激光诱发自体荧光在消化道肿瘤的诊断
北京军区总医院消化内科 北京市 100700项目负责人 翟力平,北京军区总医院消化内科 北京市 100700收搞日期 1996-07-24 接受日期 1996-09-11
Subject headings Digestive system neoplasms/diagnosis Laser Fluorescnce spectroscopy
主题词 消化系统肿瘤/诊断 激光 荧光光谱
翟力平,李世荣.激光诱发自体荧光在消化道肿瘤的诊断.新消化病学杂志,1997;5(6):397-398
1 激光诱导荧光所谓激光诱导荧光(LIF)即在激光激发后，处于激发态的分子在下降到基态的过程中仍以光量子的形式放出它所吸收的能量，这就是荧光，因受激分子在能量上升与下降时损失了一部分能量，所以荧光的波长总比激发光波长稍长.不同的组织由于分子结构不同，它们所对应的自体荧光光谱也不同，而根据荧光谱的特异性可区分不同的组织结构，这是激光诱发自体荧光光谱诊断技术的应用基础.病变组织与正常组织相比，它的物理、化学性质都发生了变化，它的自发荧光光谱也会发生相应改变，又由于用激光诱导病变组织的自发荧光，不会损伤病变组织的生理状态和正常细胞的生理功能，又可根据其特有的荧光谱判别组织性质，因而是一种无损伤诊断技术，也是将来激光诊断的发展方向.
, http://www.100md.com
2 离体标本的LIF随着LIF研究的深入，人们试图用LIF诊断恶性肿瘤，要实现这一目的，首先要找到正常 组织与肿瘤组织的特异自体荧光光谱特征，才能对病变组织进行诊断，这种特异性差别可表现在荧光光谱的强度、峰值位置、峰值变化速率，不同峰值间的比值等方面.1982年，曾方方土等[1]报道了消化道手术切除标本的荧光光谱分析结果，他们发现，正常组织只有在470nm处有一高峰值，而癌组织除了470nm处的高峰值外在590nm还有一独特的峰值，他们将它命名为癌特征峰.1984年，Alfano等[2]对大鼠的离体标本观察发现癌组织的荧光谱形态为双峰，520nm处有一峰，在590nm～600nm处或634nm～638nm等处还有一个次峰，次峰的范围依肿瘤的部位不同而异，而正常组织则无此次峰.杨远龙等[3-6]研究也认为癌组织LIF光谱，除了同正常组织一样在560nm处有一主峰外，在630nm和/或690nm附近还有一特征峰，利用这种特征峰，可以判别这些部位的恶性肿瘤，但有的学者 [7]研究结果与上述不同，他们发现，肿瘤组织只有510nm处一个主峰，而正常组织在554nm，590nm处分别有两个主峰.上述的研究结果主要是观察主峰位置的变化，而强度等方面的差异不明显.1989年，Yakshe等[8]对正常结肠和结肠癌标本的光谱分析，发现正常结肠的荧光强度较强，而癌组织的较弱，正常结肠在400nm和450nm处有二个谱峰，癌组织也有上面的二个峰，但在453nm处有较低的峰值.他们没有发现红光侧的特征峰.他们将所测的结果与病理结果作比较，符合率100%，认为可以作为临床判断结肠癌的手段之一.同时他们还研究改进光纤传输系统，探讨结肠镜下进行LIF技术的可能性.Andersson_engels等[9,10]也研究改进光谱分析系统，使光谱诊断技术适用于内镜下应用，为内镜下临床早期诊断消化道恶性肿瘤提供了技术保证.
, 百拇医药
3 在体组织的LIF将LIF光谱技术用于临床，实时指导临床的诊断和治疗，是LIF技术的目的所在，但由于该项研究正处于实验阶段，而因研究者所使用的激光器的不同，实验条件的不一，结果各异，真正用于临床诊断尚有一定距离.1986年，萧树东等[4，11]人将光纤从内镜活检钳通道导入胃腔，照射胃癌组织和胃的其他病变，然后对产生的自体荧光快速记录，光谱分析显示结果，发现胃癌和部分慢性萎缩性胃炎患者的自体荧光光谱在630nm或和690nm 处有特征峰出现，胃癌的特征峰检出和病理诊断符合率达89.5%，而正常胃粘膜和浅表性胃炎者无此特征峰出现. 国外内镜下实时进行LIF的研究见于结肠镜下，Cothren等[12]通过结肠镜的研究发现正常结肠组织在460nm处的荧光谱强度明显高于癌组织，约为4倍，但在650nm处，癌组织的谱强度略高于正常组织.用这些特征值区别正常结肠和异常瘤组织，与病理结果作对照，敏感性、特异性、阳性预示值分别是100%，97%，94%.而Kapadia等[13]却发现正常结肠在390nm处有一主峰，在460nm处有一次峰，而瘤组织只有一个在470nm处的主峰，正常与异常组织间在强度上没有明显差别.Marchesini等[14]的结果又有所不同，他们发现瘤组织的光谱在500nm处峰值最高，在630nm和670nm 处还有2个次峰，而正常结肠最高峰在480-485nm，没有次峰出现，正常组织的荧光强度要大于癌组织.Bottiroli等[15]的研究结果也基本类似.Hung等[16]的研究也认为强度阈值可以作为区分结肠癌的主要参数，他们发现，正常结肠的LIF光谱强度明显高于癌组织，大约为5～6倍，正常结肠和癌组织的LIF都有二个峰，主峰在510nm，次峰在620nm，LIF的差别主要表现在强度上.Bessler等[17，18]也从LIF光谱强度值与主峰位置上报道了正常结肠与异常结肠间的差异. 食管恶性肿瘤的LIF光谱也有许多报道，国内曾，杨远龙等[1，3，4]认为它的LIF与其它部位的LIF一致.Scheider等[19]检测正常食管和食管癌的LIF，且计算680nm～700nm与510nm～530nm的强度之比，其结果正常组织为0.023，癌组织为0.039，区分 值为0.030.Vo_Dinh等[20]认为食管癌的LIF在480nm与660nm处与正常组织显著不同，食管癌在这二处有特殊峰值，这二点的峰值可以作为区分食管癌的标准，而在光谱的强度上二者没有明显差别.
, 百拇医药
4 LIF的物质来源有关消化道正常组织与癌组织的LIF的荧光物质的主要来源，Schomacker等[21，22]认为正常结肠光谱在390nm和460nm处有高峰出现，与相应的物质作对比后确信这二个峰来自肠壁内的胶原蛋白和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，在正常肠壁这二种物质含量较多，因而荧光强度较高，而在癌组织，由于癌细胞的破坏作用， 正常的肠壁被癌细胞所取代，癌细胞的荧光较弱，因而癌组织的荧光强度较低.而在425nm处有一低峰，是由于血红蛋白吸收所致荧光强度的下降. Romer等[3-5,23,24]也认为正常结肠的荧光主峰来自肠壁内的胶原蛋白等，其荧光强度高，主峰偏紫光侧，癌组织的荧光主要来自癌细胞内所含的卟啉类物质，主峰偏红光侧.总之可以看出，尽管各家均报道癌组织与正常组织间LIF光谱有显著差异，依次可以作为区分癌组织的诊断标准，但因实验条件的不同，结果各异，各自的诊断标准也不一 样，这都需要以后进一步研究，统一标准，用于指导临床.
, 百拇医药
5 参考文献1 曾方方土，朱九德，叶衍铭，等.活体组织固有荧光光谱的研究.自然杂志，1982；5(7)：511-514
2 Alfano R, Tata DB, Cordero J, et al. Laser_induced fluorescence spectroscopy from native cancerous and normal tissue.
IEEE J Quantum Electronics, 1984;20(12):1507-1511
3 杨远龙，叶衍铭，李郁芳，等.恶性肿瘤特征自体荧光的来源以及在诊断中的应用.复旦学报，1986；25(1)：90-96
4 叶衍铭，杨远龙，夏敬芳，等.恶性肿瘤激光自体荧光光谱的快速诊断.中国激光，1986；14(4)：241-243
, 百拇医药
5 Yang YL, Ye YM, Li FM, et al. Characteristic autofluorescence for cancer diagnosis and its origin. Lasers Surg Med, 1987;8(1):528-532
6 Alfano RR, Tang GC, Pradhan A, et al. Fluorescence spectra from cancerous and normal human breast and lung tissues.
IEEE J Quantum Electronics, 1987;23(10):1806-1811
7 Yakshe PN, Bonner RF, Patterson P, et al. Laser_induced fluorescence spectroscopy: can it be used in the diagnosis and treatment
, 百拇医药
of colonic malignancy. Am J Gastroenterol, 1989;84(1):1199
8 Yakshe PN, Bonner RF, Cohen P, et al. Laser_induced fluorescence spectroscopy may distinguish colon cancer from normal human
colon. Gastrointestinal Endoscopy, 1989;35(2):184
9 Andersson_engels S, Johansson J, Svanberg S. Fluorescence diagnosis and photochemical treatment of diseased tissue using lasers:
, http://www.100md.com
Ⅰ. Analytical chemistry, 1989;61(24):1367A-1373A
10 Andersson_engels S, Johansson J, Svanberg S. Fluorescence diagnosis and photochemical treatment of diseased tissue using lasers:
Ⅱ. Analytical chemistry,1990;60(1):19A-27A
11 萧树东，叶衍铭，杨远龙，等.内镜氙离子(Xe)激光激发自体荧光在胃癌诊断中的应用.内镜，1988；5(3)：129-131
12 Cothren RM, Richards_kortum R, Fitzmaurice M, et al. Gastrointestinal tissue diagnosisby laser_induced fluorescence spectoscopy
, http://www.100md.com
at endoscopy. Gastrointest Endoscopy, 1990;36(2):105-111
13 Kapadia CR, Cutruzzola FW, Obrien KM, et al. Laser_induced fluorescence spectroscopy of human colonic mucosa.
Gastroenterology, 1990;99(1):150-157
14 Marchesini R, Pignoli E, Fante MD, et al. In vitro fluorescence spectroscopy of adenomas, adenocarcinomas and non_neoplastic
mucosa in human colon. Lasers Surg Med, 1991;12(1):27
, 百拇医药
15 Bottiroli G, Croce AC, Marchesini R, et al. In vivo fluorescence spectroscopy of adenomas, adenocarcinomas and non_neoplastic
mucosa in human colon. Lasers Surg Med, 1991;12(1):27
16 Hung J, Lam S, Leriche JC, et al. Autofluorescence of normal and malignant bronchialtissue. Lasers Surg Med, 1991;12(1):99-105
17 Bessler M, Yang Y, Tang GC, et al. Fluorescence spectroscopy colon cancer versus normal mucosa. Gastrointest Endoscopy,1994;40(2):91
, http://www.100md.com
18 Bottiroli G, Croce AC, Marchesini R, et al. Natural fluorescence of normal and tumor mucosa of human colon. Lasers Surg Med,1994;15(1):22
19 Scheider DM, Wilson BC, Hassaram S, et al. Laser_induced fluorescence (LIF) for the detection of neoplasia in the esophagus.
Gastroenterology,1995;108(Suppl 4):534
20 Vo_Dinh T, Panjehpour M, Overholt BF, et al. In vivo cancer diagnosis of the esophagus using differential normalized fluorescence
, 百拇医药
(DNF) indices. Lasers Surg Med, 1995;16(1):41-47
21 Schomacker KT, Frisoli JK, Compton CC, et al. Ultraviolet laser_induced fluorescence of colonic tissue: basic biology and diagnostic
potential. Lasers Surg Med, 1992;13(1):63-78
22 Schomacker KT, Frisoli JK, Compton CC, et al. Ultraviolet laser_induced fluorescence of colonic polyps. Gastroenterology,1992;102(4):1155-1160
, 百拇医药
23 Romer TJ, Fitzmaurice M, Cothren RM, et al. Laser_induced fluorescence microscopy of normal colon and dysplasia in colonic
adenomas: implications for spectroscopic diagnosis. Am J Gastroenterol, 1995;90(1):81-87
24 Marchesini R, Pignoli E, Tomatis S, et al. Ex vivo properties of human colon tissue. Lasers Surg Med, 1994;15(1):351-357, 百拇医药(翟力平 李世荣)
Subject headings Digestive system neoplasms/diagnosis Laser Fluorescnce spectroscopy
主题词 消化系统肿瘤/诊断 激光 荧光光谱
翟力平,李世荣.激光诱发自体荧光在消化道肿瘤的诊断.新消化病学杂志,1997;5(6):397-398
1 激光诱导荧光所谓激光诱导荧光(LIF)即在激光激发后，处于激发态的分子在下降到基态的过程中仍以光量子的形式放出它所吸收的能量，这就是荧光，因受激分子在能量上升与下降时损失了一部分能量，所以荧光的波长总比激发光波长稍长.不同的组织由于分子结构不同，它们所对应的自体荧光光谱也不同，而根据荧光谱的特异性可区分不同的组织结构，这是激光诱发自体荧光光谱诊断技术的应用基础.病变组织与正常组织相比，它的物理、化学性质都发生了变化，它的自发荧光光谱也会发生相应改变，又由于用激光诱导病变组织的自发荧光，不会损伤病变组织的生理状态和正常细胞的生理功能，又可根据其特有的荧光谱判别组织性质，因而是一种无损伤诊断技术，也是将来激光诊断的发展方向.
, http://www.100md.com
2 离体标本的LIF随着LIF研究的深入，人们试图用LIF诊断恶性肿瘤，要实现这一目的，首先要找到正常 组织与肿瘤组织的特异自体荧光光谱特征，才能对病变组织进行诊断，这种特异性差别可表现在荧光光谱的强度、峰值位置、峰值变化速率，不同峰值间的比值等方面.1982年，曾方方土等[1]报道了消化道手术切除标本的荧光光谱分析结果，他们发现，正常组织只有在470nm处有一高峰值，而癌组织除了470nm处的高峰值外在590nm还有一独特的峰值，他们将它命名为癌特征峰.1984年，Alfano等[2]对大鼠的离体标本观察发现癌组织的荧光谱形态为双峰，520nm处有一峰，在590nm～600nm处或634nm～638nm等处还有一个次峰，次峰的范围依肿瘤的部位不同而异，而正常组织则无此次峰.杨远龙等[3-6]研究也认为癌组织LIF光谱，除了同正常组织一样在560nm处有一主峰外，在630nm和/或690nm附近还有一特征峰，利用这种特征峰，可以判别这些部位的恶性肿瘤，但有的学者 [7]研究结果与上述不同，他们发现，肿瘤组织只有510nm处一个主峰，而正常组织在554nm，590nm处分别有两个主峰.上述的研究结果主要是观察主峰位置的变化，而强度等方面的差异不明显.1989年，Yakshe等[8]对正常结肠和结肠癌标本的光谱分析，发现正常结肠的荧光强度较强，而癌组织的较弱，正常结肠在400nm和450nm处有二个谱峰，癌组织也有上面的二个峰，但在453nm处有较低的峰值.他们没有发现红光侧的特征峰.他们将所测的结果与病理结果作比较，符合率100%，认为可以作为临床判断结肠癌的手段之一.同时他们还研究改进光纤传输系统，探讨结肠镜下进行LIF技术的可能性.Andersson_engels等[9,10]也研究改进光谱分析系统，使光谱诊断技术适用于内镜下应用，为内镜下临床早期诊断消化道恶性肿瘤提供了技术保证.
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3 在体组织的LIF将LIF光谱技术用于临床，实时指导临床的诊断和治疗，是LIF技术的目的所在，但由于该项研究正处于实验阶段，而因研究者所使用的激光器的不同，实验条件的不一，结果各异，真正用于临床诊断尚有一定距离.1986年，萧树东等[4，11]人将光纤从内镜活检钳通道导入胃腔，照射胃癌组织和胃的其他病变，然后对产生的自体荧光快速记录，光谱分析显示结果，发现胃癌和部分慢性萎缩性胃炎患者的自体荧光光谱在630nm或和690nm 处有特征峰出现，胃癌的特征峰检出和病理诊断符合率达89.5%，而正常胃粘膜和浅表性胃炎者无此特征峰出现. 国外内镜下实时进行LIF的研究见于结肠镜下，Cothren等[12]通过结肠镜的研究发现正常结肠组织在460nm处的荧光谱强度明显高于癌组织，约为4倍，但在650nm处，癌组织的谱强度略高于正常组织.用这些特征值区别正常结肠和异常瘤组织，与病理结果作对照，敏感性、特异性、阳性预示值分别是100%，97%，94%.而Kapadia等[13]却发现正常结肠在390nm处有一主峰，在460nm处有一次峰，而瘤组织只有一个在470nm处的主峰，正常与异常组织间在强度上没有明显差别.Marchesini等[14]的结果又有所不同，他们发现瘤组织的光谱在500nm处峰值最高，在630nm和670nm 处还有2个次峰，而正常结肠最高峰在480-485nm，没有次峰出现，正常组织的荧光强度要大于癌组织.Bottiroli等[15]的研究结果也基本类似.Hung等[16]的研究也认为强度阈值可以作为区分结肠癌的主要参数，他们发现，正常结肠的LIF光谱强度明显高于癌组织，大约为5～6倍，正常结肠和癌组织的LIF都有二个峰，主峰在510nm，次峰在620nm，LIF的差别主要表现在强度上.Bessler等[17，18]也从LIF光谱强度值与主峰位置上报道了正常结肠与异常结肠间的差异. 食管恶性肿瘤的LIF光谱也有许多报道，国内曾，杨远龙等[1，3，4]认为它的LIF与其它部位的LIF一致.Scheider等[19]检测正常食管和食管癌的LIF，且计算680nm～700nm与510nm～530nm的强度之比，其结果正常组织为0.023，癌组织为0.039，区分 值为0.030.Vo_Dinh等[20]认为食管癌的LIF在480nm与660nm处与正常组织显著不同，食管癌在这二处有特殊峰值，这二点的峰值可以作为区分食管癌的标准，而在光谱的强度上二者没有明显差别.
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4 LIF的物质来源有关消化道正常组织与癌组织的LIF的荧光物质的主要来源，Schomacker等[21，22]认为正常结肠光谱在390nm和460nm处有高峰出现，与相应的物质作对比后确信这二个峰来自肠壁内的胶原蛋白和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，在正常肠壁这二种物质含量较多，因而荧光强度较高，而在癌组织，由于癌细胞的破坏作用， 正常的肠壁被癌细胞所取代，癌细胞的荧光较弱，因而癌组织的荧光强度较低.而在425nm处有一低峰，是由于血红蛋白吸收所致荧光强度的下降. Romer等[3-5,23,24]也认为正常结肠的荧光主峰来自肠壁内的胶原蛋白等，其荧光强度高，主峰偏紫光侧，癌组织的荧光主要来自癌细胞内所含的卟啉类物质，主峰偏红光侧.总之可以看出，尽管各家均报道癌组织与正常组织间LIF光谱有显著差异，依次可以作为区分癌组织的诊断标准，但因实验条件的不同，结果各异，各自的诊断标准也不一 样，这都需要以后进一步研究，统一标准，用于指导临床.
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5 参考文献1 曾方方土，朱九德，叶衍铭，等.活体组织固有荧光光谱的研究.自然杂志，1982；5(7)：511-514
2 Alfano R, Tata DB, Cordero J, et al. Laser_induced fluorescence spectroscopy from native cancerous and normal tissue.
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3 杨远龙，叶衍铭，李郁芳，等.恶性肿瘤特征自体荧光的来源以及在诊断中的应用.复旦学报，1986；25(1)：90-96
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5 Yang YL, Ye YM, Li FM, et al. Characteristic autofluorescence for cancer diagnosis and its origin. Lasers Surg Med, 1987;8(1):528-532
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of colonic malignancy. Am J Gastroenterol, 1989;84(1):1199
8 Yakshe PN, Bonner RF, Cohen P, et al. Laser_induced fluorescence spectroscopy may distinguish colon cancer from normal human
colon. Gastrointestinal Endoscopy, 1989;35(2):184
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Ⅰ. Analytical chemistry, 1989;61(24):1367A-1373A
10 Andersson_engels S, Johansson J, Svanberg S. Fluorescence diagnosis and photochemical treatment of diseased tissue using lasers:
Ⅱ. Analytical chemistry,1990;60(1):19A-27A
11 萧树东，叶衍铭，杨远龙，等.内镜氙离子(Xe)激光激发自体荧光在胃癌诊断中的应用.内镜，1988；5(3)：129-131
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mucosa in human colon. Lasers Surg Med, 1991;12(1):27
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15 Bottiroli G, Croce AC, Marchesini R, et al. In vivo fluorescence spectroscopy of adenomas, adenocarcinomas and non_neoplastic
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16 Hung J, Lam S, Leriche JC, et al. Autofluorescence of normal and malignant bronchialtissue. Lasers Surg Med, 1991;12(1):99-105
17 Bessler M, Yang Y, Tang GC, et al. Fluorescence spectroscopy colon cancer versus normal mucosa. Gastrointest Endoscopy,1994;40(2):91
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18 Bottiroli G, Croce AC, Marchesini R, et al. Natural fluorescence of normal and tumor mucosa of human colon. Lasers Surg Med,1994;15(1):22
19 Scheider DM, Wilson BC, Hassaram S, et al. Laser_induced fluorescence (LIF) for the detection of neoplasia in the esophagus.
Gastroenterology,1995;108(Suppl 4):534
20 Vo_Dinh T, Panjehpour M, Overholt BF, et al. In vivo cancer diagnosis of the esophagus using differential normalized fluorescence
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(DNF) indices. Lasers Surg Med, 1995;16(1):41-47
21 Schomacker KT, Frisoli JK, Compton CC, et al. Ultraviolet laser_induced fluorescence of colonic tissue: basic biology and diagnostic
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22 Schomacker KT, Frisoli JK, Compton CC, et al. Ultraviolet laser_induced fluorescence of colonic polyps. Gastroenterology,1992;102(4):1155-1160
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23 Romer TJ, Fitzmaurice M, Cothren RM, et al. Laser_induced fluorescence microscopy of normal colon and dysplasia in colonic
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24 Marchesini R, Pignoli E, Tomatis S, et al. Ex vivo properties of human colon tissue. Lasers Surg Med, 1994;15(1):351-357, 百拇医药(翟力平 李世荣)