一种新型鼻咽癌诊断与定位的荧光成像装置

　　1　引　　言

　　鼻咽癌是头颈部危害人类健康和生命的顽症之一,世界上80%的鼻咽喉癌病例发生在我国,尤以广东和福建等几个南方省份发病率最高[1～2]。患者早期无明显症状,甚难发现。长期以来,白光鼻咽喉镜作为一种主要的检查和定位手段应用于临床,但是鼻咽镜检查是基于鼻咽总体结构和形态的改变,依靠医生肉眼进行观察和诊断,对于粘膜下型癌病变以及微小病变,其诊出率较低,大多数情况需数次取样活检加以证实,长期以来人们一直致力于寻找一种能更加有效诊断和定位早期鼻咽癌的方法[3]。激光诱导荧光法因其具有无损检测、灵敏度高等突出优点已作为一种“光活检”技术应用于早期癌瘤的诊断。现有的医用临床鼻咽镜仅提供有白光检查,为了能同时实现对被检部位高灵敏度的荧光检查,必须在现有的鼻咽境中增设用于传输激发光源的激光光路,同时还要完成白光图像和荧光图像的同光路传输。本文建立了一个用于早期鼻咽癌诊断与定位的荧光成像系统样机,鼻咽癌光学模型的初步实验结果表明:荧光图像具有较高的衬比度和清晰度,系统能方便、灵活地为患者提供白光检查和高灵敏度的荧光诊断和定位。

　　2　荧光成像理论

　　2.1　血啉甲醚的荧光光谱

　　光动力学疗法第二代新型光敏剂血啉甲醚(Hematoporphyrin Monoethyl Ether, HMME)因具有2个可贵的特性而被应用于早期肿瘤的光动力学诊断:首先HMME被输出波长为514.5nm的Ar+激光激发时能发射出630nm和690nm的红色特征荧光,如图1所示[4]。

　　其次是血啉甲醚在恶性肿瘤组织中潴留的时间比在周围正常组织潴留的时间更长,因此经静脉注入一段时间后潴留在肿瘤组织中的光敏剂的浓度比正常组织高5～10倍,用激发光照射含光敏剂的肿瘤组织时,肿瘤表面发出呈桔红色的特征荧光,通过成像系统放大观察荧光图像即可达到诊断肿瘤的目的。

　　2.2　药物荧光图像的亮度

　　药物荧光图像的亮度与激发光辐照度、光敏剂的浓度和吸收系数、肿瘤厚度及光子能量和荧光的量子效率等因素有关[5]:

　　其中Km称为明视觉最大光谱光视效能,等于6831m/W;V(λ)为探测荧光波长的明视觉光谱光视效能,对于探测波长为630nm的荧光,V(630)=0.265;E是激发光源的辐射照度;Y是激光激发光敏剂时的荧光产额,对于一个薄的肿瘤其荧光产额可以作出以下估算:

　　(2)式中,ε表示单位浓度消光系数(0.13cm^-1·μg^-1·ml),c表示组织体中所潴留的光敏剂浓度(1μg·ml^-1),τ表示病灶厚度(0.007cm),表示荧光效率(0.02),ω为每个红光光子能量和兰光光子能量的比值(0.7)。由(1)和(2)式的计算可知,对于一个人体早期的鼻咽部原位癌(CIS),其荧光像的亮度一般在10^-2量级,可见鼻咽癌荧光像的亮度极其微弱,需要用一个高灵敏度和高增益的像增强器对微弱荧光图像进行增益放大。