清华大学博士学位论文答辩课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Company Logo,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Company Logo,博士学位论文答辩,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Company Logo,研 究 生：,指导老师：,偏振散射测量癌变的机理研究,*,偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果,2,各向异性癌变检测及机理,4,各向同性癌变检测及机理,3,3,研究背景和意义,3,1,工作总结与展望,3,5,主要内容,*,研究背景和意义,光学偏振方法的优势,光学成像方法：,对生物医学非常重要（非侵入，低损伤）,光子散射：,优点提供新信息；缺点降低成像质量,偏振方法：,降低散射影响，获得浅表组织信息,癌变检测：,85%癌变起源于上皮组织,*,研究背景和意义,现有偏振测癌结果,Steven L.Jacques et al.,JBO,7（3）,（2002）.,偏振成像检测,基底细胞癌,：,对比度提高，呈现更多癌变区域细节,正常图像,偏振图像,*,研究背景和意义,现有偏振测癌结果,正常图像 偏振图像,偏振成像检测,鳞状细胞癌,：,对比度提高，呈现更多癌变区域细节,*,研究背景和意义,现有偏振测癌结果,Steven L.Jacques et al.,Proc.of SPIE Vol.6842 684201-2,(2008).,正常图像,偏振成像界定癌症边界，用于临床,偏振图像,术后效果,*,偏振成像装置与方法,2.偏振度,1.偏振差,研究背景和意义,*,旋转线偏振成像装置与方法,3.旋转线偏振成像方法(RLPI),参数：A、B、C、G、,3,/2,研究背景和意义,*,研究背景和意义,9,参数的物理意义：,3,/2,反映的是样品各向异性的,取向角,；,G 反映的是样品,各向异性度,，在含纤维的散射体系中，是纤维的有序度；,Ran Liao,Nan Zeng,Xiaoyu Jiang,Tianliang Yun,Dongzhi Li,Yonghong He,and Hui Ma,Journal of Biomedical Optics,15(3),030614(2010).(SCI),3,/2,G,普通成像,样品：鸡心,样品：鸡心,3.旋转线偏振成像方法(RLPI),*,球散射体、柱散射体、周围介质参数可调,散射体：直径、折射率、散射系数、角度分布等,周围介质：吸收、折射率等,可用于各向同性组织：肝脏、血液、脂肪等；各向异性组织：牙本质、皮肤等,研究背景和意义,生物组织偏振散射模型：球柱偏振散射模型,*,研究背景和意义,偏振方法、生物组织、模型,有现象?,*,偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果,2,各向异性癌变检测及机理,4,各向同性癌变检测及机理,3,3,研究背景和意义,3,1,工作总结与展望,3,5,主要内容,*,偏振成像癌变样品制备,偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果,癌变体系及病株的选择,内脏肝转移CNE鼻咽癌,内腔HCT116结肠癌,皮肤B16黑色素瘤,各向同性,各向异性,*,各向同性样本偏振成像检测结果,肝转移,CNE,鼻咽癌,偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果,肝转移鼻咽癌CNE的偏振参数图像,*,各向异性样本偏振成像检测结果,皮肤：黑色素瘤,偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果,中症黑色素瘤的光强、DP和DOP图像,DP,光强,A参数,B参数,DOP,C参数,3,/2,G参数,*,偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果,2,各向异性癌变检测及机理,4,各向同性癌变检测及机理,3,3,研究背景和意义,3,1,工作总结与展望,3,5,主要内容,*,各向同性癌变检测及机理,各向同性癌变检测,实验结果,DOP图像,DP图像,RLPI B参数图像,光强图像,黄色圆圈处为病灶即癌变区,参数B 在众多参数中对比度最高，最敏感。,对比度,光强,0.21,DP,0.17,DOP,0.03,B,0.34,*,各向同性癌变检测及机理,各向同性癌变检测,单组份光学模型,样品正常与病变区组织学图像,单组份模型,*,各向同性癌变检测及机理,各向同性癌变检测,考虑生理结构的模拟结果,各向同性体系偏振参数随浓度比70cm,-1,的对比度变化,小粒子直径0.7m,大粒子直径7m,单一粒子模型都无法获得与实验对应的结果，应引入双组份模型；,大粒子变化行为对对比度的影响较大，在双组份模型中应以大粒子为主。,双组份光学模型,模拟结果与实验不符，,单组份模型无法描述,实际情况,*,各向同性癌变检测及机理,各向同性癌变检测,双组份光学模型,双组份模型,癌变细胞对比,正常细胞,细胞器或细胞,核尺度的变化,细胞密集程度,的变化,散射体粒径,的变化,散射体散射系数,的变化,参照肝脏真实解剖学结构，两种粒子参照线粒体和细胞核建模，大球直径7m、小球直径0.7m,*,各向同性癌变检测及机理,各向同性癌变检测,考虑生理结构的模拟结果,双组分体系中各参数对比度随粒子数浓度的变化关系,大小,粒子浓度比1,:1000,大小粒子的散射系数比为3:1,模拟得到的各参数对比度排序与生物实验的结果一致，说明癌变样品的各个偏振参数对比度的增加可能是由细胞增生引起的。,*,各向同性癌变检测及机理,各向同性癌变检测,实验和模拟结果分析,固定双组份体系中粒子数密度，改变大粒子粒径，四个偏振参数随着粒径增加下降，其中B的下降速度最快。,结论：散射体浓度是影响癌变组织偏振测量结果的主要因素,*,各向同性癌变检测及机理,各向同性癌变体系：偏振成像方法能够使癌症组织边界更清晰，其中RLPI对比度最高。,现有单一组分模型无法解释实验结果，对照癌变的病理特征，建立了双组份模型。,双组份模型模拟结果表明：,a.RLPI相比普通成像、DP、DOP具有最高的对比度；,这同实验结果相符,b.散射体浓度是影响癌变组织偏振测量结果的主要因素,小结,*,偏振成像癌变组织动物模型的制备与检测结果,2,各向异性癌变检测及机理,4,各向同性癌变检测及机理,3,3,研究背景和意义,3,1,工作总结与展望,3,5,主要内容,*,各向异性癌变检测及机理,样本选择恶性黑色素瘤样本（,1,）,DOP图像,DP图像,RLPI G参数图像,光强图像,DOP 并不是与吸收完全无关的,*,不同类型的黑色素瘤深度不一样,各向同性+吸收,各向异性,各向同性,各向异性+吸收,简化模型,建立模型,各向异性癌变检测及机理,*,各向异性癌变检测及机理,偏振参数深度的研究,实验结果,模拟结果,*,各向异性癌变检测及机理,各向异性+吸收模型的建立与简化,辐射生长期,垂直生长期,癌变细胞主要在真皮层以上区域扩散，吸收增强效应出现在上层,癌变细胞已经侵入真皮层，吸收增强效应出现在下层真皮组织模拟区。,*,各向异性癌变检测及机理,简化模型对应的样本,皮肤上层吸收模型-皮肤表面油墨,皮肤下层吸收模型-痣,光强图,DP,图,DOP,图,*,各向异性癌变检测及机理,模拟结果,皮肤上层吸收,模型,散射系数为450cm,-1,在一个临界条件：小于临界点DP几乎不变，大于临界点DP下降。,利用三个参量的对应变化关系对上层表皮黑色素类病变的诊断提供帮助,*,各向异性癌变检测及机理,样本选择恶性黑色素瘤样本（,1,）,DOP图像,DP图像,RLPI G参数图像,光强图像,DOP 增加,DP 减小,*,各向异性癌变检测及机理,模拟结果,皮肤下层吸收,模型,深度对偏振成像的影响,吸收系数对偏振成像的影响,当吸收层位于浅层（表皮以内）时，对偏振成像影响较大；当吸收层位于深层（真皮层）时，对偏振成像影响可忽略。,当吸收层位于浅层（表皮以内）时，对偏振成像的影响随着吸收系数的增大而增大。,*,各向异性癌变检测及机理,样本选择恶性黑色素瘤样本（,2,）,光强图像,RLPI方法G参数图像,偏振差图像,偏振度图像,*,各向异性癌变检测及机理,皮肤三层模型建模,皮肤三层模型示意图,中间吸收层随吸收系数变化的模拟结果,*,各向异性癌变检测及机理,皮肤三层模型柱球比固定改变吸收系数模拟结果,光强,DP,DOP,光强,I,变化剧烈，,DP,和,DOP,在吸收较小时趋于平缓。,中间层吸收增加时，光强是下降的，,DP,也下降，,DOP,升高。,*,各向异性癌变检测及机理,皮肤三层模型吸收系数固定只改变柱球比的模拟结果,光强,DP,DOP,光强I 的相对变化幅度要小于DP 和DOP。,各向异性结构发生变化时光强变化不明显，DP上升，DOP 上升。,*,各向异性癌变检测及机理,小结,针对不同深度的恶性黑色素瘤，提出了两种各向异性吸收简化模型。,运用这两种简化模型模拟分析各向异性吸收组织偏振成像，得到如下规律:,(1),位于表皮的吸收层对偏振成像影响较大；位于真皮层的吸收层对偏振成像影响可忽略。,(2)位于表皮的吸收层对偏振成像的影响随着吸收系数的增大而增大。,这些规律可为黑色素类病变分期诊断的提供依据，并有可能用于其他色素类疾病诊断。,*,工作总结与展望,工作总结,实验研究了各向同性癌变体系：偏振成像方法能够使癌症组织边界更清,晰，其中RLPI对比度最高。,鉴于现有单一组分模型无法解释实验结果，对照癌变的病理特征，建立了,双组份模型。并使用双组份模型模拟分析，结果表明：,a.RLPI相比普通成像、DP、DOP具有最高的对比度；,这同实验结果相符,b.散射体浓度是影响癌变组织偏振测量结果的主要因素,对于各向异性且有吸收的癌变进行了探索性研究，提出了两种简化模型。,运用这两种简化模型模拟分析了各向异性吸收组织偏振成像检测的一些,规律：,a.,位于表皮的吸收层对偏振成像影响较大；位于真皮层的吸收层对 偏振,成像影响可忽略。,b.位于表皮的吸收层对偏振成像的影响随着吸收系数的增大而增大。,*,工作总结与展望,论文创新点,针对两类不同微观结构特征的癌变分别建立了癌组织光学模型：双组份,球模型、吸收分层模型。,解释了偏振成像参数表征癌变的机理。,各向同性结构特性的癌变组织,各向异性结构特性的癌变组织,*,工作总结与展望,展望,展望 1,完善皮肤三层模型,为了对病变对比度机制和表征关系进行清晰准确的解释，有必要进一步建立完善三层各向异性含吸收效应的组织模型。,展望 2,建立系统的癌变模型信息库,采集足够的典型部位癌变信息数据量，建立多个特异性光学参数模型，才能有效解释偏振成像结果，并运用模拟系统结合实验为病理诊断提供依据。,展望 3,采用球体系仿体研究,对模型的各项结构和光学特性参数进行调控并测量，有助于我们了解在相对复杂体系下癌变模型的各因素分别对本方法参数的影响趋势。,*,谢谢大家,*,*,各向同性癌变检测及机理,各向同性癌变检测,单组份模型模拟结果,不同偏振测量参数在浓度变化时的模拟结果,小粒子直径0.2m,大粒子直径2m,参数各自测量值随浓度的增加均呈单调变化趋势，其中I、B 和DP 模拟结,果随浓度增加而增加，DOP 随浓度增加而减少，趋势大体上与肝癌组织,实验测量结果相符。,*,各向异性癌变检测及机理,本章基本思路：,不含吸收的各向异性黑色素瘤偏振成像样例,含吸收的各向异性皮肤恶性黑色素瘤病理模型建立,分析探索吸收层在中间的黑色素瘤早期癌变模型,研究参数随深度的变化关系、解释实验现像,利用拆分模型及蒙特卡洛模拟解释该体系偏振测量的变化,在吸收层的吸收系数和柱球比变化时，测,量量的变化规律,*,样本旋转线偏振成像检测结果,HCT116结肠癌,偏振成像癌变组织动物模型的制备