《Lasers in Medical Science》：Tumor border delineation in basal cell carcinoma using Fourier analysis
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基底细胞癌（basal cell carcinoma，BCC）是白种人中最常见的恶性肿瘤。手术切除是治疗BCC的金标准；然而，边界不清常给彻底切除带来挑战。因此，需要高效的成像技术，以便在术前和术中实现BCC肿瘤边界的可视化与定量评估。研究人员旨在利用非线性光
基底细胞癌（basal cell carcinoma，BCC）是白种人中最常见的恶性肿瘤。手术切除是治疗BCC的金标准；然而，边界不清常给彻底切除带来挑战。因此，需要高效的成像技术，以便在术前和术中实现BCC肿瘤边界的可视化与定量评估。研究人员旨在利用非线性光学显微镜开发一种用于肿瘤边界勾画的数学算法。研究人员从结节型、微结节型和浸润型BCC皮肤切片中获取了双光子激发自发荧光（two-photon excitation auto-fluorescence，2PEF）和二次谐波产生（second-harmonic generation，SHG）图像。对二维SHG图像执行快速傅里叶变换（fast Fourier transform，FFT）分析，以表征胶原纤维结构。基于健康组织与肿瘤微环境之间胶原纤维网络的差异，生成热图以可视化BCC皮肤切片的预测肿瘤边界。空间网格分辨率被证明是FFT分析的关键参数，使用0.14×0.14 mm2的单元尺寸时边界勾画准确度最高。较小的单元会遗漏小肿瘤巢，较大的单元则会因把毛囊等正常解剖结构纳入预测边界而降低敏感性。
《Lasers in Medical Science》刊发的该项研究以基底细胞癌（basal cell carcinoma，BCC）手术边界评估难题为背景。BCC是白种人最常见恶性肿瘤，虽少转移，但局部侵袭可造成功能和外观损害；外科切除为金标准，而BCC常边界不清，单靠查体与皮肤镜难以确诊和判断切缘，传统苏木精—伊红（hematoxylin and eosin，H&E）组织学虽为诊断基准，但无法实现术中快速、客观、定量的边界评估。已有研究提示BCC巢周胶原纤维更长、角度更小、排列更规整，非线性光学显微镜（nonlinear optical microscopy，NLM）可在无标记条件下显示皮肤结构，因此研究人员希望借助胶原网络重组特征，建立数学化、可可视化的肿瘤边界勾画方法。
研究人员利用约800 nm、20 MHz、亚皮秒掺钛蓝宝石激光，经空心光子带隙光纤耦合至显微镜，以20×水浸物镜获取组织切片图像；用405/20 nm滤片选二次谐波产生（second-harmonic generation，SHG）信号以显示胶原，用590/40 nm滤片选双光子激发自发荧光（two-photon excitation auto-fluorescence，2PEF）信号以显示角蛋白。样本为福尔马林固定、石蜡包埋后制成的50 μm厚切片，含4例结节型、4例微结节型、4例浸润型BCC。主要技术方法为：对SHG拼图按不同网格划分单元，剔除空白视野后做快速傅里叶变换（fast Fourier transform，FFT），将功率谱拟合椭圆，计算胶原取向（collagen orientation，CO）指数即椭圆长轴/短轴比，再用MATLAB生成热图，并以2PEF辅助区分肿瘤巢与附属器结构。
Results
研究人员对三类BCC切片做FFT分析，发现单个0.42×0.42 mm2视野划分为3×3单元、对应单元尺寸约0.14×0.14 mm2时，分辨率和准确性最佳；过小单元使弯曲与笔直纤维差异减弱，过大单元会漏掉小肿瘤巢。结节型BCC中高热图区围绕大肿瘤块，H&E对应红线圈出边界。微结节型BCC中小肿瘤巢被较直粗胶原包绕，热图不仅标出边界，也标出肿瘤内部微结节区域。浸润型BCC胶原束厚但网格设置困难，高分辨率准确性差，增大单元又遗漏小巢。研究人员还发现毛囊周围胶原可产生与肿瘤巢类似的CO，仅靠SHG误判，需2PEF看细胞形态来区分。
Discussion
研究人员指出，健康真皮胶原更波浪、随机，肿瘤巢周胶原更平行，故CO升高可用于边界量化；但单元尺寸、纤维粗细、毛囊和皮脂腺等附属器都会造成假阳性。该研究把胶原网络组织度作为BCC存在的定量生物标志物，证明SHG+FFT可提供客观、操作者无关的边界信息，2PEF补充形态学信息。相较于皮肤镜、光学相干断层扫描（optical coherence tomography，OCT）、反射共聚焦显微镜（reflectance confocal microscopy，RCM），NLM具化学选择性、可达近似组织学分辨率，但本研究样本小、为离体试点、成像深度0.2–0.4 mm、视野小、速度慢，尚不能用于术中常规。结论可译为：研究人员建立了一种基于SHG图像FFT分析与2PEF辅助的BCC肿瘤边界勾画算法；胶原取向指数是反映肿瘤相关基质重塑的定量指标；3×3网格、0.14×0.14 mm2单元最利于边界识别；单独SHG会把毛囊等附属器误判为肿瘤，必须结合2PEF；该方法为无标记、可量化的手术切缘评估提供了思路，但需扩大样本、优化参数并走向手持/术中系统后才能进入临床。
