一種特殊銳化的癌癥早期診斷和治療效果檢查的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有特殊前置銳化處理單元，能自動(dòng)化對(duì)癌癥作早期診斷和治療效果檢查的裝置。該裝置集成了特定熒光光譜儀，不同特性的偏振器件，冷凍離心機(jī)，特定稀釋器和有多種軟件的電腦等為一體，它能檢測(cè)出病人血液的熒光光譜和特征譜及它們的變化特性，包括熒光光譜的515nm主峰和624nm特征峰強(qiáng)度比，主峰的歸一化半峰寬度，偏振熒光譜的平行垂直，垂直平行，平行平行和垂直垂直歸一化強(qiáng)度值，血清的偏振度，各向異性值和粘度等指標(biāo)來實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥作早期診斷和治療效果的檢查。該裝置的特點(diǎn)是將上述五大器件集成為一個(gè)儀器，能對(duì)多種癌癥作早期診斷。其診斷原理清楚，操作方便，精度高，速度快和成本低，體外檢測(cè)無創(chuàng)傷。
【專利說明】一種特殊銳化的癌癥早期診斷和治療效果檢查的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到一種對(duì)癌癥進(jìn)行早期診斷和治療效果檢查的裝置，其特征在于該裝 置（儀器）有機(jī)集成了特選的熒光光譜儀，具有不同特性的銳化處理單元的偏振器件組，冷 凍離心機(jī)，特定的稀釋器和帶有多種數(shù)據(jù)處理軟件的電腦等為一體，構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)化的完 整檢測(cè)裝置（儀器）。這種集成為一體的測(cè)試裝置在國(guó)內(nèi)外還未見過。利用它可測(cè)出癌癥病 人血清的熒光光譜，從這光譜能夠給出515nm主峰和624nm特征峰的強(qiáng)度比值I 515nm/I624nm， 主峰的歸一化半峰寬度值，偏振熒光譜的平行垂直，垂直平行，平行平行和垂直垂直歸一化 半峰寬度值，血清的偏振度，各向異性值和粘度等多種特異性指標(biāo)，于是可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種早期 癌癥的較有效和精確的診斷和治療效果的檢查。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，腫瘤已經(jīng)成為威脅人類健康的第一殺手。據(jù)美國(guó)癌癥學(xué)會(huì)（ACS)統(tǒng)計(jì)，2007 年全世界新增癌癥病例1200多萬，760萬人死于癌癥。今后20年新患者人數(shù)將可能由目 前的每年1200萬增加到1500萬，因癌癥而死亡的人數(shù)也將由每年600萬增至1000萬，中 國(guó)每分鐘有6人確診癌癥。導(dǎo)致癌癥總死亡率的主要癌癥種類為：肺癌、胃癌、肝癌、結(jié)腸 癌以及乳房癌，其中肺癌發(fā)病率和病死率居首位。全球每年大約有120萬人被確診患有肺 癌。在我國(guó)肺癌的發(fā)生率和死亡率都在逐年上升，每年約有50萬人被確診患有肺癌，北京 市10年肺癌發(fā)病率增長(zhǎng)了 56% ;由于極高的吸煙率，新發(fā)癌癥患者中有五分之一為肺癌患 者。另外，我國(guó)每年約有11萬人死于肝癌，占全球肝癌死亡數(shù)的45%，因此，癌癥嚴(yán)重威脅 著國(guó)民的生活健康狀況。盡管過去20年癌癥的治療有了很大進(jìn)展，但癌病人的預(yù)后檢查裝 置卻無明顯提高。其主要原因在于國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有臨床診斷、治療檢查裝置的總體效果不佳，至 此對(duì)癌癥診斷不及時(shí)，未能識(shí)別癌變的早期損害。目前的醫(yī)療實(shí)踐表明，如果能用一裝置對(duì) 癌癥進(jìn)行早期診斷，則這些病人中大約有80% -90%以上人可以治愈，治療后不僅可提高 了生存率，也可以提高了病人的生存質(zhì)量。因此癌癥早期診斷裝置的研制成為治療癌癥的 一個(gè)關(guān)鍵，于是癌癥的早期診斷裝置的研制具有十分重要的意義。但是，又如何能研制出一 種裝置能有效的診斷和治療癌癥成為生物醫(yī)學(xué)界迫切需要解決的難題。目前肺癌等癌癥的 臨床診斷裝置和方法主要有：X射線儀檢查，活檢儀，支氣管鏡查，CT儀，MRI儀，以及痰液細(xì) 胞學(xué)檢查儀等，其中活檢儀，纖維支氣管鏡檢查有創(chuàng)傷性，對(duì)于病人身體及組織有一定的損 傷，并有人群的局限性。而痰細(xì)胞學(xué)檢查儀是病人往往在出現(xiàn)明顯的癥狀后才會(huì)進(jìn)行該類 檢查，易貽誤早期診斷時(shí)機(jī)。常規(guī)胸透儀難以發(fā)現(xiàn)早期肺癌病灶，目前已發(fā)展的非侵入性診 斷肺癌儀，如計(jì)算機(jī)化X射線斷層照相術(shù)儀，正電子發(fā)射斷層照相術(shù)儀和伽馬射線成像儀 等方法的靈敏度不足以發(fā)現(xiàn)早期的肺癌等癌癥。這就是說僅管目前癌癥的基礎(chǔ)生物學(xué)研究 有所突破，但臨床診斷儀應(yīng)用還未取得明顯成功。因此，充分利用現(xiàn)有的知識(shí)和技術(shù)，研制 出一種診斷和治療裝置實(shí)施最佳手段，這對(duì)癌癥進(jìn)行預(yù)防、早期診斷、早期檢查和早期治療 十分重要。
[0003] 這個(gè)診斷癌癥的裝置雖然至今還沒有人提出和研制成功，但是很多人對(duì)生物熒光 問題作過不同程度的研究。例如，章魁華等[章魁華，張一等。惡性腫瘤細(xì)胞的自發(fā)熒光 及與血卟啉結(jié)合后的熒光光譜，北京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，1986，18(1) :23?26]檢測(cè)了惡性腫 瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞的熒光光譜，發(fā)現(xiàn)在440-700nm范圍內(nèi)它們的熒光光譜的形狀、峰位和 強(qiáng)度等特征不一致。王衛(wèi)、劉文凱等人[王衛(wèi).劉文凱，蘇時(shí)光，血清自體熒光法診斷惡性 腫瘤的研究，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)2006,4 :4-7]觀測(cè)到肝癌和肺癌細(xì)胞能發(fā)出523nm和 598nm峰有熒光增強(qiáng)效應(yīng)和615nm的熒光峰值降低的現(xiàn)象。孟繼武等[孟繼武，鄭榮兒，掌 蘊(yùn)東等，血清熒光法篩選惡性腫瘤的研究.中國(guó)激光醫(yī)學(xué)雜志，2003,12(1) :43?45]通過 對(duì)血清中與癌癥相關(guān)分子標(biāo)志物的熒光光譜進(jìn)行研究，在分子、電子水平上建立了對(duì)惡性 腫瘤的篩選方法。林孟戈等[林孟戈、朱元貴.惡性腫瘤患者血清特異可見熒光光譜的初 步研究.福建醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，1998, 32(2) :160?163]采用光致發(fā)光的熒光光譜技術(shù)測(cè)定 了 67例惡性腫瘤、28例良性腫瘤和38例正常對(duì)照者血清在505nm波長(zhǎng)的可見光激發(fā)下的 熒光發(fā)射光譜。結(jié)果提示惡性腫瘤患者血清在635nm處出現(xiàn)一特征性熒光發(fā)射峰，陽性率 為83. 6%，它可能在惡性腫瘤中普遍存在。蕭樹東等人[蕭樹東等，內(nèi)鏡氙離子（Xe)激光 激發(fā)自體熒光在胃癌診斷中的應(yīng)用。內(nèi)鏡，1988,5 :129]將光纖從內(nèi)鏡活檢鉗通道導(dǎo)入胃 腔，照射胃癌組織和胃的其他病變組織，對(duì)產(chǎn)生的自體熒光快速記錄，分析光譜發(fā)現(xiàn)胃癌和 部分慢性萎縮性胃炎患者的自體熒光光譜在630nm和690nm處有特征峰出現(xiàn)，胃癌的特征 峰檢出和病理診斷符合率達(dá)89. 5%，而正常胃粘膜和淺表性胃炎者無此峰。Cothren R. Μ 等人[Cothren R. Μ. , Kortnm Ρ. R. , Fitamaurics Μ. , et al. Gastrointestinal tissue diagnosis by laser-induced fluorescence spectroscopy at endoscopy. Gastrointest Endoscopy. 1996,36 :105-111]通過結(jié)腸鏡的研究中發(fā)現(xiàn)正常組織在波長(zhǎng)為460nm處的熒 光強(qiáng)度明顯高于癌組織，約為后者的4倍；但在650nm處癌組織的光譜強(qiáng)度略高于正常組 織，用這些光譜特征可區(qū)分正常結(jié)腸和異常癌組織。這一方法與病理檢測(cè)結(jié)果作對(duì)照，在 敏感性、特異性、陽性預(yù)測(cè)值方面分別達(dá)到而Kapadia等人[Kapadia CR. Cutruzzola F ff. Obrien K M, et al. Laser-induced fluorescence spectroscopy of hnman colonic mucosa. Gastroentereology. 1990,9 :150-157.]卻發(fā)現(xiàn)正常結(jié)腸在 390nm處有一主峰，在460nm處有一次峰，而癌組織只有一個(gè)在470nm處的主峰，正常與異 常組織間在強(qiáng)度上沒有明顯差別。但Marchesini等人[Marchesin R.，Pignol，E.，F(xiàn)ante M. D. , et al. Invitro fluorescence spectroscopy of adenomas, adenceareinomas and nonmecoplastiec mucoss in human colon. Lasers Surg. Med. , 1991,3 (27) 121-125]發(fā)現(xiàn) 癌組織的光譜在500nm處峰值最高，在630nm和670nm處還有兩個(gè)次峰出現(xiàn)，正常組織的熒 光強(qiáng)度要大于癌組織。吳敏等人[吳敏，丁建華，王傳晶，偏振熒光光譜在肝病診斷中的應(yīng) 用研究，激光技術(shù)，2005, 29 ￠) 579-581]使用偏振熒光光譜儀來測(cè)定肝硬化，肝癌和健康人 的熒光光譜，結(jié)果表明，肝病變患者血清的熒光光譜帶寬與正常人的相比差異并不明顯。但 是肝病患者血清的水平和垂直偏振熒光光譜的半峰全寬和〇. 707帶寬（強(qiáng)度為1/21/2)都 比健康人血清的帶寬寬。這一結(jié)果對(duì)于肝病的診斷研究有一定的參考價(jià)值。倪原等人[倪 原，張菊，陳國(guó)紹，陳智利，楊利紅，基于熒光偏振技術(shù)的基因檢測(cè)分析系統(tǒng)，生命科學(xué)儀器， 2008,6(1-2)，59-61]使用熒光偏振技術(shù)來檢測(cè)分析基因的特點(diǎn)，等等。這些結(jié)果雖然不是 制作診斷癌癥的裝置的原理，但它們肯定了癌癥患者的血液等體液的熒光光譜中總會(huì)出現(xiàn) 一些特征峰。
[0004] 綜合起來，當(dāng)前已有一些人在極少數(shù)癌癥中用檢測(cè)血液的熒光光譜的方法來研究 和探索癌癥的特性，但是所得結(jié)果很不理想，并且其結(jié)果的正確性也值得懷疑，同時(shí)所研究 的癌癥種類和樣品的數(shù)量也不足以得出一個(gè)正確結(jié)論。例如吳敏等人使用氬離子激光器， 雙光柵單色儀，側(cè)窗式光電倍增管，鎖相放大器，斬波器，激光功率計(jì)，光闌，檢偏器，透鏡， 反射鏡和計(jì)算機(jī)測(cè)試了肝硬化，肝癌和健康人的偏振熒光光譜，僅從中得到了它們的半峰 全寬稍有不同，但變化很小，不能作為測(cè)量癌癥的一個(gè)指標(biāo)，并且檢測(cè)的肝癌樣品的數(shù)量也 太少，于是他們的檢測(cè)儀器和方法不可能肯定癌癥的存在，則它不能作為檢測(cè)癌癥的手段。 顯然，他們的檢測(cè)系統(tǒng)，方法和測(cè)試儀器與我們上面貓述的診斷裝置和系統(tǒng)有本質(zhì)區(qū)別。例 如，他們使用的是發(fā)出480nm的激光器，而我們使用的是能發(fā)出350-410nm的特殊的和標(biāo) 準(zhǔn)的熒光光譜儀；他們的血清沒有使用特定的稀釋器作至關(guān)重要的特殊比例的稀釋，或者 說他們根本沒有稀釋血清，則未稀釋血清中的殘存物資可更多的吸附于發(fā)熒光的分子上， 掩蓋或抑制了血清的特征熒光光譜的出現(xiàn)。正是這兩個(gè)關(guān)鍵性器件的不同或缺少導(dǎo)致了他 們連包括624nm在內(nèi)的癌癥病人血清的特征熒光光譜都未得到。另外，他們所使用的這些 東西是分散的，未集成為一體形成一個(gè)完整的測(cè)試儀器。同時(shí)，他們使用的是單個(gè)的垂直或 平行檢偏器（這從他們的文章的表1和表2的結(jié)果可看出），這與我們所使用的平行-平 行偏振組件，平行-垂直組件，垂直-垂直組件，垂直-平行組件等四種不同形式的偏振組 件有本質(zhì)的差別，因此他們方法僅得到一個(gè)半峰全寬的微小變化，不能得出血清的偏振熒 光光譜的平行-平行歸一化半峰寬度，平行-垂直歸一化半峰寬度，垂直-垂直歸一化半峰 寬度，垂直-平行歸一化半峰寬度以及血清的的偏振度，各向異性和粘度；還可能他們使用 的檢偏器的成分和性能與我們的偏振組件不同，也使他們得到的偏振熒光的特性和效果不 佳。于是可肯定他們的檢測(cè)系統(tǒng)和儀器與我們上述診斷裝置和系統(tǒng)有本質(zhì)的區(qū)別，兩者根 本不能等同看待。
[0005] 總結(jié)起來，直到今天人們還未找到早期癌癥診斷的方法以及癌癥在變壞或變好的 變化過程中其特征熒光光譜的變化規(guī)律及其它的產(chǎn)生機(jī)理。于是至今沒有得到用血液的熒 光光譜來早期診斷癌癥的原理和制作出相應(yīng)的裝置。同時(shí)，將激光直接引入體內(nèi)產(chǎn)生熒光 光譜來對(duì)癌癥來進(jìn)行早期診斷方法目前不但原理不清而且至今也不明這種熒光光譜的特 點(diǎn)及變化規(guī)律，因此，此方法目前也是不可行的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有早期診斷癌癥裝置的缺乏和原理不清而提供一種對(duì)癌 癥進(jìn)行早期診斷和治療效果檢查的裝置（儀器）。它有機(jī)集成了熒光光譜儀，具有銳化處 理單元的偏振器件組，冷凍離心機(jī)，稀釋器和電腦等為一體。用這套裝置可檢測(cè)出癌癥患者 和正常人血液的熒光光譜，從中發(fā)現(xiàn)了癌癥患者與正常人的熒光光譜迥然不同，在其中存 在一些能標(biāo)志癌癥自身結(jié)構(gòu)特性的特征熒光光譜，可直接檢測(cè)出癌癥病人血液特征熒光光 譜的特征和變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥的早期診斷和檢測(cè)。通過幾年的研究我們從中得出了血 清熒光光譜的515nm主峰和624nm特征峰的強(qiáng)度比值I 515nm/I624nm，和主峰的歸一化半峰寬度 值，再通過所加的不同特性的銳化處理單元的偏振器件組給出偏振熒光譜的平行垂直，垂 直平行，平行平行和垂直垂直歸一化半峰寬度值，血清的偏振度，各向異性值和粘度等多種 特異性指標(biāo)及它們的不同值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種癌癥進(jìn)行早期診斷和治療效果的較有效和較精 確檢查和區(qū)分。這種早期診斷裝置的優(yōu)點(diǎn)是原理清楚和基礎(chǔ)扎實(shí)。其原理是當(dāng)組織癌變時(shí)， 病人的組織和血液中的分子結(jié)構(gòu)也發(fā)生改變，于是它們中的分子的熒光光譜和偏振熒光光 譜也相應(yīng)變化，則癌癥病人血液的特征熒光光譜出現(xiàn)，通過檢測(cè)這些特征熒光光譜的特征 和變化規(guī)律以及上述特征，我們就能判斷癌癥的存在和它的特性。這種檢測(cè)是在體外進(jìn)行， 設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，檢測(cè)精度高，速度快和成本低；另外，使用這種裝置檢驗(yàn)也不會(huì)給受檢 者帶來額外的創(chuàng)傷和痛苦，易廣泛使用；和組織切片相比，取血清樣品簡(jiǎn)便易行，可以避免 做檢測(cè)樣品時(shí)帶來的種種限制，因此它能廣泛應(yīng)用。
[0007] 1.這種裝置能對(duì)病人的早期癌癥能作自動(dòng)化和較精確檢查和診斷，即從空腹病人 采集來的靜脈血液用冷凍離心機(jī)析出血清，將它送到特定的稀釋器，與生理鹽水以1 : 1的 特定比例進(jìn)行稀釋，再送到特選的熒光光譜儀中做熒光光譜和偏振熒光光譜的檢測(cè)，最后 由帶有多種數(shù)據(jù)處理軟件的電腦自動(dòng)給出癌癥病人血清的上述九個(gè)特異性指標(biāo)的具體數(shù) 據(jù)，以此來判定病人是否存在癌癥。這裝置的自動(dòng)化體現(xiàn)在各種指標(biāo)的測(cè)試和數(shù)據(jù)是由帶 有各種數(shù)據(jù)處理軟件的電腦自動(dòng)化進(jìn)行和給出。
[0008] 2.該裝置（儀器）是由特選的熒光光譜儀，具有不同特性的銳化處理單元的偏振 器件組，冷凍離心機(jī)，特定的稀釋器和帶有多種數(shù)據(jù)處理軟件的電腦組成的，其中的熒光光 譜儀是特選的，即它必須能發(fā)射350nm?410nm波長(zhǎng)的光，而不是其它波長(zhǎng)如488nm的光， 并具有S/N > 800dB的靈敏度，0· 8-1. Onm的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度，0· 9-1. Onm的分辨率，60000nm/ min的波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)速度，60000nm/min的波長(zhǎng)掃描速度和0. 002s的響應(yīng)時(shí)間，還能直接檢測(cè)出 在500nm?700nm范圍內(nèi)包含有515nm主峰和624nm特征峰的熒光光譜。我們自制的稀 釋器是特定的，它在用生理鹽水稀釋血清時(shí)一定是以1 : 1的特定比例進(jìn)行的，而不是像吳 敏等人那樣不稀釋或用任意比例稀釋，如果是后者則就得不到所要求的熒光光譜，因?yàn)槲?稀釋血清中的殘存物資可更多的吸附于發(fā)熒光的分子上，這便掩蓋或抑制了血清的特征熒 光光譜的出現(xiàn)，所以必須使用我們自制的稀釋器以1 : 1的特定比例去稀釋血清。我們所 制的銳化處理單元的偏振器件組包括有平行垂直偏振組件，垂直平行偏振組件，平行平行 偏振組件和垂直垂直偏振組件等四種不同形式，而不是吳敏等人使用的一個(gè)單獨(dú)的平行或 垂直檢偏器。它們分別設(shè)置在光譜儀的輸出光路上的斬波器與樣品池入射面之間和在樣 品池射出面與光譜儀的入射凸透鏡間；具體講，如平行垂直偏振組件是將平行偏振器件放 在斬波器與樣品池入射面間，而垂直偏振器件放在樣品池射出面與凸透鏡間；而垂直平行 偏振組件是將垂直偏振器件放在斬波器與樣品池入射面間，而平行偏振器件放在樣品池射 出面與凸透鏡間，其余兩種偏振組件的放置也按此類似方法進(jìn)行。利用這種設(shè)置和組件的 有機(jī)組合我們能給出偏振熒光譜的平行垂直，垂直平行，平行平行和垂直垂直歸一化半峰 寬度值，血液的偏振度，各向異性值和粘度等多種特異性指標(biāo)，從而使我們能夠挖取出癌癥 病人的血清所具有的各種不同的特征參量的值，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)病人早期癌癥的較精確檢查和 診斷。電腦所帶的數(shù)據(jù)處理軟件包含有顯示熒光譜和偏振熒光譜的軟件，能給出515nm主 峰和624nm特征峰的強(qiáng)度比值I 515nm/I624nm，主峰的歸一化半峰寬度值，偏振熒光譜的平行垂 直，垂直平行，平行平行和垂直垂直歸一化半峰寬度值，血液的偏振度值，各向異性值和粘 度指標(biāo)值的軟件以及實(shí)現(xiàn)血清在裝置內(nèi)傳送的軟件；于是裝置中的電腦能自動(dòng)給出這些指 標(biāo)的值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明實(shí)例1的表征結(jié)果，自動(dòng)化對(duì)癌癥進(jìn)行早期診斷和治療效果檢查的 一體化裝置示意圖（1 :冷凍離心機(jī)，2 :稀釋器，3 :熒光光譜儀，4 :銳化處理單元的偏振器， 5 :電腦）
[0010] 圖2為本發(fā)明實(shí)例2的表征結(jié)果，突光光譜儀的內(nèi)部加偏振器后的光路不意圖（1 : 氙激光器，2 :斬波器，3 :反射鏡，4 :平行偏振器，5 :樣品池，6 :垂直偏振器，7 :凸透鏡，8 :單 色儀，9 :光電倍增管）.
[0011] 圖3為本發(fā)明實(shí)例3的表征結(jié)果，同一肺癌患者的血清在不同稀釋濃度下的熒光 光譜圖（1 :濃度為20%的結(jié)果；2 :濃度為40%的結(jié)果；3 :濃度為60%的結(jié)果；4 :濃度為 80%的結(jié)果；5 :濃度為90%的結(jié)果；6 :濃度為100%的結(jié)果）。
[0012] 圖4為本發(fā)明實(shí)例4的表征結(jié)果，幾種常見多個(gè)癌癥患者血清在濃度為100%時(shí)的 平均熒光光譜圖（1 :47個(gè)肺癌患者的結(jié)果；2 :25個(gè)肝癌患者的結(jié)果；3 :20個(gè)結(jié)腸癌患者的 結(jié)果；4 :20個(gè)食道癌患者的結(jié)果；5 :17個(gè)胃癌患者的結(jié)果；6 :17個(gè)直腸癌患者的結(jié)果；7 : 20個(gè)乳腺癌患者的結(jié)果；8 :15個(gè)胰腺癌患者的結(jié)果；9 :15個(gè)大腸癌患者的結(jié)果）。
[0013] 圖5為本發(fā)明實(shí)例5的表征結(jié)果，一位健康人的血清在不同稀釋濃度下熒光光譜 和20位健康人血清的平均熒光光譜圖（1 :一人血清濃度為20%的結(jié)果；2 :-人血清濃度 為60%的結(jié)果；3 :-人血清濃度為80%的結(jié)果；4 :一人血清濃度為100%的結(jié)果；5 :20位 人血清濃度為100%的平均結(jié)果）。
[0014] 圖6為本發(fā)明實(shí)例6的表征結(jié)果，一位肺癌患者在放、化療在不同治療時(shí)期后其血 清的滅光光譜圖（a :40天后的結(jié)果；b :60天后的結(jié)果；c :80天的后結(jié)果）。
[0015] 圖7為本發(fā)明實(shí)例7的表征結(jié)果，淋巴癌，肺癌，直腸癌，骨癌患者和正常人血清的 熒光光譜及515nm主峰的歸一化半峰寬度值，其中（1)圖為沒有安裝偏振器件組時(shí)由熒光 光譜儀檢測(cè)出淋巴癌病人和正常人血清的在515nm主峰附近的熒光光譜和它們歸一化半 峰寬度，A為正常人，B為淋巴癌的結(jié)果，（2)圖為沒有安裝偏振器件組時(shí)肺癌，直腸癌，骨癌 患者在515nm主峰附近的熒光光譜和它們歸一化半峰寬度，A為肺癌，B為直腸癌，C為骨癌 的結(jié)果，（3)圖為安裝有平行垂直偏振器件組時(shí)淋巴癌病人和正常人血清的在515nm主峰 附近的熒光光譜和它們歸一化半峰寬度的變化，A為正常人，B為淋巴癌的結(jié)果，（4)圖為安 裝有平行垂直偏振器件組時(shí)肺癌，直腸癌，骨癌患者在515nm主峰附近的熒光光譜和它們 歸一化半峰寬度它們的515nm主峰的歸一化半峰寬度值的變化，A為肺癌，B為直腸癌，C為 骨癌的結(jié)果。
[0016] 圖8為本發(fā)明實(shí)例8的表征結(jié)果，骨癌、結(jié)腸癌、淋巴癌、肺癌、直腸癌、食道癌、肝 癌、鼻炎癌和胰頭占位的血清在515nm主峰附近的熒光光譜和它們的歸一化半峰寬度，1為 骨癌、2為結(jié)腸癌、3為淋巴癌、4為肺癌、5為直腸癌、6為食道癌、7為肝癌、8為鼻咽癌,9為 胰頭占位的結(jié)果。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面通過實(shí)施對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，但有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人 員可以根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0018] 為了研制出一種裝置通過用高精度的熒光光譜儀檢測(cè)出癌癥病人血液的特征熒 光光譜及其特征和變化規(guī)律來實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥進(jìn)行早期診斷和治療效果檢查，我們首先弄清楚 了這個(gè)裝置研制的原理和方法，并首先找到了病人血液特征熒光光譜的特征和變化規(guī)律。 從2008?2012年以來我們對(duì)由四川省腫瘤醫(yī)院和成都第三人民醫(yī)院提供的427位癌癥患 者的血液實(shí)施了熒光光譜的全面檢測(cè)，其中肺癌患64人次，肝癌31人次，結(jié)腸癌21人次， 食道癌31人次，胃癌23人次，直腸癌19人次，乳腺癌28人次，胰腺癌26人次，膀胱癌19 人次，大腸癌21人次，骨癌17人次，腎癌18人次，子宮內(nèi)膜癌13人次，骨肉瘤12人次，胸 腺癌11人次，間皮癌12人次，原發(fā)性淋巴癌13人次，鼻炎癌11人次，前列腺癌15人次，胰 頭占位11人次，膽囊癌11人次，包括腺癌、鱗癌、大細(xì)胞癌和小細(xì)胞癌。其年齡在26?84 歲，平均51. 35歲，男性242人次，女性185人次。健康人對(duì)照組20位，由電子科技大學(xué)校 醫(yī)院提供。其中男女各10位，年齡在22?77歲，平均32. 14歲。其【具體實(shí)施方式】首先是 空腹取靜脈血，即受檢者靜置約一小時(shí)后抽取血液，離心，抽取上清液，生理鹽水稀釋，用具 有掃描速度60000nm/min和響應(yīng)時(shí)間0· 002s的，能發(fā)射350nm?410nm波長(zhǎng)的日立F-7000 熒光光譜儀直接和全面檢測(cè)出在450nm?700nm范圍內(nèi)癌癥病人血液的血清的自發(fā)和偏振 熒光光譜和它們的特征熒光光譜以及它們的變化規(guī)律。
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的組成和【具體實(shí)施方式】以下幾個(gè)步驟作更詳細(xì)的描述。
[0020] 在具體實(shí)施用該裝置對(duì)癌癥病人血液的特征熒光光譜和癌癥的診斷的檢測(cè)中的 第一步是采集癌癥患者和健康人的血液和血清并稀釋它。為了避免環(huán)境溫度和輻射等因素 對(duì)采集的血液的影響，采用了空腹靜脈采集血液，室溫下放置，待血液凝固、血塊收縮后離 心，吸取血清，避免光（特別是紫外光）的直接照射和與其他化合物的接觸，并盡早測(cè)量的 方案。在這當(dāng)中，每次采集靜脈血2?3mL，不加抗凝劑，靜置約一小時(shí)后抽取血液，用5000 轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速的如德國(guó)制造的Eppendorf高速冷凍離心機(jī)進(jìn)行離心6分鐘，抽取上清血清液 作檢測(cè)。檢測(cè)前用生理鹽水稀釋血清。由于血清的濃度對(duì)熒光強(qiáng)度有影響，發(fā)現(xiàn)在濃度40 % 以上的血清的熒光光譜的形狀和強(qiáng)度能保持穩(wěn)定，并可顯示出癌癥的特征熒光光譜，于是 我們必須用生理鹽水按1:1的特定比例稀釋血清。
[0021] 其第二步是取用生理鹽水稀釋后的l.OmL血清緩慢注入石英樣品池，在室溫下 用能發(fā)射350nm?410nm波長(zhǎng)的光，具有S/N > 800dB的靈敏度，0· 8-1. Onm的波長(zhǎng)準(zhǔn)確 度，0. 9-1. Onm的分辨率，60000nm/min的波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)速度，60000nm/min的波長(zhǎng)掃描速度和 0. 002s的響應(yīng)時(shí)間的高精度熒光光譜儀，直接檢測(cè)出450nm?700nm范圍內(nèi)癌癥病人血液 的血清的自發(fā)熒光光譜和它們的特征熒光光譜。每測(cè)定一份樣品后用蒸餾水洗滌樣品池。 為避免來自激發(fā)光的干擾，通常檢測(cè)熒光光譜是與入射光成直角的方向進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)然，在 某些熒光光譜儀中也可以不采用直角檢測(cè)。
[0022] 但是，這種熒光光譜儀有時(shí)也可能不能很好地區(qū)分開癌癥病人和與正常人以及 不同類型的癌癥病人的血清熒光光譜的515nm主峰的半峰寬度值的差別的弱點(diǎn)，于是第 三步是在所用的熒光光譜儀的樣品池的相鄰兩個(gè)光路方向上分別加上自制的包括有平行 垂直偏振組件，垂直平行偏振組件，平行平行偏振組件和垂直垂直偏振組件等四種不同偏 振器組件，它們所透射過的光的波長(zhǎng)范圍為400-750nm，這些偏振器組件分別設(shè)置在光譜 儀的輸出光路上的斬波器與樣品池入射面之間和在樣品池射出面與光譜儀的入射凸透鏡 間；具體講，如平行垂直偏振組件是將平行偏振器件放在斬波器與樣品池入射面間，而垂直 偏振器件放在樣品池射出面與凸透鏡間；垂直平行偏振組件是將垂直偏振器件放在斬波 器與樣品池入射面間，而平行偏振器件放在樣品池射出面與凸透鏡間，其余兩種偏振組件 也按此類似方式放置。在安裝好后，按上述方法檢測(cè)所制備的癌癥病人和正常人的血清的 偏振熒光光譜，檢測(cè)出450nm?700nm范圍內(nèi)血清的自發(fā)和偏振熒光光譜，特征熒光光譜 和515nm主峰的半峰寬度值，再用下列基本公式：歸一化半峰寬計(jì)算公式，[Wpoint-Wmin]/ [Wmax-Wmin]，歸一化突光強(qiáng)度計(jì)算公式：[Ipoint-Imin] / [Imax-Imin]，血清的突光偏 振度公式P = (Ivv-GIvh) / (Ivv+GIvh),血清的各向異性計(jì)算公式R = (Ivv-GIvh) / (IVV+2GIvh)和血清的粘度計(jì)算公式，η = 2ΡΛ〇.4〇-Ρ)及電腦中包含的EXCELL軟件在內(nèi) 的多種軟件給出這些血清樣品的熒光光譜的515nm主峰和624nm特征峰的強(qiáng)度比值I 515nm/ I624nm，主峰的歸一化半峰寬度值，偏振熒光譜的平行垂直，垂直平行，平行平行和垂直垂直 歸一化半峰寬度值，血液的偏振度值，各向異性值和粘度指標(biāo)值等多種特異性指標(biāo)，這兒：G =Ihv/Ihh，"W"表示半峰寬度，" I "表示熒光強(qiáng)度，"h"表示平行偏振器件，" v"表示垂直偏 振組件。再將它們與標(biāo)準(zhǔn)的值進(jìn)行比較，以判斷出癌癥是否發(fā)生和它們是何種癌癥。
[0023] 在圖1實(shí)施例中是按冷凍離心機(jī)，稀釋器，熒光光譜儀和帶有光譜數(shù)據(jù)處理軟件 的電腦的順序有機(jī)集成在一起，銳化單元的偏振器按上述方法安置在光譜儀內(nèi)的指定位置 上，構(gòu)成能自動(dòng)化對(duì)癌癥進(jìn)行早期診斷和治療效果檢查的一體化完整裝置（儀器）。
[0024] 在圖2實(shí)施例中是把自制的四種不同偏振組件中的平行垂直偏振組件的平行偏 振器和垂直偏振器分別安置在熒光光譜儀的樣品池相垂直的兩個(gè)光路方向上的情況，其中 平行偏振器件安置在光譜儀的輸出光路上的斬波器與樣品池入射面之間，垂直偏振器件在 樣品池射出面與光譜儀的入射凸透鏡間。
[0025] 在圖3實(shí)施例中是把從一位肺癌患者采集來的血液按上述方法獲取血清，并用生 理鹽水稀釋為濃度是20%，40%，60%，80%，90%和100%(即"1:1"的比例）時(shí)，從中 取出1. OmL的溶液放進(jìn)日立F-7000熒光光譜儀的樣品池中，用上述方法檢測(cè)出的這些稀釋 濃度下的熒光光譜圖。在此圖中的橫坐標(biāo)為熒光波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度。
[0026] 在圖4實(shí)施例中是把從47個(gè)肺癌，25個(gè)肝癌，20個(gè)結(jié)腸癌，20個(gè)食道癌，17個(gè)胃 癌，17個(gè)直腸癌，15個(gè)乳腺癌，15個(gè)胰腺癌和15個(gè)大腸癌患者采集來的血液按上述方法獲 取濃度為100%的血清，從中取出1. OmL的溶液注入熒光光譜儀的樣品池中，用上述方法檢 測(cè)出這些血清的熒光光譜圖，再按算術(shù)平均法得出它們的平均熒光光譜。
[0027] 在圖5實(shí)施例中是把從20位健康人采集來的血液按上述方法獲取血清，并從中取 出1. OmL的血清放進(jìn)熒光光譜儀的樣品池中，用上述方法檢測(cè)在這些血清的熒光光譜圖， 按算術(shù)平均方法得出它們的平均熒光光譜圖。同時(shí)，用對(duì)其中一位健康人的血清用生理鹽 水稀釋為濃度為20%，60%，80%和100%時(shí)的溶液，從它們中取出l.OmL溶液注入熒光光 譜儀的石英樣品池中，用該裝置檢測(cè)在不同稀釋濃度下的熒光光譜圖。
[0028] 圖3表征了在任何血清的濃度時(shí)這個(gè)肺癌患者的血清的熒光光譜中在515nm和 624nm處都存在兩個(gè)比較穩(wěn)定的熒光峰，僅管它們的強(qiáng)度和形狀略有不同。圖4表征了雖 然個(gè)別癌癥患者血清光譜圖的形狀和強(qiáng)度有些差異，但所有癌癥都在藍(lán)綠光區(qū)515nm處出 現(xiàn)一個(gè)主峰，在紅光區(qū)625nm處有一個(gè)次峰。但圖5表征了健康人的血清熒光光譜僅在 515nm處有一個(gè)主峰，在625nm處始終沒有出現(xiàn)熒光峰。于是我們確定了用該裝置檢測(cè)到 的625nm處的熒光峰就是這些癌癥病人血液的特征熒光光譜。則我們確定了可使用624nm 熒光特征峰的存在是否來判定癌癥是否出現(xiàn)。從圖4發(fā)現(xiàn)了不同癌癥患者血清的熒光光譜 圖的形狀和強(qiáng)度有些差異。若用癌癥患者組和健康人組的血清熒光光譜515nm和624nm峰 的強(qiáng)度平均值的比I515nm/I 624nm來表示它們的差異，其結(jié)果示在表1中。利用這個(gè)特點(diǎn)我們 能利用該裝置檢測(cè)到的強(qiáng)度比I515nm/I 624nm的不同來區(qū)分不同的癌癥，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同的 癌癥的檢測(cè)和診斷。例如，肺癌患者的I515nm/I 624nm值是10. 713±4. 785左右，肝癌患者的是 10. 856±4. 901左右，結(jié)腸癌患者的是11. 579±4. 791，食道癌患者的是15. 573±6. 791左 右，胃癌患者的是9. 643±3. 875左右，直腸癌患者的是10. 985±4. 652左右，等等。
[0029] 表1，癌癥患者組和健康人組的血清熒光光譜的515nm和624nm峰的強(qiáng)度平均值之 比 l515nmZl624mi
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種由特選的熒光光譜儀，具有不同特性的銳化處理單元的偏振器件組，冷凍離心 機(jī)，特定的稀釋器和帶有多種數(shù)據(jù)處理軟件的電腦有機(jī)集成為一體的裝置，它能自動(dòng)化診 斷和檢查出癌癥病人血清的熒光光譜的515nm主峰和624nm特征峰的強(qiáng)度比值I 515nm/I624nm， 主峰的歸一化半峰寬度值，偏振熒光譜的平行垂直，垂直平行，平行平行和垂直垂直歸一化 半峰寬度值，血清的偏振度，各向異性值和粘度等多種特異性指標(biāo)。本裝置不是幾個(gè)分散的 器件，而是由這些特選的五大主要器件組成的一個(gè)完整儀器，它能對(duì)病人的早期癌癥作自 動(dòng)化和較精確檢查和診斷，即從空腹病人采集來的靜脈血液用冷凍離心機(jī)析出血清，將它 送到特定的稀釋器，與生理鹽水以1 : 1的特定比例進(jìn)行稀釋，再送到特選的熒光光譜儀中 做熒光光譜和偏振熒光光譜的檢測(cè)，最后由帶有多種數(shù)據(jù)處理軟件的電腦自動(dòng)給出癌癥病 人血清的上述九個(gè)特異性指標(biāo)的具體數(shù)據(jù)，以此來判定病人是否存在癌癥。在這個(gè)裝置所 包括的熒光光譜儀是特選的，即它必須能發(fā)射350nm?410nm波長(zhǎng)的光，而不是其它波長(zhǎng)如 488nm的光，并具有S/N > 800dB的靈敏度，0. 8-1. Onm的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度，0. 9-1. Onm的分辨率， 60000nm/min的波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)速度，60000nm/min的波長(zhǎng)掃描速度和0. 002s的響應(yīng)時(shí)間，還能直 接檢測(cè)出在450nm?700nm范圍內(nèi)包含有515nm主峰和624nm特征峰的熒光光譜。裝置中 所制作的稀釋器也是特定的，即血清用生理鹽水稀釋時(shí)一定是以1 : 1的特定比例進(jìn)行，而 不是不稀釋或用其它比例稀釋，如是后者便得不到所要求的熒光光譜的。該裝置所包含的 的銳化處理單元的偏振器件組包括有平行垂直偏振組件，垂直平行偏振組件，平行平行偏 振組件和垂直垂直偏振組件等四種不同形式，它們分別設(shè)置在光譜儀的輸出光路上的斬波 器與樣品池入射面之間和在樣品池射出面與光譜儀的入射凸透鏡間；具體講，如平行垂直 偏振組件是將平行偏振器件放在斬波器與樣品池入射面間，而垂直偏振器件放在樣品池射 出面與凸透鏡間；其它三種偏振組件也按類似方式進(jìn)行放置。利用它們能給出偏振熒光譜 的平行垂直，垂直平行，平行平行和垂直垂直歸一化半峰寬度值，血液的偏振度，各向異性 值和粘度等多種特異性指標(biāo)。通過這些特有組件在裝置中的有機(jī)組合，從而使我們能夠挖 取出癌癥病人的血清所具有的各種不同的特征參量的值，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)病人早期癌癥更精 確的檢查和診斷。電腦所帶的數(shù)據(jù)處理軟件包括能顯示熒光譜和偏振熒光譜的軟件，能給 出515nm主峰和624nm特征峰的強(qiáng)度比值I 515mi/I624nm，主峰的歸一化半峰寬度值，偏振熒光 譜的平行垂直，垂直平行，平行平行和垂直垂直歸一化半峰寬度值，血液的偏振度值，各向 異性值和粘度指標(biāo)值的軟件以及實(shí)現(xiàn)血清在裝置內(nèi)傳送的軟件。該裝置的自動(dòng)化恰好體現(xiàn) 在各種指標(biāo)的測(cè)試和表征癌癥的數(shù)據(jù)是由帶有各種數(shù)據(jù)處理軟件的電腦自動(dòng)化進(jìn)行和給 出的。
【文檔編號(hào)】G01N21/31GK104280350SQ201310275312
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】龐小峰 申請(qǐng)人:龐小峰