[发明专利]用于复合上皮早期癌症的诊断和分期的系统、计算机可读介质、方法和使用

说明书

技术领域

本发明总体涉及医疗诊断领域。更具体地，本发明涉及一种用于通过组合的差分路径长度光谱学和偏振光散射光谱学来对早期癌症进行检测和分期的系统、计算机可读介质和方法。 

背景技术

癌症是世界上死亡的三大原因之一。在所有的癌症中，超过85％具有上皮起源，这意味着它们与表面紧密相关。一个实例是皮肤。皮肤由三个原生层组成：表皮，其提供防水并且用作阻挡感染的屏障；真皮，其用作皮肤的附着物的位置；和下皮，皮下脂肪层，其也被称为基膜。 

表皮是皮肤的最外面的层。它在身体的表面形成防水、保护性包裹，并且由下面具有基片的分层的鳞状上皮构成。 

基底层或层云基底(stratus basale)定位在表皮与真皮之间，其由位于基底膜上的高的、简单的柱状上皮细胞的单个层组成。这些细胞经历快速的细胞分裂、有丝分裂以通过从表面脱落来补偿皮肤的常规损失。大约25％的细胞是黑素细胞，其产生为皮肤和头发提供色素沉着的黑色素。 

所述真皮是在由结缔组织组成的表皮之下的皮肤层并且为身体缓和应力和张力。该真皮通过基底层紧紧地连接到表皮。真皮中的血管向它自己的细胞以及表皮的基底层提供营养和清除废物。 

下皮不是皮肤的一部分，并且位于真皮下面。其目的是将皮肤附着到下面的骨骼和肌肉以及为皮肤提供血管和神经。 

除皮肤之外，还存在若干种其他的上皮癌类型，尤其是肺癌、宫颈癌、胃肠癌以及皮肤癌。上皮癌的发展可以表征为不同的阶段。 

在增生阶段，细胞的形态没有变化，只是上皮层的数量发生变化，从而表皮的厚度发生变化。 

在发育异常阶段，细胞的形状和尺寸发生变化。而且，对于在发 育异常(所谓的血管生成)期间癌变前的上皮微脉管血液含量的增加，存在明显的证据，这在发育异常阶段中在良性瘤中不是典型的。因此，血管生成是恶性增生的唯一标志。此外，在后期的发育异常或癌症中血氧含量减少。 

在处于原位阶段的癌症中，细胞形态已经甚至进一步变化并且异常细胞已经遍及整个表皮。 

最后，在癌症阶段，癌细胞已经穿过基底层并且可以向整个身体扩展或转移。 

差分路径长度光谱学(DPS)(参见专利申请WO2005/029051)是用于癌症检测的光学技术，这些癌症例如乳腺癌、口腔癌以及脑癌。它是一种光纤技术，其中由传送-收集(DC)光纤将白色光传送到组织。所述光的一部分被混浊组织反向散射并且被两个光纤测量，即DC光纤和粘到DC光纤的收集光纤。实际信号是这两个光纤的信号之间的差。这两个信号的差减少了多次散射光子在信号中的存在，并且以此方式减少了探测深度。DPS根据单次或多次散射光子结合恒定的探测深度测量组织属性，该探测深度可以通过选择特定的光纤直径来调节。所述恒定的路径长度实现了对血氧、血液量、平均血管直径和散射的绝对测量，当组织癌变时所有这些指标都发生变化。DPS的缺点在于，它不适合用于组织畸变的早期检测，因为当癌症已经发展时，仅仅四分之三的参数发生明显变化。例如，在增生阶段，血氧、血液量、平均血管直径将不会发生变化。在增生阶段只有所述散射受到影响。然而，DPS的特征是对于所述参数的变化不是非常敏感。 

另一种用于癌症检测的已知技术是偏振光散射光谱学(LSS)(参见V.Backman等人于1999年7月发表在IEEE J.的第五卷第4期第1019页的Selected Topics Quantum Electron。)。LSS的原理是，来自白色光源的线性偏振的光入射到待研究的组织上。检测漫散射的光并且测量两个偏振分量的强度。该技术的原理基于下列事实：散射一次或两次的光子大多数将保持它们的偏振，而多次散射的光子将失去它们的偏振。因此，通过将这两个测量光强I_⊥和I_||相减，所述多次散射光子的贡献将取消。可以使用米氏理论(Mie theory)来模拟组织的LSS光谱，并且通过对试验光谱的拟合可以获得三个参数：平均细胞尺寸、细胞尺寸的标准偏差和组织的折射率。已经示出，对于恶性组织，这三个参数是不同的并且可以用于癌症检测。LSS的缺点在于，它对癌症组织的早期阶段的检测不敏感，因为最大成像深度或探测深度是有限的，使得仅仅能够成像有限部分的表皮。这使得LSS对增生阶段不敏感，因为增生阶段中表皮的层增厚不能被测量。而且，由于LSS的有限的探测深度，不能从上皮层下面获得散射信息，这是对于区分原位癌与恶性肿瘤是重要的。