清華大學博士學位論文答辯ppt.ppt

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研究生 指導老師 偏振散射測量癌變的機理研究 主要內(nèi)容 研究背景和意義 光學偏振方法的優(yōu)勢 光學成像方法 對生物醫(yī)學非常重要 非侵入 低損傷 光子散射 優(yōu)點 提供新信息 缺點 降低成像質(zhì)量 偏振方法 降低散射影響 獲得淺表組織信息 癌變檢測 85 癌變起源于上皮組織 研究背景和意義 現(xiàn)有偏振測癌結果 StevenL Jacquesetal JBO 7 3 2002 偏振成像檢測基底細胞癌 對比度提高 呈現(xiàn)更多癌變區(qū)域細節(jié) 研究背景和意義 現(xiàn)有偏振測癌結果 正常圖像偏振圖像 偏振成像檢測鱗狀細胞癌 對比度提高 呈現(xiàn)更多癌變區(qū)域細節(jié) 研究背景和意義 現(xiàn)有偏振測癌結果 StevenL Jacquesetal Proc ofSPIEVol 6842684201 2 2008 正常圖像 偏振成像界定癌癥邊界 用于臨床 偏振圖像 術后效果 偏振成像裝置與方法 2 偏振度 1 偏振差 研究背景和意義 旋轉線偏振成像裝置與方法 3 旋轉線偏振成像方法 RLPI 參數(shù) A B C G 3 2 研究背景和意義 研究背景和意義 9 參數(shù)的物理意義 3 2反映的是樣品各向異性的取向角 G反映的是樣品各向異性度 在含纖維的散射體系中 是纖維的有序度 RanLiao NanZeng XiaoyuJiang TianliangYun DongzhiLi YonghongHe andHuiMa JournalofBiomedicalOptics 15 3 030614 2010 SCI 3 2 G 普通成像 樣品 雞心 樣品 雞心 3 旋轉線偏振成像方法 RLPI 球散射體 柱散射體 周圍介質(zhì)參數(shù)可調(diào)散射體 直徑 折射率 散射系數(shù) 角度分布等周圍介質(zhì) 吸收 折射率等 可用于各向同性組織 肝臟 血液 脂肪等 各向異性組織 牙本質(zhì) 皮膚等 研究背景和意義 生物組織偏振散射模型 球柱偏振散射模型 研究背景和意義 偏振方法 生物組織 模型 主要內(nèi)容 偏振成像癌變樣品制備 偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結果 癌變體系及病株的選擇 內(nèi)臟 肝轉移CNE鼻咽癌 內(nèi)腔 HCT116結腸癌 皮膚 B16黑色素瘤 各向同性樣本偏振成像檢測結果 肝轉移CNE鼻咽癌 偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結果 肝轉移鼻咽癌CNE的偏振參數(shù)圖像 各向異性樣本偏振成像檢測結果 皮膚 黑色素瘤 偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結果 中癥黑色素瘤的光強 DP和DOP圖像 主要內(nèi)容 各向同性癌變檢測及機理 各向同性癌變檢測 實驗結果 黃色圓圈處為病灶即癌變區(qū) 參數(shù)B在眾多參數(shù)中對比度最高 最敏感 各向同性癌變檢測及機理 各向同性癌變檢測 單組份光學模型 樣品正常與病變區(qū)組織學圖像 單組份模型 各向同性癌變檢測及機理 各向同性癌變檢測 考慮生理結構的模擬結果 各向同性體系偏振參數(shù)隨濃度比70cm 1的對比度變化 小粒子直徑0 7 m 大粒子直徑7 m 單一粒子模型都無法獲得與實驗對應的結果 應引入雙組份模型 大粒子變化行為對對比度的影響較大 在雙組份模型中應以大粒子為主 雙組份光學模型 模擬結果與實驗不符 單組份模型無法描述實際情況 各向同性癌變檢測及機理 各向同性癌變檢測 雙組份光學模型 雙組份模型 癌變細胞對比正常細胞 細胞器或細胞核尺度的變化 細胞密集程度的變化 散射體粒徑的變化 散射體散射系數(shù)的變化 參照肝臟真實解剖學結構 兩種粒子參照線粒體和細胞核建模 大球直徑7 m 小球直徑0 7 m 各向同性癌變檢測及機理 各向同性癌變檢測 考慮生理結構的模擬結果 雙組分體系中各參數(shù)對比度隨粒子數(shù)濃度的變化關系 大小粒子濃度比1 1000 大小粒子的散射系數(shù)比為3 1 模擬得到的各參數(shù)對比度排序與生物實驗的結果一致 說明癌變樣品的各個偏振參數(shù)對比度的增加可能是由細胞增生引起的 各向同性癌變檢測及機理 各向同性癌變檢測 實驗和模擬結果分析 固定雙組份體系中粒子數(shù)密度 改變大粒子粒徑 四個偏振參數(shù)隨著粒徑增加下降 其中B的下降速度最快 結論 散射體濃度是影響癌變組織偏振測量結果的主要因素 各向同性癌變檢測及機理 各向同性癌變體系 偏振成像方法能夠使癌癥組織邊界更清晰 其中RLPI對比度最高 現(xiàn)有單一組分模型無法解釋實驗結果 對照癌變的病理特征 建立了雙組份模型 雙組份模型模擬結果表明 a RLPI相比普通成像 DP DOP具有最高的對比度 這同實驗結果相符b 散射體濃度是影響癌變組織偏振測量結果的主要因素 小結 主要內(nèi)容 各向異性癌變檢測及機理 樣本選擇 惡性黑色素瘤樣本 1 DOP并不是與吸收完全無關的 不同類型的黑色素瘤深度不一樣 各向同性 吸收 各向異性 各向同性 各向異性 吸收 簡化模型 建立模型 各向異性癌變檢測及機理 各向異性癌變檢測及機理 偏振參數(shù)深度的研究 實驗結果 模擬結果 各向異性癌變檢測及機理 各向異性 吸收 模型的建立與簡化 輻射生長期 垂直生長期 癌變細胞主要在真皮層以上區(qū)域擴散 吸收增強效應出現(xiàn)在上層 癌變細胞已經(jīng)侵入真皮層 吸收增強效應出現(xiàn)在下層真皮組織模擬區(qū) 各向異性癌變檢測及機理 簡化模型對應的樣本 各向異性癌變檢測及機理 模擬結果 皮膚上層吸收模型 散射系數(shù)為450cm 1 在一個臨界條件 小于臨界點DP幾乎不變 大于臨界點DP下降 利用三個參量的對應變化關系對上層表皮黑色素類病變的診斷提供幫助 各向異性癌變檢測及機理 樣本選擇 惡性黑色素瘤樣本 1 DOP增加 DP減小 各向異性癌變檢測及機理 模擬結果 皮膚下層吸收模型 深度對偏振成像的影響 吸收系數(shù)對偏振成像的影響 當吸收層位于淺層 表皮以內(nèi) 時 對偏振成像影響較大 當吸收層位于深層 真皮層 時 對偏振成像影響可忽略 當吸收層位于淺層 表皮以內(nèi) 時 對偏振成像的影響隨著吸收系數(shù)的增大而增大 各向異性癌變檢測及機理 樣本選擇 惡性黑色素瘤樣本 2 光強圖像 RLPI方法G參數(shù)圖像 偏振差圖像 偏振度圖像 各向異性癌變檢測及機理 皮膚三層模型 建模 皮膚三層模型示意圖 中間吸收層隨吸收系數(shù)變化的模擬結果 各向異性癌變檢測及機理 皮膚三層模型 柱球比固定改變吸收系數(shù)模擬結果 光強 DP DOP 光強I變化劇烈 DP和DOP在吸收較小時趨于平緩 中間層吸收增加時 光強是下降的 DP也下降 DOP升高 各向異性癌變檢測及機理 皮膚三層模型 吸收系數(shù)固定只改變柱球比的模擬結果 光強 DP DOP 光強I的相對變化幅度要小于DP和DOP 各向異性結構發(fā)生變化時光強變化不明顯 DP上升 DOP上升 各向異性癌變檢測及機理 小結 針對不同深度的惡性黑色素瘤 提出了兩種各向異性吸收簡化模型 運用這兩種簡化模型模擬分析各向異性吸收組織偏振成像 得到如下規(guī)律 1 位于表皮的吸收層對偏振成像影響較大 位于真皮層的吸收層對偏振成像影響可忽略 2 位于表皮的吸收層對偏振成像的影響隨著吸收系數(shù)的增大而增大 這些規(guī)律可為黑色素類病變分期診斷的提供依據(jù) 并有可能用于其他色素類疾病診斷 工作總結與展望 工作總結 實驗研究了各向同性癌變體系 偏振成像方法能夠使癌癥組織邊界更清晰 其中RLPI對比度最高 鑒于現(xiàn)有單一組分模型無法解釋實驗結果 對照癌變的病理特征 建立了雙組份模型 并使用雙組份模型模擬分析 結果表明 a RLPI相比普通成像 DP DOP具有最高的對比度 這同實驗結果相符b 散射體濃度是影響癌變組織偏振測量結果的主要因素 對于各向異性且有吸收的癌變進行了探索性研究 提出了兩種簡化模型 運用這兩種簡化模型模擬分析了各向異性吸收組織偏振成像檢測的一些規(guī)律 a 位于表皮的吸收層對偏振成像影響較大 位于真皮層的吸收層對偏振成像影響可忽略 b 位于表皮的吸收層對偏振成像的影響隨著吸收系數(shù)的增大而增大 工作總結與展望 論文創(chuàng)新點 針對兩類不同微觀結構特征的癌變分別建立了癌組織光學模型 雙組份球模型 吸收分層模型 解釋了偏振成像參數(shù)表征癌變的機理 各向同性結構特性的癌變組織 各向異性結構特性的癌變組織 工作總結與展望 展望 請各位專家提出寶貴意見 謝謝大家 各向同性癌變檢測及機理 各向同性癌變檢測 單組份模型模擬結果 不同偏振測量參數(shù)在濃度變化時的模擬結果 小粒子直徑0 2 m 大粒子直徑2 m 參數(shù)各自測量值隨濃度的增加均呈單調(diào)變化趨勢 其中I B和DP模擬結果隨濃度增加而增加 DOP隨濃度增加而減少 趨勢大體上與肝癌組織實驗測量結果相符 各向異性癌變檢測及機理 本章基本思路 不含吸收的各向異性黑色素瘤偏振成像樣例 含吸收的各向異性皮膚惡性黑色素瘤病理模型建立 分析探索吸收層在中間的黑色素瘤早期癌變模型 研究參數(shù)隨深度的變化關系 解釋實驗現(xiàn)像 利用拆分模型及蒙特卡洛模擬解釋該體系偏振測量的變化 在吸收層的吸收系數(shù)和柱球比變化時 測量量的變化規(guī)律 樣本旋轉線偏振成像檢測結果 HCT116結腸癌 偏振成像癌變組織動物模型的制備與檢測結果 HCT116結腸癌的光強 DP和DOP圖像 DP圖像 光強圖像 DOP圖像 各向同性癌變檢測及機理 各向同性癌變檢測 單組份模型模擬結果 粒徑大小變化對對比度的影響 us 70cm 1 按最大值歸一化曲線 模擬結果與實驗不符 單組份模型無法描述實際情況 雙組份光學模型 模擬結果與實驗不符 單組份模型無法描述實際情況 雙組份光學模型 模擬結果與實驗不符 單組份模型無法描述實際情況 各向同性癌變檢測及機理 各向同性癌變檢測 單組份模型模擬結果 各向同性體系參數(shù)隨濃度對比70cm 1的對比度變化 小粒子直徑0 2 m 大粒子直徑2 m 從RLPI參數(shù)同Mueller矩陣元的關系可知B對偏振差異敏感 在各向同性體系中 B可能是比DP和DOP更好的反應退偏能力的指標