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多光子共聚焦扫描显微镜：开启结肠直肠肿瘤无损诊断新视野

一、引言

1.1研究背景与意义

结肠直肠肿瘤作为消化系统常见的恶性肿瘤，严重威胁着人类的健康。近年来，其发病率呈逐年上升的趋势，已然成为全球性的公共卫生问题。据国际癌症研究机构（IARC）发布的数据显示，2020年全球结直肠癌新发病例达193万例，死亡病例约93.5万例，在癌症相关死亡原因中位居第二。在中国，结直肠癌的发病形势同样严峻，新发病例数从2015年的38.8万例迅速攀升至2020年的55.5万例，年增长率高达7.4%，中国已成为全球结直肠癌年新发病例最多的国家。更值得关注的是，结直肠肿瘤发病正呈现出年轻化的态势，青年人直肠癌比例约占10%-15%。

结肠直肠肿瘤早期症状隐匿，缺乏特异性，患者往往难以察觉。当出现明显症状，如肠梗阻、排便困难、血便、疼痛等就医时，病情大多已进展至中晚期。中晚期患者不仅手术切除率低，且生存率差，5年生存率仅为30%-40%。而早期诊断并接受治疗的患者，5年生存率可高达90%以上。由此可见，早期诊断对于结肠直肠肿瘤患者至关重要，不仅能够显著提高治愈率，还能降低治疗成本，减轻患者的痛苦和家庭的经济负担。

传统的结肠直肠肿瘤诊断方法主要依赖于组织活检和病理检查，这些方法虽然是诊断的“金标准”，但存在诸多局限性。组织活检属于侵入性操作，会给患者带来一定的痛苦和风险，如出血、感染、穿孔等，且获取的组织样本有限，可能存在取样误差。病理处理过程繁琐，需要经过固定、脱水、包埋、切片、染色等多个步骤，耗时较长，一般需要3-5天才能出具报告，这不仅延误了患者的治疗时机，还可能导致病情恶化。此外，传统的显微镜技术仅能在二维平面内进行成像，无法直接从组织内部获取三维信息，难以全面观察肿瘤的形态、结构和细胞特征。

多光子共聚焦扫描显微镜（Multiphotonmicroscopy,MPM）作为一种新型的非侵入式、高分辨显微镜技术，能够有效弥补传统诊断方法的不足，为结肠直肠肿瘤的无损诊断带来了新的希望。MPM技术采用激光脉冲作为光源，利用非线性光学效应，如双光子激发荧光（Two-photonexcitedfluorescence,TPEF）和二次谐波产生（Secondharmonicgeneration,SHG），实现对生物组织的高分辨率三维成像，空间分辨率可达亚细胞水平。其具有以下显著优势：一是非侵入性，MPM技术使用非离子化光束，避免了对生物样本的损伤，可实现对活体组织的实时观测；二是高分辨率，能够清晰地呈现组织和细胞的内部微观结构和生理状态，有助于发现早期微小病变；三是可进行三维成像，通过对同一样本进行多层成像，能够获取组织内部的立体信息，全面了解肿瘤的形态和结构。

在医学领域，MPM技术的应用正日益广泛，尤其是在癌症的早期诊断方面展现出了巨大的潜力。在结肠直肠肿瘤的无损诊断中，MPM技术可实时观察结肠直肠组织的微观结构，如隐窝开口、腺体结构、腺上皮细胞及胶原纤维等，通过分析这些结构的变化，实现对肿瘤的早期诊断和分级。研究表明，正常、增生性、低级别上皮内瘤变、高级别上皮内瘤变和癌变组织的细胞核面积存在显著差异，MPM技术能够精准测量这些差异，为肿瘤的诊断提供重要依据。此外，通过在样本中添加碳纳米管等增强剂，还可进一步提高MPM技术对肿瘤的诊断能力。

综上所述，多光子共聚焦扫描显微镜在结肠直肠肿瘤的无损诊断中具有关键意义。深入研究和应用MPM技术，有助于提高结肠直肠肿瘤的早期诊断水平，为患者提供更加及时、准确的诊疗服务，改善患者的预后，具有重要的临床应用价值和广阔的发展前景。

1.2国内外研究现状

近年来，多光子共聚焦扫描显微镜（MPM）技术在结肠直肠肿瘤无损诊断领域的研究取得了显著进展，吸引了众多国内外科研人员和医疗机构的关注。

在国外，相关研究起步较早，成果丰硕。美国华盛顿大学的研究团队利用MPM技术对小鼠的结肠组织进行了活体成像，通过分析组织的TPEF和SHG信号，成功区分了正常组织和肿瘤组织。研究发现，肿瘤组织的TPEF信号强度明显高于正常组织，且SHG信号的分布模式也发生了改变，这为肿瘤的早期诊断提供了重要的依据。此外，该团队还对MPM技术在结直肠癌前病变诊断中的应用进行了探索，通过对不同阶段病变组织的成像分析，建立了相应的诊断模型，准确率达到了85%以上。

德国图宾根大学的科研人员则将MPM技术与荧光标记技术相结合，开发出了一种新型的诊断方法。他们使用特异性的荧光探针标记结肠直肠肿瘤细胞，然后利用MPM技术对标记后的组织进行成像，能够更加清晰地观察肿瘤细胞的形态和分布，大大提高了诊断的准确性。在一