拉曼光譜用于臨床醫(yī)療、癌癥的檢測與診斷

背景: 自上世紀(jì)90年代以來，隨著激光技術(shù)的進(jìn)步及新型探測器CCD的工藝及應(yīng)用逐漸成熟，拉曼光譜技術(shù)越來越得到廣泛的應(yīng)用；不僅各種拉曼光譜儀器的成本不斷下降，其性能也不斷得到提升，已從一些傳統(tǒng)的拉曼技術(shù)逐漸擴(kuò)展到像顯微共聚焦成像拉曼、表面增強(qiáng)拉曼、共振拉曼等綜合性拉曼光譜聯(lián)用技術(shù)，檢測器分類上主要有以CCD為代表的多通道拉曼光譜檢測及傅里葉變換拉曼光譜技術(shù)。拉曼光譜的應(yīng)用也遍及諸如材料分析、寶石鑒定、安檢、爆炸物分析，生化、藥物、食品在線質(zhì)量控制等。尤其是其快速、近乎無損的檢測方式，使得近年來在生物醫(yī)學(xué)、醫(yī)療診斷上的應(yīng)用與研究得到越來越多學(xué)者的重視比如應(yīng)用于癌病變組織檢測與診斷、血液成分分析、動脈硬化拉曼光譜檢測等。

以下為拉曼光譜在癌病變檢測方面上的兩個應(yīng)用

應(yīng)用一：拉曼光譜用于子宮癌診斷

將遺傳算法應(yīng)用于拉曼光譜分析中，可以對子宮上的早期癌性組織做活體快速識別；這一項(xiàng)前瞻性工作被發(fā)表于最近的《分析》（Analyst）雜志上。

新加坡國立大學(xué)光學(xué)生物成像實(shí)驗(yàn)室的Shiyamala Duraipandian， Wei Zheng ，Zhiwei Huang及國立大學(xué)醫(yī)院婦產(chǎn)腫瘤科的Joseph Ng, Jeffrey Low,A. Ilancheran解釋說子宮癌為世界范圍內(nèi)第二大常規(guī)惡性腫瘤，也是第五大導(dǎo)致女性死亡的惡性腫瘤。早期準(zhǔn)確的診斷尤為必要，但巴氏涂片檢查及陰道鏡等常規(guī)檢查存在固有的誤報及副作用?？茖W(xué)家們正在努力尋找可用于活體檢測，并能準(zhǔn)確檢測癌前細(xì)胞是否形成或轉(zhuǎn)移的方法。發(fā)表在《分析》上的文章，解釋了他們?nèi)绾螌⒔t外拉曼光譜應(yīng)用于臨床癌前細(xì)胞檢測及如何去評價。他們采用遺傳算法-偏最小二乘、判別分析（GA-PLS-DA）技術(shù)來解釋拉曼光譜。這種化學(xué)計(jì)量學(xué)分析能夠在癌變早期快速檢測宮頸組織的生物分子變化，即所謂的腫瘤轉(zhuǎn)換。

研究者從征募的29名志愿者病人身上、從57個不同位置（35個位置正常，22個位置癌前病變）采集分析105幅拉曼光譜；采用遺傳算法及偏最小二乘能夠獲得正常與病變組織拉曼光譜的顯著性差異信息。他們分析識別得到7個與組織內(nèi)蛋白、核酸、血脂相關(guān)的拉曼光譜帶；研究者介紹說：“對癌早期診斷，診斷準(zhǔn)確度82.9%（靈敏度72.5% (29/40)，特異性89.2% (58/65)）”。

通過對比，巴氏涂片的靈敏度及特異性分別為30到87%，86到100%；然而它不能同時獲得高的檢測靈敏度及特異性。同樣，對子宮癌早期檢測，陰道鏡靈敏度可達(dá)96%，而特異性卻只有48%?！皬恼Ａ夹越M織中判別低度癌早期病變，即使在操作熟練的專家手中采用陰道鏡，判別也十分困難。因?yàn)榱夹越M織的特征與低度病變組織十分相似”研究人員說到。所有這一切意味著，很多婦女可以除去不必要的活檢及治療，而讓腫瘤科醫(yī)生通過拉曼光譜得到更準(zhǔn)確、積極的檢驗(yàn)結(jié)果。

研究人員提議通過采用近紅外拉曼光譜及強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)能夠徹底的改變子宮癌及早期癌變診斷問題。 研究人員相信通過結(jié)合拉曼光譜與GA-PLS-DA及DCV技術(shù)，可以在分子水平上對子宮正常組織與癌變組織進(jìn)行識別。

研究人員現(xiàn)在正在對另外的50名病人進(jìn)行活體拉曼光譜測量。據(jù)介紹，這將提供更為豐富的拉曼光譜數(shù)據(jù)，用于建立更為穩(wěn)定的統(tǒng)計(jì)分析模型。他們也正在添加校正因子用于修正遺傳算法中諸如年齡差異、種族、人類乳頭狀腫瘤病毒（HPV）及是否吸煙等。這些校正因子最終會添加到模型中用于改善精度。研究人員總結(jié)說“我們希望活體拉曼光譜結(jié)合GA-PLS-DA,DVC建模技術(shù)能夠在分子水平上，為臨床子宮癌及早期病變檢測上提供一種無損、快速辨別的實(shí)用工具”。

應(yīng)用二： 拉曼光譜用于膀胱癌與前列腺癌的診斷

科學(xué)家驗(yàn)證了光纖近紅外拉曼光譜用于診斷膀胱癌和前列腺癌的可行性。英國的研究人員提出“光纖拉曼光譜作為一種光學(xué)技術(shù)可提供組織樣本的分子結(jié)構(gòu)信息，因而可用于活體檢測、膀胱癌和前列腺癌的體外診斷”。

P. Crow 和他的同事Derriford Hospital 指出“實(shí)驗(yàn)室分析了膀胱鏡結(jié)果中29個凍結(jié)膀胱樣本的220張拉曼光譜和尿道前列腺切除術(shù)中38個凍結(jié)前列腺樣本的197張拉曼光譜，結(jié)果表明光纖近紅外拉曼光譜可用于膀胱移行細(xì)胞癌和前列腺癌的體外診斷?！?

“通過獨(dú)立的診斷算法分析這些與組織學(xué)特征相關(guān)的光譜信息可用于膀胱癌和前列腺癌的診斷。這種算法的準(zhǔn)確性可通過分析病理樣本的拉曼光譜進(jìn)行驗(yàn)證?；诎螂装┑乃惴捎糜诹夹詷颖荆?正常和膀胱炎）和惡性樣本（膀胱移行細(xì)胞癌）的區(qū)分診斷，準(zhǔn)確度為84%。基于前列腺癌的算法可用于良性樣本（?良性前列腺增生和前列腺炎）和惡性樣本（前列腺癌）的區(qū)分診斷，準(zhǔn)確度為86%。

研究人員指出“研究結(jié)果表明臨床光纖拉曼光譜技術(shù)用于膀胱癌和前列腺癌的體外診斷，可提供客觀且較準(zhǔn)確的結(jié)果。由于拉曼探頭可用于內(nèi)窺鏡，腹腔鏡或其他開放性檢查過程中，因此，該法也可應(yīng)用于活體研究?！?Crow和他的同事在Urology上發(fā)表了他們的研究成果（光纖近紅外拉曼光譜用于診斷膀胱癌和前列腺癌的可行性研究.Urology, 2005;65(6):1126-1130）(end)