凑型高性能光学设备,比如单脉冲能量毫焦量级的调Q掺钕钇铝石榴石激光器,和高分辨率宽带光谱仪的出现使激光诱导击穿光谱技术能够实用了。按照Singh的说法,激光诱导光谱技术的优点有敏感度高、速度快以及不需准备样品。


    在该大学的激诱导击穿光谱癌症诊断流程中,研究人员采用一个倍频掺钕钇铝石榴石激光器。该激光器的波长为532纳米,重复频率为10赫兹,脉冲宽度为5纳秒。一个紫外熔融石英透镜将光束聚焦为40微米的光斑,同时该透镜还收集激光诱导等离子体发射的光。两个紫外石英透镜将击穿光谱信号耦合进一根光纤,这根光纤将光谱信号与一个阶梯光栅摄谱仪和一个CCD相机联系起来。这个阶梯光栅分析仪能够探测整个紫外和可见光波段,控制外部辐射源(比如激光脉冲),同时对辐射进行时间相关测量,这样就能够在对复杂光谱进行高分辨率测量的同时完成多元素分析。


    Singh说:“我们发现正常细胞和癌变细胞中痕量元素浓度的差别是十分显著的。”为了比较,他们对这些组织样品同时采用了电感耦合等离子体发射光谱(ICPES)系统进行分析。来自这两种分析的结果符合的很好。


    尽管这项研究的结果是初步的,但是它表明了激光诱导击穿光谱技术作为活体癌症检测和分类工具的潜力。同时Singh还说:“为了在实际应用中取得定量结果,这一技术还需要进一步发展。”

 

    译自《Laser Focus World》2004年12月40页《LIBS spots cancer in vivo》

    参考文献
1.Akshaya Kumar et al., Applied Optics 43(28) (Oct. 1, 2004)

狗的正常(上图)和癌变(下图)肝组织的激光诱导击穿光谱。一些峰的强度比率可以用来检查癌症。

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