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

第30卷，第12期 2010年12月 光谱学与光谱 V01．30，No．12，pp3363-3366 SpectroscopyandSpectralAnalysis December，2010 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 王 颖1，廖小华2，顾 瑛h，陈 荣2“，曾 晶1 1．中国人民解放军总医院激光医学科．北京100853 2．福建省计量科学研究院．福建福州350000 3．福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建福州 350007 摘要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蟹 的变化。采用OceanOptics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『u1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。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，有望更准确地测母PWS皮肤中的氧含最变化。 关键词漫反射光谱；氧含量；光动力疗法；鲜红斑痣 中图分类号：Q631 文献标识码：A Dm：10．3964／j．issn．1000-0593(2010)12—3363—04 引 言 随着对光动力疗法的深入研究，人们逐渐认识到氧是肿 瘤PDT疗效的一个重要影响因素[1]。而鲜红斑痣(portwine stain，PWS)皮肤IllL管管径大，扩张血管是光动力反应耗氧 的场所，同时也是氧补充的来源。光动力治疗中PWS皮肤 氧含量是否也会发生明显的降低，氧是否也是影响光动力治 疗疗效的一个重要因素，到日前为止还没有相关的报道。本 文对PWS治疗中的氧含昔变化情况进行r初步的分析。 关于组织氧含量的监测研究很早就报道L2．3j，最初采用 的方法有微电极极潜法(有创)和磁共振法(无创、高成本)。 目前比较常用的无创方法是漫反射光谱法[4]，其原理是利用 氧合血红蛋白与还原血红蛋白的比例来反应组织氧含最水 平，具有无创、快速、町重复的优点。叮以用于实时监测。本 实验采用可见光波段漫反射光谱技术监测了光动力治疗中 PWS皮肤漫反射光谱的变化，初步分析了光动力治疗中 PWS皮肤氧含量的变化规律及其与疗效之间的关系。 1实验材料与方法 1．1漫反射光谱仪 仪器由光源(LS-1钨卤素灯、光谱范围360～2500 nm)、USB2000微型光纤光谱仪(Oceanoptics．Inc)、Y型光 纤、计算机和电源组成。测量时光纤探头与皮肤表面呈45。 角(减少表面反射光对测量结果的影响)。WS-I-SS标准反射 白板(OceanOptics．Inc)，反射率>95％(2502000nm)， 最高耐受温度为280℃。 1．2实验对象 选择鲜红斑痣病人(14例)，以首次接受光动力治疗的患 者为主。治疗前记录基本信息，包括病变类型、治疗次数、 治疗部位等。根据鲜红斑痣病，变颜色分型如下：P1为粉红， P2为鲜红，P3为深红，P4为浅紫，P5为深紫，P6为深紫并 有增厚或结节改变。 1．3实验方法 在治疗室中摆放好光谱仪，打开光谱采集程序，开电源 前测量仪器的暗电流，然后依次打开电源总开关、钨灯电 源，待光源稳定10min后测量标准门板，微调光纤探头的距 离，使白板在601nlTl的反射光强为3600左右，固定光纤头 收稿日期：2010-02—26。修订日期：2010-05—28 基金项目：国家自然科学基金项目(60878055)和福建省科技厅项日项目(200810015)资助 作者简介：王颖，女，1979年生．中国人民解放军总医院激光医学科主治医师e-mail：25wy@sohu．com *通讯联系人 e-mail：guyinglaser@sina．com 万方数据 光l*学‘J止肼分析 的即离．储存标准I’I扳厦射率，n：滑疗前、清，，过程一I-符lo min和请，r后印划分别测定次漫Ⅱ舯光谱一测屉时停止激 光犏出．选抖治疗区3个测毓点和对侧m常皮肤1个测髓 点．枉测艟RefilL2铡骷位性洲时角度．保Ⅱ齄个治疗过牲 cI，测培位性{坐。 l 4光谱分析 轧合m±肺En、迁原m“蛋白n枉flq的吸收光谱，在 520～60㈨段．Ⅱ原m“蛋I'lg单峰．衄台m红噩自卫m 峰。托近}l：外段也耵嘲址的萎异，迁娘m红蜇n的啦收叫a 商f轧合m红饭自。 黪i@=≯|知c-oo∥ ＼!⋯⋯ 引。删．牡。庐嚣群illJ押—岫∥“⋯““ 2实验结果 21*动女沿疗中PWS＆肤漫豆射光谱变化特点 测显结果g示．枉光功力治疗-l，Pws皮肤的氰台垃变 化存在明Ⅱ个体差异．有的有驯R降低．有的尤明Ⅱ变化， t要‘7PWS肿病变凳Ⅻ和盖。蛳“F舯PWS皮肤的氧肯 嚣变化幅度较小，P6的PWS皮肤的轼含量变化幅艘较^。 部分pws皮肤的毓音量变化冉渡动性，当光强碱划或光照 停JL时．皮肤瞪反射光潸会有u怛向w剁的转空。圈3～周 射鲫巷 5列m两忙患者扯光动力浩'，tfi帅攫厦自恍晰 (1)2187(1)号病例(P5型) 第一次治疗，光刺耻和光破剂缔药fd均鞍小f光敏荆4 。喀·kg‘，澈光功率褂垭80mW⋯)。光雕I{Jmin后． 5帅~600r帅段Ⅲ射难降低(嘲3)．62ur吼趾的匣射书降低 小大。 5fm 550 “⋯‘n ’fH) 75I】 H“I n昏s＆flec。。茹箸眷品spa。。。 No2176(1)“％PW 万方数据 第12期 光谱学与光谱分析 3365 2．2不同病变类型PWS治疗中氯含量变化情况的比较 光动力治疗中氧含鼍的变化与PWS病变类型有显著的 关系。P6型PWS在治疗中均出现了氧含量的降低。 Table1 aIa晖ofoxygen啪蛔吐indiffermt typeofPWS 3讨论与结论 近年来随着对光动力反应和剂量学(量效关系)深入 的研究，氧在光动力反应中的作用引起了广泛的关注。在 1968年，FooteL列将光敏剂受光激发到激发态，然后将能量 传递给基态氧，从而产生单态氧的反应机制，称为z型光动 力反应。目前普遍认为卟啉类光敏剂主要是通过2型光动力 反应机制产生的单态氧。在2型机制中，光敏化剂吸光后， 从基态经寿命极短的单重态，系问窜越到三重态(寿命10-3 ～los)，三重态敏化剂转移能量到分子氧，形成单重态氧 (1Q)，因此102的产生有赖于是否有充足的氧。大量细胞水 平的实验表明，在缺氧条件下，卟啉类光敏剂的光动力活性 会降低[6’7]也有许多实体肿瘤的实验【81表明，将激光功率密 度增加至一定水平后，光动力效应不再升高，反而降低。这 是由于治疗初期高的激光功率密度增强了光化学反应的强 度，但同时也增加了氧的消耗，限制了治疗后期单态氧的进 一步生成。可见，缺氧对光动力效应的限制作用使肿瘤光动 力治疗的量效关系变得更加复杂。因此，了解组织内部氧含 量的变化对于设计光动力治疗和选择氧含量调节方法都 有重要意义。 本文漫反射光谱监测的初步结果显示治疗前不同类型 PWS皮肤氧含量不同，P6型PWS氧合是明显低于P4和P5 型PWS。光动力治疗中大部分P4和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；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，将有 望更准确的测量PWS皮肤中的氧含量变化。 参 考 文 献 [13LeeSeeK，ForbesIJ，BettsWH．Photochem．Photobid．。1984，39：631． [23GibsonSI。，VanDerMddKR．MurantRS，eta1．CancerRes，1990，50：7236． [3]CAIZhi—gang。TIANFeng-hua，ZHAOF十yun，etal(蔡志刚，田丰华，赵福运，等)．chimJ．MicroSurgery(中华显微外科杂志)， 2002。25：207． [4]StevenLJacquesOregonMedialI矗serCenterNewsJan，1998． [5]FooteC&AcoChem．Re&．1968。l：104． [6]LeeSK，ForbeslJ，BettsWH．Photochem．PhotobioL，1984，39：631． [7]MitchellJB。McPbersonS。DeGmffw．CancerRes，1985，45l 2008． L8JSitnikTM，HendersonBw．PhotochemPhotobi01．，1998，67s 462． 万方数据 3366 光谱学与光谱分析 第30卷 PreliminaryStudyonOxygenContentMonitoringforPortWineStains duringPDTUsingDiffuseReflectionSpectra WANGYin91，LIAOXiao-hua2，GUYing¨，CHENRongz“，ZENGJin91 1．DepartmentofLaserMedicine，ChinesePeople’SLiberationArmyGeneralHospital，Beijing100853，China 2．InstituteofLaser，FujianNormalUniversity，Fuzhou350000，China 3．KeyLaboratoryofPhotonicTechnologyofFujianProvince，Fuzhou350007，China AbstractTomeasureoxygencontentinportwinestain(PWS)skinusingdiffusereflectancespectroscopyandmonitorthe changeinoxygencontentduringphotodynamictherapy(PDT)，thediffusereflectancespectraofportwinestainskinweremeas— uredusingtheUSB2000miniaturefiberopticspectrometerimmediately10，20，30and40minaftertreatmentbegan，thenoxy— gencontentateachtimepointwasanalyzedbasedonthedifferenceofabsorptionspectrabetweenHbandHb02．andthechange trendcanbeobserved．Thediffusereflectancespectraof14PWSpatientsweremonitoredduringtreatment，andthechange trendofoxygencontentwereanalyzed．Resultsshowedthatbeforetreatmenttheoxygencontentvariesbetweenpatientswith differenttypeofPWs．DuringPD，r，therewasnoobviouschangeinoxygencontentforskinofmostP4andP5PWS，whileob— viousdeclinewasobservedinoxygencontentforP6PWS．ThecurrentdiffusereflectancespectroscopycanbeusedtOmonitor oxygencontentinPWSskinqualitativelyandobservethechangetrend．TogetmorepreciseoxygencontentinPWSskin，more workisneededtOimprovethesensitivityofdiffusereflectancespectroscopyandaspectraalgorithmshouldbeestablished． Keywor凼Diffusereflectancespectra；Oxygencontent；Photodynamictherapy(PDT)；Portwinestain *Correspondingauthor (ReceivedFeb．26，2010；acceptedMay28，2010) 万方数据