偏振光成像技术用于肿瘤病变检测的研究进展_何宏辉.pdf

ReviewsandMonographs综述与专论 生物化学与生物物理进展 Progress in Biochemistry and Biophysics 2015, 42(5): 419~433 偏振光成像技术用于肿瘤病变检测的研究进展* ) ) ) ,2)** 1 楠1 然1 辉1 何宏辉 曾 廖 马 1 ( ) 清华大学深圳研究生院，深圳市无损监测与微创医学技术重点实验室，光学检测与成像研究所，深圳518055； 2) 清华大学物理系，北京100084) 摘要 偏振光成像是一种非标记、无损伤检测技术，它与现有非偏振光学方法硬件兼容，但能提供更丰富的样品结构和光学 信息，并且对亚波长微观结构变化十分敏感．最近，偏振光成像方法在生物医学，特别是肿瘤癌症检测领域显示出很好的应 用前景．本文介绍了常用的偏振光散射成像方法，包括偏振差、偏振度、旋转线偏振成像、偏振显微、穆勒矩阵成像等，并 展示这些偏振方法在生物医学领域，特别是癌症检测方面的必威体育精装版研究进展． 目前偏振差、偏振度等成像方法已被初步用于皮 肤癌的诊断，而穆勒矩阵包含更为丰富的组织微观结构信息，因而具有更好的诊断应用前景．通过对穆勒矩阵进行分解、变 换等处理，可获得具有明确物理意义的成像参数，并发展为针对不同应用的特异性方法． 目前，随着新型光源、偏振器件和 探测器的出现，特别是数据计算处理能力的急剧提升，偏振成像在数据解释和测量方法方面的研究快速发展，已经在生物医 学领域显示出很好的应用前景． 关键词 偏振光，散射，生物医学，成像，穆勒矩阵 学科分类号 O43 ，R73 DOI: 10.16476/j.pibb.2015.0034 光学成像方法因具有非侵入、低损伤、亚细胞 行合适的筛选，我们可以抑制多次散射并丧失原有 分辨率等特点而成为生物医学等诸多研究领域广泛 偏振态的 “扩散光子”对图像的贡献，提高保持原 应用的工具．光有四个基本特性量：强度、波长、 有偏振的少次散射 “弹道光子”和 “蛇行光子”的 相位及偏振．其中人眼可直接观察的强度( 明暗)和 作用，从而改善图像质量[6] ．同时，由于散射过程 波长(颜色)成为各种几何光学和光谱技术的基础； 中光子偏振态的改变与散射介质的微观结构有密切 光的相位信息无法被人眼直接观察，但也可通过干 关系，对散射光的偏振态进行测量可以获得散射体 涉、衍射被间接探测，成为波动光学和信息光学的 丰富的结构信息．因此，偏振光学成像方法在生物 技术基础．相比之下，由于人眼对偏振不敏感，以 医学研究领域具有广阔应用前景． 及偏振光学基本理论、偏振操控方法和器件、偏振 近年来，人类恶性肿瘤等疾病发病率逐年上 信息提取方法等相关领域研究的滞后，光的偏振属 升，早期诊断对提高病人生存率和生活质量至关重 性一直没有得到足够的关注，应用范围相对较小． 要．相关临床研究结果表明，超过80% 的癌变早 近年来，随着新型光源、偏振器件和探测器的出 期起源于浅表上皮组织[7] ．偏振光学成像方法抑制 现，特别是数据计算处理能力的急剧提升，偏振方 的多次散射光子大多来自较深层的组织，因此偏振 法开始在生物医学、天文、大气遥感、材料等研究 光学方法能提高浅层组织成像质量，是一种有潜力 领域引起越来越广泛的关注[1-4] ． 大部分生物组织在可见光波段都是高散射介 * 国家自然科学基金 质，光在组织中传播时往往经历多次散射，失去原 和深圳市科技计划