生物組織由細(xì)胞構(gòu)成，而細(xì)胞由蛋白質(zhì)、核酸、脂肪等拉曼信號較強的基本物質(zhì)構(gòu)成。疾病的產(chǎn)生往往伴隨組織和細(xì)胞的惡變,最早體現(xiàn)在蛋白質(zhì)、核酸、脂肪等基本構(gòu)成物分子結(jié)構(gòu)構(gòu)象或數(shù)量上的變化，但疾病初期這些變化的臨床癥狀和醫(yī)學(xué)影像表現(xiàn)往往并不明顯，因此對于初期癥狀不太明顯的病癥檢測仍需要尋求一些其他的技術(shù)手段和方法來實現(xiàn)早期診斷！

拿腫瘤檢測舉例，腫瘤的三種主要檢測方法為腫瘤標(biāo)志檢測、組織病理學(xué)診斷和影像學(xué)診斷^[1]。腫瘤標(biāo)志物檢測易受個體差異以及某些良性疾病的影響，一般只能作為輔助手段；組織病理學(xué)診斷是腫瘤診斷臨床應(yīng)用上的“金標(biāo)準(zhǔn)"，該方法從組織和細(xì)胞尺度上進(jìn)行腫瘤的診斷。組織病理學(xué)是一門非常復(fù)雜的學(xué)科，要求檢測人員具有豐富的經(jīng)驗，對檢測人員的專業(yè)性要求較高，且診斷的時效差，屬于有創(chuàng)的診斷方式。影像學(xué)診斷一般借助熒光成像或者其他顯微成像技術(shù)，會引入外部標(biāo)記物，可能無法反應(yīng)正常的細(xì)胞環(huán)境。

拉曼光譜是一種分子診斷技術(shù)，在生物分子水平上顯示出組織病理學(xué)評估的前景，在過去的20年中，通過全面的體外研究，拉曼光譜的準(zhǔn)確診斷能力已經(jīng)積累了大量的證據(jù)。

拉曼光譜具有以下優(yōu)勢：

• 高特異性： 拉曼光譜對分子的特異性非常高，可以準(zhǔn)確識別不同生物分子，有助于對腫瘤組織和正常組織進(jìn)行區(qū)分。

• 非侵入性： 拉曼光譜無需破壞樣品，是一種非侵入性的檢測方法，可以在活體組織中進(jìn)行。

• 實時性： 拉曼光譜提供實時的分子信息，可以用于實時監(jiān)測手術(shù)中組織的生物化學(xué)變化。

• 化學(xué)多樣性： 拉曼光譜可以同時檢測多種生物分子，包括蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)等，提供了對生物組織化學(xué)構(gòu)成的全面了解。

• 無需標(biāo)記： 拉曼光譜無需對樣品進(jìn)行標(biāo)記，避免了對生物體的額外處理，簡化了實驗流程。

• 對水不敏感：水的拉曼信號較弱，所以細(xì)胞可以在水環(huán)境中成像，這意味著活細(xì)胞成像是可能的.

傳統(tǒng)的基于拉曼光譜的腫瘤診斷方法有體內(nèi)診斷和體外診斷。體外診斷通常采集腫瘤組織或癌細(xì)胞系、血液或血液成分、腫瘤標(biāo)志物（CTC）等原材料進(jìn)行拉曼光譜數(shù)據(jù)的采集，采集到的數(shù)據(jù)多采用主成分分析－線性判別分析（ＰＣＡ－ＬＤＡ）等多變量統(tǒng)計分析方法來分析，著力尋找正常樣本以及不同分期的癌變樣本之間的光譜差異，從而實現(xiàn)對不同腫瘤的診斷，根據(jù)文獻(xiàn)報道，已經(jīng)可以通過拉曼光譜診斷出不通過部位的惡性腫瘤（癌癥），如膀胱癌，腦癌、肺癌、食管癌等；但是這種光譜差異往往不是很明顯，只通過操作人員的經(jīng)驗很難進(jìn)行腫瘤的分期判別；人工智能的機器學(xué)習(xí)算法引入，通過大量的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，讓算法自動尋找差異并且判別是未來發(fā)展的趨勢。常規(guī)的體外診斷一般可以采用顯微共焦拉曼來進(jìn)行測試，根據(jù)樣品的不同選擇合適的激發(fā)波長即可。

相比于體外診斷，利用拉曼探頭進(jìn)行體內(nèi)診斷的難度更大；主要體現(xiàn)在：

1. 體內(nèi)環(huán)境比較復(fù)雜，對探頭的要求較高，需要一定的耐腐蝕設(shè)計；

2. 由于信號較弱，并且信號需要通過光纖的形式輸出到光譜儀中，對探頭的收光能力要求較高；

3. 由于探頭的收光能力一般比顯微系統(tǒng)中物鏡的收光能力差，所以對后端光譜儀的通光能力要求非常高。

4. 跟內(nèi)窺鏡結(jié)合一般要求實時得到數(shù)據(jù)并且跟數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，給出組織的風(fēng)險等級，以便給操作人員對應(yīng)的指導(dǎo)。

雖然困難重重，但是科研人員依舊取得了不錯的進(jìn)展。

案例1：巴*特食管是食管腺癌的前兆，早期識別異型增生等高危病變對于提高患者生存率至關(guān)重要。用于診斷BE異型增生的傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡檢查受到診斷準(zhǔn)確性差和需要大量活檢取樣的限制，導(dǎo)致高昂的醫(yī)療成本和患者負(fù)擔(dān)。在新加坡進(jìn)行的研究涉及從373名具有不同組織學(xué)亞型的上消化道患者身上獲取體內(nèi)組織拉曼光譜，從而構(gòu)建了一個用于診斷BE異型增生的綜合拉曼庫，該系統(tǒng)允許在內(nèi)窺鏡檢查期間進(jìn)行實時、無創(chuàng)或微創(chuàng)光學(xué)活檢，以更高的精度針對高風(fēng)險組織區(qū)域^[2]。

圖1  實驗裝置示意圖

案例2：炎癥性腸?。↖BD）影響著全球大量個體，區(qū)分潰瘍性結(jié)腸炎（UC）和克羅恩?。–D） 缺乏金標(biāo)準(zhǔn)。研究人員介紹了一項使用拉曼光譜對炎癥性腸病 （IBD） 進(jìn)行臨床表征的研究，重點關(guān)注潰瘍性結(jié)腸炎（UC） 和克羅恩病（CD）。使用基于結(jié)腸鏡耦合光纖探針的拉曼光譜進(jìn)行了一項體內(nèi)研究，以識別UC和CD的光譜特征。通過使用統(tǒng)計技術(shù)分析收集到的光譜，他們開發(fā)了一種預(yù)測算法，在區(qū)分CD方面實現(xiàn)了90%的靈敏度和75%的特異性^[3]。

圖2 實驗裝置示意圖

案例3：如果在手術(shù)過程中沒有檢測到所有的癌細(xì)胞，手術(shù)作為-種癌癥治療的有效性就會降低，從而導(dǎo)致復(fù)發(fā)，對生存產(chǎn)生負(fù)面影響。為了在癌癥手術(shù)中最大限度地檢測癌細(xì)胞，研究人員設(shè)計了一種術(shù)中原位、無標(biāo)記、光學(xué)癌癥檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了固有熒光光譜、漫反射光譜和拉曼光譜。使用這種多模態(tài)光學(xué)癌癥檢測系統(tǒng)，我們發(fā)現(xiàn)腦癌、肺癌、結(jié)腸癌和皮膚癌可以在手術(shù)中原位檢測，其準(zhǔn)確性、靈敏度和特異性分別為97%、100%和93%。這種高靈敏度的光學(xué)分子成像方法可以深刻地影響廣泛的外科和無創(chuàng)介入腫瘤學(xué)的范圍程序，通過提高癌癥檢測能力，從而減輕癌癥負(fù)擔(dān)，提高生存率和質(zhì)量生活[4]。

圖3 多模態(tài)光譜檢測系統(tǒng)

卓立漢光可以提供體外顯微共聚焦拉曼光譜儀， 也能提供醫(yī)用內(nèi)窺拉曼光譜儀。

1. 顯微共聚焦拉曼光譜儀 finder930。

Finder930全自動化拉曼光譜儀在卓立經(jīng)典的共聚焦拉曼光譜儀的基礎(chǔ)上，新增了多種全新技術(shù)，非常適用于體外的組織拉曼成像診斷測試：

1) 采用針孔共聚焦設(shè)計，空間分辨達(dá)到500nm，軸向分辨<1um，極大程度抑制了非共聚焦點外的熒光或者其他背景干擾；

2) 引入了高精度的自動化電動控制系統(tǒng)，智能控制激光切換、激光功率、共焦針孔大小，使設(shè)備更加智能，操作更加簡單；

3) 嚴(yán)苛的溫度和時間穩(wěn)定性測試標(biāo)準(zhǔn)，讓設(shè)備穩(wěn)定性大幅提升，開機即用，無需專人維護(hù)。

2. 醫(yī)用內(nèi)窺拉曼光譜儀

醫(yī)用拉曼光譜儀基于我們獨*代理的EMVISION 的內(nèi)窺拉曼探頭，結(jié)合自主研發(fā)的透射光譜儀和科研級制冷型CCD，超大的光通量可以保證盡可能的信號損失，超高的靈敏度可以保證*高的信噪比，光纖耦合，易于與內(nèi)窺鏡結(jié)合使用。

3. Finder Insight Pro 系列小型激光拉曼光譜儀

Finder Insight Pro 系列小型激光拉曼光譜儀是經(jīng)過性能優(yōu)化的一款小型化的研究級拉曼光譜儀，它采用了科研級高靈敏度檢測器和大通光量的分光系統(tǒng)，可選配96孔測試板，配合軟件進(jìn)行全自動測量操作。

1) 單點測量與順序測量，單譜采集、連續(xù)采集、間隔采集等模式，用戶自由選擇；

2) 可選配數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行未知樣品比對測量；

3) 內(nèi)置電池，小巧輕便，可便攜攜帶；

參考文獻(xiàn)：

[1]Qi Yafeng, Liu Yuhong, Liu Dameng. Research Progress on Application of Raman Spectroscopy in Tumor Diagnosis[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(22): 220001

[2]Lambert JE, Ramos-Roman MA, Browning JD, Parks EJ. Increased de novo lipogenesis is a distinct characteristic of individuals with nonalcoholic fatty liver disease. Gastroenterology. 2014 Mar;146(3):726-35. doi: 10.1053/j.gastro.2013.11.049. Epub 2013 Dec 4.

[3]Li Y, Jing J, Qu Y, Miao Y, Zhang B, Ma T, Yu M, Zhou Q, Chen Z. Fully integrated optical coherence tomography, ultrasound, and indocyanine green-based fluorescence tri-modality system for intravascular imaging. Biomed Opt Express. 2017 Jan 24;8(2):1036-1044.

[4]Michael Jermyn, Jeanne Mercier, Kelly Aubertin, Joannie Desroches, Kirk Urmey, Jason Karamchandiani, Eric Marple, Marie-Christine Guiot, Frederic Leblond, Kevin Petrecca; Highly Accurate Detection of Cancer In Situ with Intraoperative, Label-Free, Multimodal Optical Spectroscopy. Cancer Res 15 July 2017; 77 (14): 3942–3950.

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