激光医学发展中的问题与对策——记“青年科学家论坛”第68次活动

“青年科学家论坛”是中国科学技术协会为贯彻中共中央、国务院《关于加速科学技术进步的决定》和全国科技大会精神而特别设立的一项活动 ,旨在为扎根国内并已取得一定成就的中、青年科技工作者提供一个学术交流园地 ,鼓励青年科学家走向世界科学最前沿 ,培养和造就跨世纪的优秀科技人才和学术带头人 ,同时促进所在学科的发展。“青年科学家论坛”第 68次活动是首次举行的以激光医学为主题的活动 ,参会代表均为激光医学各领域中从事实际工作的学科带头人或优秀学术骨干 ,他们的观点必将对激光医学的发展产生影响 ,值得关注。现将会议有关内容刊出 。

510．6 nm激光照射对兔在体血管平滑肌细胞超微结构的影响

目的观察510.6 nm激光照射兔在体腹主动脉壁24h后,血管平滑肌细胞超微结构的变化及其与激光剂量的关系。方法新西兰白兔12只,由股动脉导入柱状光纤至腹主动脉,在血管腔内进行分段激光照射,根据光照剂量分为6组。1～5组的光剂量分别为100mW/cm^2×500 s、100mW/cm^2×1000 s、150mW/cm^2×1000 s、200mW/cm^2×500 s、200mW/cm^2×1 000 s;第6组为对照组,不照射激光。照光后24 h处死动物,取照射段血管组织,观察血管平滑肌细胞的超微结构的改变。结果兔腹主动脉经功率密度为100 mW/cm^2或150 mW/cm^2的激光照射后,血管平滑肌细胞出现以细胞凋亡为主要特征的形态结构改变,其损伤部位以线粒体为主。功率密度为200 mW/cm^2的激光照射后,血管平滑肌细胞以坏死为主。激光照射后兔血管平滑肌细胞的上述形态变化主要与激光功率密度和照射时间有关。结论功率密度为100 mW/cm^2或150 mW/cm^2的510.6 nm激光照射后24 h在体兔血管平滑肌细胞出现凋亡。

利用腔内激光技术制作肝静脉阻塞性布加氏综合征模型的探讨

目的 利用腔内激光光凝技术探讨制作肝静脉阻塞性布加氏综合征动物模型的可行性 ,为进一步探讨本病合理的治疗方案提供研究对象。方法 2 0条杂种犬 ,随机等分为实验组和对照组 ,在自动控制X光机监视下 ,利用介入技术将光纤导丝分别放入肝左静脉和肝右静脉 ,实验组以功率为 6W的 81 0nm半导体激光光凝主干肝静脉 ,对照组不做光凝处理。饲养 5个月后在全身麻醉下 ,观察门静脉的压力和肝脏的病理变化 ,与未行本项操作的家犬门静脉和肝脏组织进行比较。结果 实验组均出现肝静脉闭塞或严重狭窄、胃底食管静脉曲张、淤血性肝硬化 ,而对照组正常。实验组和对照组门静脉压力分别为 2 5 33± 7 1 1cmH2 O(1cmH2 O =98 0 7Pa)和 1 0 6 4± 3 70cmH2 O ,二者差异有显著意义 (P <0 0 1 )。结论 利用介入激光光凝技术可成功制作肝静脉阻塞型布加氏综合征家犬模型 ,为进一步探讨肝静脉阻塞型布加氏综合征的发病机制和治疗方案提供研究对象。

510.6nm激光对兔血管平滑肌细胞、内皮细胞选择性损伤作用的研究

目的观察激光照射后兔血管平滑肌细胞、内皮细胞形态结构变化特点,观察激光对血管壁的损伤是否有选择性,为防止再狭窄提供实验依据。方法用能量密度为50、100、150和200J/cm2的铜蒸气激光照射兔腹主动脉,分别用光镜、电镜、图像分析方法,观察激光照射后第24小时,血管平滑肌细胞、内皮细胞形态、结构变化。结果100J/cm2能量密度的激光照射后,血管平滑肌细胞出现细胞核固缩,细胞质凝集贴边,细胞核面积均值缩小等损伤性改变。经同等剂量激光照射,而内皮细胞无明显变化。结论经100J/cm2的铜蒸气激光照射可损伤在体血管平滑肌细胞,而对内皮细胞无明显作用。激光对血管壁的损伤具有一定的选择性。

进展期食管癌的光动力治疗

目的观察光动力疗法治疗进展期食管癌的近期疗效。方法胃镜检查及病理学检查诊断为进展期食管癌患者1例,静脉注射光敏剂PSD-0075mg/kg后6h,应用波长630nm的半导体激光进行光动力治疗,功率密度150mW/cm2,照光时间30min,能量密度270J/cm2。术后5周复查胃镜并进行病理学检查,评价近期疗效。并记录术中和术后不良反应发生情况。结果术后1周患者梗阻症状完全缓解,术后5周胃镜示原病灶完全消退,病理检查未发现肿瘤细胞。术中及术后无出血、穿孔及瘢痕狭窄等不良反应发生。结论光动力疗法治疗进展期食管癌安全、有效、损伤小,术后恢复快,能显著提高患者的生活质量。

鲜红斑痣光动力治疗的荧光光谱监测

应用荧光光谱技术监测了鲜红斑痣(PWS)光动力治疗(PDT)中的光敏剂血药浓度与光产物生成。以532 nm倍频Nd∶YAG激光器作为PDT照射光源与荧光激发光源,以光谱仪与ICCD采集荧光光谱。在系统验证实验中,构建含有血卟啉单甲醚(HMME)的小鼠正常皮肤的荧光基本光谱,通过最小二乘光谱拟合区分HMME荧光(624 nm)与光产物荧光(652 nm)。含有PSD-007的病人患区荧光光谱拟合采用相同基本光谱,获得不同病人个体具有显著差异的光敏剂血药浓度曲线与光产物生成漂白曲线。所建立的荧光光谱监测系统与光谱拟合方法可为PDT精确量化剂量学方法的建立提供技术手段,所得结果有利于制定个性化的PDT治疗方案。

漫反射光谱用于光动力治疗中鲜红斑痣皮肤氧含量监测的初步研究

尝试利用漫反射光谱检测鲜红斑痣皮肤的氧含量,并用于监测光动力治疗中鲜红斑痣皮肤氧含量的变化。采用Ocean Optics公司生产的USB2000微型光纤光谱仪采集PWS皮肤的漫反射光谱,根据氧合血红蛋白与还原血红蛋白(皮肤中两种主要的吸光基团)吸收光谱的差异,分析病变皮肤氧含量及治疗中氧含量的变化趋势。对14例PWS患者进行治疗中皮肤漫反射光谱的监测。结果显示,治疗前不同类型PWS皮肤氧含量不同,光动力治疗中大部分P4、P5型PWS皮肤氧含量没有显著降低,P6型PWS皮肤氧含量降低明显。表明现有的漫反射光谱法可定性监测PWS皮肤氧含量的变化趋势。通过进一步提高仪器的灵敏度并建立相应的光谱分析方法,有望更准确地测量PWS皮肤中的氧含量变化。

荧光光谱用于光动力疗法中光敏剂光漂白特性研究

应用荧光光谱技术研究溶液中血卟啉单甲醚(HMME)的光漂白与光产物生成。以532nm倍频Nd∶YAG激光器照射样品,功率密度为100mW.cm-2,以光学多通道分析仪(OMA)采集荧光光谱。照光过程与荧光光谱采集同步进行。通过构建基本光谱与最小二乘拟合,由单条实测光谱中分解求得HMME荧光(613nm)、光产物荧光(639nm)及自体荧光的强度。HMME初始浓度不超过10μg.mL-1时符合荧光-浓度线性函数关系。对照光过程的荧光光谱监测同时观察到HMME漂白、光产物生成与漂白,以及样品光学特性变化引起的自体荧光强度起伏。光产物漂白后的二次产物引起样品光学特性显著改变。所建立的荧光光谱探测系统与光谱分析方法可满足光敏剂漂白特性体外研究的需要,并为光动力治疗的剂量学在体监测提供有效研究方法。

鲜红斑痣光动力治疗中皮肤光谱特点的变化

尝试利用漫反射光谱和荧光光谱检测鲜红斑痣皮肤在光动力治疗中的变化特点,用于分析治疗中组织光学特性的变化,指导光剂量的制定。在光动力治疗中,采用微型光纤光谱仪监测PWS皮肤的漫反射光谱和荧光光谱,结合PWS结构特点以及皮肤中主要吸光基团的吸收光谱,分析术中、术后相关组织成分变化及对应的光学特性变化。PDT治疗中PWS皮肤的反射光谱的变化主要是血红蛋白和黑色素吸收波段的反射率增加或降低;部分患者伴有反射光谱形态的变化,主要是两种血红蛋白吸收光谱差异明显的波段。PWS组织的荧光光谱也反映了组织中血液含量的信息。漫反射光谱监测可反映组织中血液含量、血氧含量、黑色素含量变化引起的组织光学特性变化,进一步进行深入研究可提供PDT中组织光学特性动态变化的信息。

光动力疗法治疗残胃复发癌的远期疗效

目的评价光动力疗法治疗残胃复发癌的远期疗效。方法胃癌术后残胃复发癌患者1例,于2000～2005年间先后进行4次光动力治疗。静脉推注光敏剂5mg/kg(前3次为HpD,第4次为PSD-007)后36～48h,在胃镜下应用金蒸气激光(波长627.8nm)以点状光纤进行照射,激光功率密度为100～200mW/cm2,照光时间20～30min,能量密度为120～360J/cm2。术后定期复查胃镜和长期随访,进行近期及远期疗效评价。结果术后4～5周胃镜及病理学检查局部癌灶消失,随访5～10年胃镜及病理检查均未发现局部肿瘤复发。术中及术后未见不良反应发生。结论光动力疗法对残胃复发癌是一种安全、有效、可以重复进行的微创治疗,不破坏组织器官的功能和完整性,能明显改善患者的生活质量,远期疗效较好。

眼生物力学性质的测量技术与方法

角膜与晶状体是眼的主要屈光成分,且均为不均匀、各向异性的生物粘弹性组织器官,其生物力学特性是保持眼正常形态与屈光功能的结构基础。针对角膜、晶状体的生物力学测量方法将为相关疾病的早期诊断及开发有效治疗策略提供新的思路。传统生物力学测量方法多数为有创的离体方式;而临床中仅有的在体测量仪器,其正确性与实用性尚需探讨。近年来,伴随光学先进技术手段的发展,如利用声辐射力结合超快激光技术或光学相干断层扫描技术等,期待能够在传统的测量方式上加以改进,从而实现对角膜、晶状体生物力学更加精确、实用的在体测量。本文着力于对该领域作一个全景式的概括,使相关人员通过阅读本文获得对该领域的整体把握。

激光医学

激光医学是伴随激光技术的诞生而出现的一个新兴学科,在纪念激光发明50周年之际,文章回顾了激光医学的发展历史、临床应用和现阶段存在的问题.经过近50年的发展,激光医学形成了以强激光治疗、弱激光治疗、光动力治疗为主体的治疗模式,开拓出了一系列的新型光学诊断技术,文章对各项治疗和诊断技术及其发展趋势进行了简单的介绍.

评估光动力血管损伤的光学监测技术

血管靶向光动力疗法(Vascular targeted photodynamic therapy,V-PDT)已成为临床治疗鲜红斑痣和老年黄斑变性等血管性疾病的重要方法。V-PDT通过主动或被动血管靶向的作用机制诱发系列生物响应以封闭病变血管。本文评述了V-PDT的作用机制和血管生物学响应,重点讨论了用于评估V-PDT中血管损伤的光谱与成像技术,并分析了这些技术的优点和局限性。最后展望了用于评估V-PDT血管损伤的光学技术发展及其应用前景。

光动力疗法的免疫效应

光动力疗法(photodynamic therapy,PDT)可用于治疗多种癌前病变、恶性肿瘤、血管疾病和感染性疾病。其疗效不仅取决于光动力学反应对靶细胞的直接作用,病灶局部的炎性反应和免疫反应对疗效也有重要的间接影响。本文对光动力疗法的免疫效应(immunological effects)及其机理和意义进行了概述。

人外周血T细胞活化状态对血卟啉单甲醚吸收的影响

目的:观察健康人外周血T细胞的活化状态对其吸收新型光敏剂血卟啉单甲醚(HMME)的影响。以期为进一步研究HMME-PDT对活化T细胞选择性作用提供实验依据。方法:以流式细胞仪检测孵育浓度和孵育时间对活化T细胞吸收HMME的影响。密度梯度法常规分离人外周血淋巴细胞,分别以多克隆刺激剂PHA和PDB+Ion刺激T细胞活化,同时设立未加刺激剂的静止T细胞作对照。在评价孵育浓度对T细胞吸收HMME的影响时,将上述处理的淋巴细胞分别与0、5、10、20、30和40mg/L的HMME孵育1h,经CD3抗体染色后进行T细胞HMME吸收分析。在评价T细胞活化状态对HMME吸收量与孵育时间相关性的影响时,将培养的淋巴细胞与10mg/L的HMME分别孵育0-160min后进行检测。结果:T细胞的活化使其HMME吸收量的孵育浓度相关曲线以及孵育时间相关曲线较静止T细胞右移和上移。在一定孵育浓度范围内(5-20mg/L),活化T细胞对HMME的吸收量明显大于静止T细胞,差别具有统计学意义。然而,随着孵育浓度的进一步增加,活化T细胞与静止T细胞对HMME吸收量的差异逐渐减小。在10mg/L HMME孵育浓度的条件下,不论活化与否,随着孵育时间的延长,T细胞内HMME的吸收量在逐渐增强。在15-60min之间,活化T细胞HMME吸收量明显高于静止T细胞。结论:活化T细胞与静止T细胞HMME吸收量的差别取决于其孵育浓度和孵育时间,在一定孵育浓度和孵育时间范围内,活化T细胞HMME的吸收量明显高于静止T细胞,提示这可能有助于形成选择性删除活化T细胞的剂量关联和时间关联的HMME-PDT治疗窗口。

血卟啉单甲醚光动力学疗法对小鼠接触性超敏反应的抑制效应

目的探讨血卟啉单甲醚光动力学疗法(hematoporphyrin monomethyl ether mediated photodynamic therapy,HMME-PDT)对小鼠接触性超敏反应(contacthypersensitivity,CHS)的影响。方法雌性BALB/c小鼠按功率密度分为50和100mW/cm2两个实验组,同时设置单纯照光组、单纯光敏剂组、空白对照组以及DNFB组。PDT处理后3d,各实验组分别以2,4-二硝基氟苯(DNFB)诱发小鼠右耳变应性接触性皮炎,以游标卡尺测量发敏前后右耳的厚度差;对于功率密度为50mW/cm2组,进一步观察了PDT处理前4d或PDT处理后1、3和12d,DNFB发敏前后小鼠右耳的厚度差,并对PDT后3d组行组织学检查,以目镜网格测微尺计算浸润炎症细胞数量。结果处理前4d预先以DNFB致敏,PDT对CHS无抑制作用(P>0.05)。反之,PDT照射后1、3或12d再以DNFB致敏,则PDT能对CHS产生显著抑制作用(P<0.01),其抑制率分别为58%,63%,47%。且无论是以50mW/cm2还是以100mW/cm2功率密度的激光照射,这种抑制作用均存在。未经任何干预,DNFB致敏组致敏右耳浸润的单核细胞和中性粒细胞的数量增加,而经PDT处理后,浸润的炎性细胞明显减少,二者之间存在显著性差异(P<0.01)。结论HMME-PDT能对正常小鼠接触性超敏反应产生明显抑制作用,并有短暂持续效应。

光动力治疗光源的研究新进展

光动力疗法(PDT)是一种联合利用治疗光源、光敏剂和氧分子,选择性治疗恶性肿瘤和良性疾病的精准靶向疗法。光源作为PDT治疗的关键要素之一,其发光波长、照光方式和剂量直接影响疗效。本文详细介绍了太阳光、近红外光、X射线、在体发光和发光二极管等5种PDT光源的研究新进展,并分析了这五种治疗光源在生物组织穿透深度上的不同特性以及所存在的不足。随后,重点讨论了以提高PDT治疗精度为目标的体表照光和体内照光等两种个性化照光模式。研发操作简便、价格低廉、性能优异的新型PDT光源是未来的发展方向。

漫反射光谱测量皮窗模型中血管的血氧饱和度

血管中的血氧饱和度(Oxygen saturation,St O2)作为影响血管靶向光动力疗法(Vascular targeted photodynamic therapy,V-PDT)疗效的关键要素之一,实验测量了活体裸鼠背皮窗模型中血管的漫反射光谱(450-800nm),并通过拟合漫反射光谱数据定量获得了血管中的St O2。同时,研究了高氧、低氧和常氧等三种不同氧条件下V-PDT中血管的St O2和血管管径的变化情况。结果表明,高氧和常氧条件下的平均St O2和血管收缩较为显著,但低氧组的平均St O2和血管收缩不明显。在相同氧条件和不同光照功率密度条件下,V-PDT前后靶向血管的平均St O2与血管管径的变化之间没有显著相关性,但V-PDT前后平均St O2的变化量与光照功率密度之间呈正相关。

下肢静脉曲张激光治疗前后血管内皮细胞功能的变化

目的探讨下肢静脉曲张激光治疗前后血管内皮细胞功能的变化。方法下肢静脉曲张患者52例,均接受激光微创治疗,同时选择52例同期、同龄、同性别健康查体者作为对照。分别抽取空腹静脉血制备相关标本,利用放射免疫和Griess方法测定血浆内皮素-1(endothelin-1,ET-1)、一氧化氮(nitric oxide,NO),利用密度梯度法测定血液循环血管内皮细胞计数(circulating endothelial counting,CEC),同时测定手术后临床治愈后2周血CEC、ET-1和NO水平。结果 52例患者血浆ET-1水平和血中CEC水平均高于正常对照组(P<0.05),而NO水平则低于正常对照组(P<0.05)。术后2周其血浆ET-1水平、血中CEC水平和NO水平恢复正常或接近正常水平。结论下肢静脉曲张患者存在血管内皮细胞的损伤,激光术前和术后检测外周血CEC、ET-1和NO值的改变,有助于临床疗效的判定。

大隐静脉曲张激光光凝后曲张血管超微结构的观察

目的观察大隐静脉曲张激光凝后超微结构的变化,从亚细胞水平探讨激光治疗曲张静脉的病理学依据。方法激光治疗组,大隐静脉曲张患者20例,采用半导体激光光凝治疗,即刻取光凝后曲张静脉1 cm。对照组,患者20例,采用同期需正常大隐静脉作为移植材料者,在留取移植用正常静脉血管后,剩余部分作为正常对照组。分别行HE染色和电子显微镜超微结构检查。结果激光组,光凝后静脉管壁内膜和中膜直接烧灼处细胞结构完全消失,深达中膜层,邻近区域内膜内皮下空泡形成,趋于死亡或直接脱落,局部形成溃疡,中膜暴露,管腔部位的平滑肌细胞肿胀,呈椭圆形,细胞膜完整性破坏,基板破坏或消失,肌浆网扩张呈空泡状,线粒体肿胀或皱缩。细胞核浓缩,表现为深染变小或细胞核染色质趋边,核膜模糊。弹力纤维内肌丝疏松甚至完全消失,溶酶体增多,出现髓样小体。附近血管壁血小板聚集,见α颗粒,致密核心颗粒、伪足形成,平铺于胶原纤维表面。外膜超微结构无明显变化。对照组,正常大隐静脉分3层,内膜为单层内皮细胞,中膜为平滑肌细胞,细胞器结构清楚,细胞超微结构无明显异常,弹力纤维和胶原纤维完整。结论激光光凝治疗后曲张静脉内膜和部分中膜结构破坏,内皮细胞坏死或脱落,局部溃疡形成,平滑肌细胞核和细胞器均发生病理性改变,血小板聚、附壁,可能是光凝部位静脉血管闭塞的结构基础,从亚细胞水平提供了激光治疗曲张静脉的形态学依据。