联合拉曼- OCT对皮肤癌的临床诊断

连接光学技术将不同的测量模式结合在一个仪器中，为进行医疗诊断提供一套更全面的补充信息。这篇笔记描述了拉曼光谱将光学相干层析成像(OCT)与RS (RS)结合在一起，提供了一种在临床环境中可无创表征癌变皮肤病变的便携式机器。OCT提供形态或结构信息，RS提供生化信息。这两组数据是互补的，因此提供了比任何一种技术单独提供的更全面的诊断方法。该仪器是由美国范德比尔特大学的一个小组开发的。它允许两种类型的测量相对快速和方便的方式进行，即在适合典型临床环境的时间尺度上。通常情况下，人们希望以分钟为单位进行临床测量和分析，而不是以小时为单位，以确保患者的舒适度。

图1:Hyphenated Raman-OCT系统的图片。

拉曼光谱(Raman Spectroscopy, RS)提供了组织的化学特征，可以以无创的方式区分疾病状态。它已成功用于区分非黑色素瘤病变(基底细胞癌- BCC和鳞状细胞癌- SCC)与炎症瘢痕组织和正常组织，分类准确率高达95%[2]。RS通常提供地表信息，需要大量的时间才能进行成功的测量。因此，在不需要较长时间的情况下，它不能提供大范围的样本(例如5毫米x 5毫米)的数据。时间长一般不适合临床情况。

光学相干层析成像(OCT)是一种提供组织形态学信息的高分辨率亚表面成像技术。它可以相对快速地(几分钟)提供组织特征在组织深度范围内的位置和方向的微观结构信息。然而，它不能提供有关组织组成的生化信息。OCT图像的解释是困难的，在皮肤癌分类[3]中有一定的成功。因此，Patil等[1]将这两种技术结合起来的动机是，来自OCT的结构信息也被用于指导化学分析的RS测量在小的子样品区域可以最有效地进行

范德堡大学Mahadevan-Jansen教授领导的团队使用RS-OCT联合仪器[1]成功地从炎症瘢痕组织和正常皮肤中区分出BCC。该仪器实时收集OCT图像，可用于指导临床医生确定特定的亚表面特征，RS可用于提供特定的化学和生理信息。拥有形态学和化学信息对确保皮肤病变的准确诊断有明显的好处。

图2:头部的图片。

该仪器如图1所示，由安装在机械臂上的RS/OCT组合移动探头组成。头部主要部件的示意图如图2所示。光纤将探头连接到RS和OCT检测子系统，这些子系统安装在小车上，小车上装有控制系统的PC机。一个波长为785 nm、功率为40 mW的二极管激光器作为拉曼激励源。它包含在探头头连同RS和OCT收集光学。OCT入射光束和反射光束由两个二色分束器共对，拉曼激发光束与入射(和反射)OCT光束共对。两者都通过物镜定向到使用检流计的样品上。检流计扫描OCT光束以获得OCT图像。两个二向色镜促进了拉曼激励光束进入光路的传输和拉曼信号返回的收集。光纤用于将拉曼信号耦合到高通量光谱仪(HoloSpec 1.8, Kaiser光学系统)，并使用背光、热电(TE)冷却、深损耗CCD相机(iDus DU420A-BRDD)作为探测器。

OCT检测子系统使用基于光纤的迈克尔逊干涉仪。它由一个1310纳米，7兆瓦的光源组成，它被一个50/50的光纤分离器分成参考和样品光束。干扰信号由平衡检测器检测到，随后进行数字化处理。OCT系统的轴向分辨率为14 μ m，可以以8帧/秒(fps)的速度生成面积为15 mm × 2.4 mm(横向×深度)的图像。该OCT系统的轴向分辨率可达14 μ m。聚焦后的OCT束横向光斑大小约为25 μ m直径。

OCT图像和拉曼数据是按顺序收集的，所以当OCT图像获得后，从中心光轴上收集拉曼信号(此时检流计停止)。激发光束聚焦到直径约44 ?m的光斑大小。用一个二色镜和一个长通滤波器(Semrock公司的√截止= 818 nm)将感兴趣的拉曼信号从瑞利散射和OCT光中分离出来。

图3:系统布局示意图。

采用Labview定制设计软件界面，对整个系统进行控制。在运行中，根据皮肤病变的频率和位置，该系统可以在几分钟内对潜在的癌变皮肤部分进行扫描，并在大约一小时内对整个患者进行扫描。

目前皮肤癌的诊断标准是目视检查，然后进行活检和组织病理学检查。这个过程可能是侵入性的、主观的、耗时的和昂贵的。帕蒂尔等人已经证明了他们的串联RS-OCT系统在临床情况下的成功应用——在这种情况下，用于皮肤癌的体内诊断——可以在相对较短的时间内，以一种方便和无创的方式获得组织的生化成分和微结构或形态，对患者的不适最小。

确认:感谢范德比尔特大学生物医学工程系Anita Mahadevan-Jansen教授。

引用:

1. 陈晓燕，陈晓燕，陈晓燕，“一种应用于皮肤癌的拉曼光谱-光学相干层析成像的新方法”，中华外科杂志，第43期，(2011)。
2. Lieber CA, Nethercott HE和Kabeer MH，“拉曼光谱揭示正常组织的癌场效应”，激光在外科和医学40,461-467，(2008)
3. Mogensen M, Joergensen TM, Nurnberg BM, Morsy HA, Thomsen JB, Thrane L, Jemec GBE，“光学相干层析成像在诊断非黑色素瘤皮肤癌和良性病变与正常皮肤的比较:皮肤科医生和病理学家的观察-盲法评价”，皮肤外科学35,965-972 (2009)