无损光学法测量胃壁组织对KTPNdYAG激光的光学特性的差异

无损光学法丈量胃壁构造对KTP/Nd:YAG激光的光学特性的差异【摘要】目的研究人正常胃黏膜及黏膜下层构造对532n和1064n波长的KTP/Nd:YAG激光的光学特性及其对差异波长的激光的光学特性差异。要领实行接纳激光歪入射式空间区分反射光和D探测器以及非线性拟合确定构造光学特性。结果正凡人胃黏膜/黏膜下层构造对1064n的激光的汲取系数(0.1450.004)-1显着地较其对532n的激光的汲取系数(0.3140.008)-1要小(P0.05)，构造样品对1064n的激光的约化散射系数(0.7130.019)-1显着地较其对532n的激光的约化散射系数(1.490.04)-1要小(P0.05)，构造样品对1064n的激光的光学穿透深度(1.730.05)显着地较其对532n的激光的光学穿透深度(0.8140.021)要大(P0.05)，构造样品对1064n的激光的漫射系数(0.4360.011)显着地较其对532n的激光的漫射系数(0.2080.006)要大(P0.05)。结论正凡人胃黏膜/黏膜下层构造对1064n的激光的汲取系数与其对532n的激光的汲取系数的差异为53.8%，其对1064n的激光的约化散射系数与其对532n的激光的约化散射系数的差异为52.2%，其对1064n的激光的光学穿透深度与其对532n的激光的光学穿透深度的差异为113%，其对1064n的激光的漫射系数与其对532n的激光的漫射系数的差异为110%。【关键词】人胃黏膜/黏膜下层构造；光学特性差异；激光；D探测器；空间区分漫反射光NninvasiveeasureentsfrdifferenesinptialprpertiesfstahtissuesatKTP/Nd:YAGlaserusingptialethds【Abstrat】bjetiveThestudyistdeterinetheptialprpertiesandthEirdifferenesfrnralhuanstahusa/subusatissuesinvitrat532and1064nKTP/Nd:YAGlaser.ethdsTheeasureentsereperfredusingaDdetetr，andtheptialprpertiesereassessedfrtheeasureentsusinganbliquelyinidentlaserbea，andspatiallyreslvedrefletane，andnnlinearfittingfdiffusinequatin.ResultsTheabsrptineffiient，(0.1450.004)-1fnralhuanstahusa/subusatissuesat1064nisbviuslysallerthanthat(0.3140.008)-1fthetissuesaplesat532n(P0.05)，andthereduedsatteringeffiient(0.7130.019)-1fthetissuesaplesat1064nisbviuslysallerthanthat(1.490.04)-1fthetissuesaplesat532n(P0.05)，andtheptialpenetratindepth(1.730.05)fthetissuesaplesat1064nisbviuslybiggerthanthat(0.8140.021)fthetissuesaplesat532n(P0.05)，andthediffusinnstant(0.4360.011)fthetissuesaplesat1064nisbviuslybiggerthanthat(0.2080.006)fthetissuesaplesat532n(P0.05).nlusinThediffereneintheabsrptineffiientfrnralhuanstahusa/subusatissuesbeteen1064and532nis53.8%，andthediffereneinthereduedsatteringeffiientfrtissuesaplesbeteen1064and532nis52.2%，andthediffereneintheptialpenetratindepthfrtissuesaplesbeteen1064and532nis113%，andthediffereneinthediffusinnstantfrtissuesaplesbeteen1064and532nis110%.【Keyrds】huanstahusa/subusatissue;differeneintheptialprperties;laser;Ddetetr;spatiallyreslveddiffusiverefletivelight癌症的85%以上都劈头于人体的内外貌的上皮内层构造，大多数这些上皮内层构造的损伤假设能在早期得以确诊是轻易治疗的1。胃癌是常见的消化道肿瘤，早期病变多产生在黏膜层，然后渐渐向黏膜下层及更深层构造侵占2。研究表白，人胃上皮内层、黏膜及黏膜下层构造的损伤经常是导致胃部病变的缘故原由，如，慢性萎缩性胃炎(hrniatrphigastritis，AG)、应激性胃黏膜病变以及胃癌等。随着激光技能和内镜技能的不竭生长，利用激光技能和内镜技能举行消化体系的临床诊断和治疗已渐渐成为消化体系疾病诊断和治疗的紧张本领。比方，Nd:YAG激光在内窥镜下照耀胃壁四周浅露血管和腐败胃黏膜治疗胃溃疡3，Nd:YAG激光经胃镜治疗胃息肉等有较好的疗效4。可见，人胃黏膜/黏膜下层构造对Nd:YAG激光的光学特性对付激光应用于胃肠道的医学诊断和临床治疗黑白常紧张的，由于光在生物构造中传输与生物构造的光学特性严密相干，在生物构造中由光辐射所产生的空间区分漫反射和透射特性含有构造的组份和布局等信息。在生物医学光子学的研究及其应用中，丈量构造外貌的漫反射率和透射率是构造光学特性非入侵法丈量的一个非常关键的题目59。如今，丈量由于光辐射在生物构造外貌反射率或透射率的要领很多，最为常见的是接纳稳态光的空间区分技能团结光纤技能探测构造外貌的漫反射光10，11，但由于光纤探测器与构造打仗所产生的压力导致猎取的构造光学特性参数的偏向，以及难以正确丈量入射光斑中央及其周边微区的漫反射光等的限定，而ang等12和Zijp等13以及Fabbri等14接纳激光歪入射式稳态光的空间区分技能团结DhargeupledDevie数字视频照相技能丈量生物构造外貌的漫反射光来猎取构造光学特性参数的要领黑白入侵测定生物构造光学特性参数的新技能，其具有无打仗、非入侵、在体、原位、可视化和及时探测等长处，假设团结内镜技能和激光技能可作体内局部构造光学特性的探测、临床诊断和治疗等。本文接纳歪入射的稳态光的空间区分漫反射率技能以及非线性最小二乘法猎取人胃黏膜/黏膜下层构造对1064n的Nd:YAG激光的光学特性参数，并与其倍频激光532n的KTP激光的光学特性参数举行阐发和比力，为激光应用于胃肠道黏膜/黏膜下层构造的诊断和治疗提供一点有益的参考数据。1质料与要领1.1质料样品的制备：实行用构造样品来自10个手术切除的人奇怪离体正常胃壁构造，每个手术切除的胃构造样品被立即用生理盐水作简朴冲洗掉外貌的血液，并尽快将样品用生理盐水保存至超低温-75冰箱速冻冷藏。实行前，将全部构造样品用冰冻切片机切割，天生10个面积为2525、厚度为(10.70.3)的天然构造样品的厚度(均匀值)，然后别离将构造样品在天然状态及室温为20情况下别离举行光学特性的丈量，从手术切除到样品预备和丈量全历程在22h内完成。1.2要领构造漫射常数和漫反射率丈量及实在验装置生物构造的空间区分反射题目的实行和理论研究已有很多的研究报道1215，研究表白，丈量生物构造的空间区分反射率可以或许定量地反演生物构造的汲取和散射特性，其已被普及应用到医学范畴的血氧计16、光动力学疗法17以及血糖监测18。从空间区分漫反射率丈量数据反演生物构造的光学特性参数，必要创立实行丈量数据与光学特性参数相干的理论模子，通过非线性拟合的要领反演所丈量的生物构造的光学特性参数。以一连光歪入射到半无穷大生物构造外貌时，按照漫射理论，并利用外延界限条件和镜像光源的要领，可得到在圆柱坐标系中漫射光在生物构造外貌的径向漫衍12，19，此中，eff是有用衰减系数，是光学穿透深度，D是漫射系数，设生物构造的折射率为ntissue=1.4，情况的折射率为nabient=1，i是入射光束的入射角。通过丈量生物构造外貌的漫反射率R漫衍、入射光束的入射角(i)以及入射光束在构造外貌形成的光斑的中央到构造外貌的漫反射光形成的圆形图案圆心之间的间隔x，那么可盘算出漫射系数D，然后接纳非线性最小二乘法对式(1)举行非线性拟合猎取有用衰减系数eff，那么可反演所丈量的生物构造对入射光的汲取系数和约化散射系数及其他光学参数。丈量生物构造的漫射常数和漫反射光漫衍的实行装置见图1所示。辐照光源别离为KTP/YAG激光治疗机(Laserspe，USA，delSL20/50)别离输出532n和1064n波长的激光，这两个波长的激光别离被25倍扩束镜扩束、准直后通过光衰减器(AttenuatinFilter)衰减到不大于5，激光经反射镜(irrr)反射后颠末2.0光栏(Pinhle)和焦距为35.2的透镜(Lens)后以与构造界面法线标的目的别离成45度角和靠近0角度入射到胃壁的上皮构造外貌，用二维D探测器(Nikn，lPix，Japan)别离对以这两个角度入射的光在构造外貌产生的漫反射光摄取图像，区分率为795596像素。然后，挪动构造样品，改变入射光到达构造的入射点重复摄取图像十次(曝光时间约为0.8s)，以减小构造样品不匀称对成像丈量的影响，由D探测器猎取的图像信号经D操纵器(Dntrller)运送到电子盘算机(P)举行图像阐发和数据处置惩罚。接纳D摄取图像所需的入射光的光功率较小，通过增减衰减片或调治激光的输出功率以防范D探测器的饱和，调治透镜可改变入射光束的直径以到达最正确的成像结果。实行摄取的图像的阐发和数据处置惩罚接纳ATLAB软件编写的图像阐发体系，该体系可直接对D探测器摄取的彩色24位图像和好坏8位图像举行阐发处置惩罚，也可对二维图像直接读取x或y轴标的目的以及恣意标的目的的光强或光强漫衍以及读取恣意点的坐标并以数据文件(dat)情势储存实行数枯，用纯文本文件情势把实行摄取的光强漫衍值与空间坐标的对应干系以数据情势给出，通过对45和靠近0入射角入射的光在构造外貌产生的漫反射率的峰值对应的坐标的阐发猎取峰值的位移x，并对所测数据取均值。该体系操纵简朴，能通过电子盘算机即时阐发处置惩罚D探测器猎取的图像。1.3统计学要领构造光学参数以均数尺度差(xs)表现，接纳t查验，P0.05为差异有明显性，利用统计软件SPSS10作统计处置惩罚。2结果别离用532n和1064n波长的激光以及别离以45角和靠近0角度入射到构造外貌，激光辐照构造样品的外貌所产生的漫反射光被D探测器摄取图像，整个实行在雷同的实行条件下，统共10个构造样品别离被每个波长的激光辐照以及D探测器摄像，每个样品对每个波长的激光被重复摄取图像十次来猎取每个丈量值，每次丈量后便改变激光辐还是品上的光斑位置举行下一次丈量，每个样品对特定波长的激光的丈量结果具有很好的重复性，丈量构造样品所得到的构造光学特性参数用(XSD)表现。表1表现人胃黏膜/黏膜下层构造对KTP/Nd:YAG激光的汲取系数a、约化散射系数s、光学穿透深度、漫射系数D。略3讨论丈量结果猎取了人胃黏膜/黏膜下层构造对532n和1064n的KTP/Nd:YAG激光的汲取系数a、约化散射系数s、光学穿透深度、漫射系数D。我们的研究重点在探究人胃黏膜/黏膜下层构造对532n和1064n的激光的光学特性以及其对两个差异波长的激光的光学特性的差异，下面作详细的讨论和阐发比力。从实行结果可得，正凡人胃黏膜/黏膜下层构造对1064n的激光的汲取系数(0.1450.004)-1显着地较其对532n的激光的汲取系数(0.3140.008)-1要小(P0.05)，可见，其对1064n的激光的汲取系数与其对532n的激光的汲取系数的差异为53.8%。构造样品对1064n的激光的约化散射系数(0.7130.019)-1显着地较其对532n的激光的约化散射系数(1.490.04)-1要小(P0.05)，可见，其对1064n的激光的约化散射系数与其对532n的激光的约化散射系数的差异为52.2%。构造样品对1064n的激光的光学穿透深度(1.730.05)显着地较其对532n的激光的光学穿透深度(0.8140.021)要大(P0.05)，可见，其对1064n的激光的光学穿透深度与其对532n的激光的光学穿透深度的差异为113%。构造样品对1064n的激光的漫射系数(0.4360.011)显着地较其对532n的激光的漫射系数(0.2080.006)要大(P0.05)，可见，其对1064n的激光的漫射系数与其对532n的激光的漫射系数的差异为110%。这结论对Nd:YAG激光应用于胃肠道、特殊是胃肠道上皮内层构造的临床诊断和治疗及其作用机理的探究提供有益的参考。【参考文献】3张文锋，石峰，欧阳辉，等.Nd:YAG激光治疗消化性胃溃疡出血的临床疗效阐发.广东医学，1998，19(10):763-764.4王晓峰，陈丛明.NdYAG激光经胃镜治疗上消化道息肉57例.中国激光医学杂志，1999，8(2):127.10AGaria-Uribe，NKehtarnavaz，Garquez，etal.Skinanerdetetinbyspetrspiblique-inidenerefletetry:lassifiatinandphysilgialrigins.Applpt，2022，43(13):2643-2650.11AJang，JEBender，JPfefer，etal.Depth-sensitiverefletaneeasureentsusingbliquelyrientedfiberprbes.JBiedpt，2022，10(4):044017-1-044017-17.13JRZijp，JJtenBsh.ptialprpertiesfbvineusletissueinvitr;aparisnfethds.PhysedBil，1998，43:3065-3081.15DJDurian，JRudnik.Spatiallyreslvedbaksattering:ipleentatinfextraplatinbundarynditinandexpnentialsure.ptSAA，1999，16(4):837-844.16Slnenk，Rheung，TBush，etal.Invivrefletaneeasureentfptialprperties，bldxygenatinandtexafinlutetiuuptakeinaninelargebels，kidneysandprstates.PhysedBil，2002，47:857-873.17Hang，TZhu，EPutt，etal.Bradbandrefletaneeasureentsflightpenetratin，bldxygenatin，heglbinnentratin，anddrugnentratininhuanintraperitnealtissuesbefreandafterphtdynaitherapy.JBiedpt，2022，10(1):014004-1-014004-13.