癌癥的早發(fā)現(xiàn)、早診斷對(duì)提高患者預(yù)后、降低死亡率意義重大。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS）由于具有實(shí)時(shí)在線檢測(cè)、多元素同時(shí)探測(cè)等優(yōu)勢(shì),是一種新興的癌癥診斷技術(shù)。基于血清樣本的分期和分型研究可大幅拓展LIBS癌癥診斷應(yīng)用范圍,但尚未見公開報(bào)道。LIBS與聚類分析相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)癌癥組織的自動(dòng)病理診斷,但其準(zhǔn)確性仍有待提高。本文在前期工作基礎(chǔ)上,開展了基于血清LIBS光譜的淋巴瘤鑒別診斷和乳腺癌組織聚類分析研究,以期拓展血清LIBS癌癥診斷的應(yīng)用范圍,提高腫瘤組織LIBS病理診斷的正確率。本文首先介紹了LIBS技術(shù)在癌癥診斷、組織元素成像領(lǐng)域的研究進(jìn)展,分析了聚類分析在癌癥領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,提出了本文的研究?jī)?nèi)容。其次,介紹了LIBS的物理機(jī)制,給出了常用的數(shù)據(jù)挖掘方法及評(píng)估指標(biāo),重點(diǎn)包括k近鄰、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等分類算法和k均值聚類、k中心點(diǎn)聚類、層次聚類、模糊C均值聚類等聚類算法。再次,開展了基于血清LIBS光譜的淋巴瘤鑒別診斷研究。優(yōu)化了用于血清樣本分析的LIBS實(shí)驗(yàn)參數(shù),包括樣本基底、血清涂抹次數(shù)、氛圍氣體流量和探... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：89 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

肺、淋巴結(jié)、脾臟血清和勻漿探測(cè)信噪比[23]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-明顯。作者猜想Ca含量高的原因是由于癌變導(dǎo)致細(xì)胞增殖促使細(xì)胞成分和細(xì)胞器增多導(dǎo)致的，而Mg在蛋白的生物合成和擔(dān)任酶的催化劑中起著重要作用，細(xì)胞增殖會(huì)導(dǎo)致大量酶的合成。ImamH[25]等人對(duì)30例小葉癌和導(dǎo)管癌樣本進(jìn)行LIBS檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤中微量元素Ca、Zn、Cu、Mn、Fe的含量高于正常組織。對(duì)于Zn、Mn含量的增加，作者歸因于其為RNA及DNA酶的輔助因子，而Fe含量的增加給出兩種解釋其一是Fe在誘變自由基中的催化作用以及對(duì)宿主的抑制作用；其二是乳腺癌細(xì)胞需要合成DNA關(guān)鍵酶需要高水平的Fe濃度維持。接下來作者通過研究正常組織與惡性組織中微量元素的強(qiáng)度比值的差異利用投票算法來對(duì)腫瘤進(jìn)行分類，以100%的正確率診斷癌癥和健康組織。這說明癌變導(dǎo)致細(xì)胞機(jī)制的變化使得LIBS技術(shù)對(duì)于癌癥組織和健康組織元素含量差異的探測(cè)有較高的靈敏度，為腫瘤和非腫瘤的區(qū)分奠定基矗圖1-4歸一化后患黑色素瘤和真皮組織CaII、MgII強(qiáng)度比較（顆粒、組織切片）[24]哈爾濱工業(yè)大學(xué)李曉暉等人[26]等人以淋巴瘤、多發(fā)性骨髓瘤血清為研究對(duì)象，選擇LIBS光譜中Ca、Na、K等24條原子線并結(jié)合PCA、LDA、kNN等多種化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，進(jìn)行惡性腫瘤診斷，用10倍交叉驗(yàn)證對(duì)模型的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，kNN模型以96.0%的鑒別率獲得了最佳結(jié)果。對(duì)于淋巴瘤，ROC曲線下面積AUC為

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-6-0.990，敏感性為0.970，特異性為0.956。對(duì)于多發(fā)性骨髓瘤，對(duì)應(yīng)的值0.986，0.892，0.994。結(jié)果表明，血清LIBS技術(shù)可作為一種快速、低侵入性、魯棒性強(qiáng)的診斷和鑒別人類惡性腫瘤的方法。1.2.2LIBS生物組織元素成像BusserB[27]等人利用LIBS多元素成像技術(shù)對(duì)石蠟包埋的皮膚肉芽瘤、假性淋巴瘤中異物進(jìn)行表征。圖1-5為兒童疫苗接種部位的肉芽瘤組織(a)和脫敏治療部位的慢性炎癥病變的真皮深層結(jié)節(jié)性淋巴組織(b)的病理學(xué)模式。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，作為細(xì)胞的組成元素，Na的元素圖與蘇木精-伊紅染色的組織切片有很好的重疊。作為疫苗的標(biāo)準(zhǔn)佐劑，Al是引起過敏、注射部位腫脹、瘙癢等不良影響的病原體。在這兩種組織中，Al元素成像結(jié)果與染色后含有組織細(xì)胞和胞漿內(nèi)藍(lán)色顆粒的區(qū)域完全匹配，有助于病理學(xué)家原位觀察Al元素定位和水平，這說明LIBS技術(shù)對(duì)生物組織進(jìn)行元素成像可以輔助醫(yī)學(xué)手段檢測(cè)組織中外源異物。圖1-5皮膚(a)肉芽腫和(b)假淋巴瘤的組織病理學(xué)形態(tài)學(xué)特征及元素圖像[27]GimenezY[28]等人利用LIBS技術(shù)首先對(duì)經(jīng)環(huán)氧樹脂固定和包埋的小鼠腎臟切片進(jìn)行了Gd-NPs的元素分布研究，發(fā)現(xiàn)Gd位于皮質(zhì)(腎臟周圍區(qū)域)和髓質(zhì)特定區(qū)域(中心區(qū)域)。在皮層中，Gd的分布不均勻，在髓質(zhì)中，Gd只存在于收集管周圍的區(qū)域(圖1-6(a)b中黃色箭頭所示)。除檢測(cè)納米顆粒外，Ca是組織的組成元素，在器官中分布均勻，更集中于腎小體(圖1-6(a)b中白色箭頭所示)，提供了關(guān)于解剖結(jié)構(gòu)的信息。其次作者對(duì)樣品每200m進(jìn)行1次切片（圖1-6(b)），對(duì)各個(gè)剖面進(jìn)行獨(dú)立定量分析，得到相應(yīng)的元素質(zhì)量及分布圖，并將元素圖相疊加，構(gòu)建Gd、Ca、Na的三維圖像，如圖1-6(a)所示。這說明LIBS使全局組織結(jié)構(gòu)可視化成為(b))AA(a)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
[1]基于LIBS技術(shù)的乳腺癌組織元素成像和聚類分析研究[D]. 楊思博.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[2]基于模糊算法和徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聚類研究[D]. 毛穎超.大連理工大學(xué) 2019
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