多光谱成像系统在病理诊断中的应用

【摘 要】目的：探讨多光谱成像（MSI）系统在病理诊断中的应用及其价值。方法：利用量子点免疫荧光双重标记技术同时检测肺癌组织中CD147和p53蛋白的表达，以及乳腺癌组织中HER-2和CK蛋白的共表达，利用显色原位杂交（CISH）技术检测乳腺癌组织中Her-2基因的扩增；以及子宫颈癌组织中HPV16/18的感染对获得的图像均进行MSI系统分析处理。结果：MSI系统可以获得不同染料（如量子点、DAB苏木精）标记的蛋白和DNA以及自发荧光的光谱曲线，然后通过复杂的光谱学算法，清除自发荧光，最后获得各指标的形态学、定量、空间分布和共定位信息。结论：MSI系统明显提高了组织切片的信噪比，还可将每种信号进行单独分离、定量，为多指标检测提供可行性，使之在病理诊断中有着很好的应用价值。

【关键词】多光谱成像；量子点；病理诊断

【中图分类号】R446.8 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484（2014）04-2021-01

在甲醛固定的组织切片中，做好自发荧光检测技术控制至关重要，由于强烈的光感影响，传统的成像技术根本无法明确的分辨出这一区域的靶点标记，即便是获得标记，也存在着信号污染严重、信噪比低的问题。基于这种治疗背景下，工作人员迫切希望一种全新的成像技术来改变这一现状，以保障治疗质量。而多光谱成像技术的出现有效的解决了这一问题，它以液晶可调谐滤光技术为基础，通过不同波长来检测荧光探针以及细胞组织的分布情况，并对每种色原加以处理，提高其分辨率和成像信噪比。这种成像技术自诞生至今，被广泛的应用在生物学临床治疗中，并且成为主要的成像显示方法。

1 多光谱成像系统概念

多光谱成像技术是随着科学技术法阵生成的一种生物学可视化技术，它在生物医学中的应用与日俱增，是可视化领域的一个新技术、新概念。这种技术在生物学应用中，通过已经建立的成光学和光谱学为基础，以液晶凋谢滤光片为媒介观察红外线区域的多光谱图像，为治疗人员提供最真实、可靠的依据。

1.1 概念

光谱是由物体表面的颜色以及光滑程度反映出的，它的信噪比高低、清晰程度与物体本身的可见光谱以及反射率有着密切关系。在过去的成像设备中，主要以照相机、扫描仪以及RGB传感器为主，这些设备都主要是进行色彩图像采集，而以这种方式生产的图像必然会受到光谱反射率的影响，从而造成成像信噪比低、显示不清晰等缺陷。而多光谱成像西通则不存在这样扥问题，它的主要特点是由一个或者多个带有光学滤光片组成的光学通道，通过采集每一个通道内形成的光谱图像来恢复物体的原来形态，进而得到物体颜色图像。这种成像技术与传统的成像技术相比较有着反射率更加准确、光谱信息更多的特点。

1.2 多光谱成像系统的优势

随着科学技术的不断发展，照相机、彩色图片、电视、打印机等物品不断推出且更新，人们通过这些设备对周围世界的认识更加深刻，它给人们生活水平带来了质的飞跃，同样也给医疗事业的发展提供了设备支持。多光谱成像系统是基于传统的光谱器械的基础上生成的，它是利用光谱反射曲线图为基础，以多个带通滤光片构成的仪器，这种设备有着效果好、外界影响抵抗能力强的优势，能够满足各种复杂条件下的治疗工作。

2 多光谱成像系统在病例诊断中的应用实践

2.1 材料与方法

2.1.1 组织标本来源

在本次试验当中，我们随机选择了某医院存档的肺癌、子宫癌、乳腺癌患者各5例，并通过资深医师来对这些患者的病理重新进行争端，然后采用3～4m的后切片连续进行诊断，利用量子点免疫荧光来双重标记患者内部手术位置。

2.1.2方法

以量子点免疫荧光双重标记为基础对肺癌患者的CD147和p53蛋白给予表达，同时对于乳腺癌患者的HER-2和CK蛋白也通过这种方法达成共识，利用原来的显色杂交技术检测乳腺癌患者组织中基因的变化以及增扩。而在子宫癌患者的诊疗中，通过多光谱成像系统来反应组织HPV16/18的感染情况，通过图像处理之后采用相应技术手段来分析处理。

3 结果

根据实验分析我们发现，紫外光激发所显示的CD147和p53蛋白共表达主要分布在癌细胞中，其中也有一些正常的细胞也受到感染，而显示CD147蛋白的图像主要呈现出红色的荧光信号。这些信号主要位于细胞膜上，少量的位于细胞纤维上。

乳腺癌患者的非癌变组织含有大量的HER-2和CK蛋白，这些蛋白显示中有着强烈的自发荧光。在这个时候，如果采用传统的光谱成像仪，那么很难准确、明显的提取其位置，但是经过多光谱成像系统处理之后，我们可以清洗的发现HER-2的蛋白呈现出红色荧光信号，多位于乳腺上皮组织的细胞中。而CK蛋白则呈现出绿色的荧光信号，主要位于乳腺上皮组织的细胞质中。

4 讨论

MSI系统由Nuance FX硬件定量分析软件。正置或倒置荧光显微镜长效光源和电脑共同構成MSI与彩色数码相机或单色相机相比，能获得每张图像每个像素点的高分辨率的光谱，而不是肉眼所见的红、蓝、绿三色图像。目前，我们在医疗的过程中经常使用到的光谱一些主要是以LCTF技术为原理生成的，这种技术可以经过狭窄的通道来提取出我们需要的光谱图像，并且有效的保证了图像的清晰与准确，能够通过不同长度的数据波来建立三维图像，从而生成细胞分布结构图。然后在不同波长处检测荧光探针或染料在细胞或组织中的分布，快速和精确地进行光谱分类和分离，去除样本的自发荧光，从而明显地改善成像过程，并且同时适合于明视野和荧光的多靶点成像，具备完美的共定位分析功能而且通过计算纯光谱方法学（CPS）定量更加准确。

生物组织能够产生独特的自发或诱导荧光光谱和透射反射特性。MSI系统可对生物组织的病理光谱进行空间分辨率区分，该技术已成为医学成像领域中的最新进展。MSI技术在病理学中能被采纳至少有3种需要：第一，在连续的切片上需要完成一组抗体的多重染色分析时，该方法能减少标本处理的需要简化工作流程并减少标本的需要量；第二，可应用于当前组织切片上多分子表型特别是细胞表面标记物的流式细胞计数；最后，正在进行的肿瘤分子生物学研究中，需要在每个细胞上研究一些独特的多个分子或多重信号。尽管这种MSI分析还不是很流行，但当它们与患者的生存和个体化治疗紧密相关时，最终可能会成为临床解剖病理诊断的一部分。

MSI分析还利用空间和光谱图像信息（如胞核的大小形状核质比和成簇）可分类图像中的良、恶性细胞。可从癌变的尿路上皮中区分反应性的尿路上皮这些数据表明MSI技术在临床病理诊断中价值较高，有助于区分和分类类似的病变。MSI技术还可以用于活体动物成像，能从高水平的自发荧光背景中检测到微弱的荧光信号，并且适用于多指标的同时检测、总之，MSI特别是多光谱荧光成像有利于提高疾病检测或鉴别和术内转移诊断的精确性，指导神经外科治疗并监控治疗反应。

参考文献

[1] 朱小波，黄燕华，彭俊，高俊，李蓓芸，陈洪雷.量子点免疫荧光技术在病理诊断中的初步应用[J].中国组织化学与细胞化学杂志. 2011（02）

[2] 卢慎.应用免疫组化、原位杂交及间接原位PCR诊断弓形虫淋巴结炎[J].中国实验诊断学. 2008（10）

作者简介：

代云红，现在七台河市人民医院任职。