第２７卷，第８期２０Ｏ７年８月
光谱学与光谱分析
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ＳｐｅｃｔＭＩＡｎａｌｙｓｉｓ
Ｖ。Ｌ２７，Ｎ０ｌ８，ｐｐｌ６０３－１６０６
Ａｕｇｕｓｔ，２００７
糖尿病与正常大鼠视网膜组织显微高光谱图像数据研究
李庆利１，薛永祺２，张敬法３，刘治
１上海交通大学电子信息与电气１｜程学院，上海２０００３０
２．中国科学院上海技术物理研究所．上海２０∞８３
３上海交通大学健康研究所，上海２。００３０
摘要使用自行研制的显微高光谱成像仪采集了正常、糖尿病和药物治疗后大鼠的视嘲膜组织切片的显
微高光谱图像数据。通过对正常对照组，糖尿病组、药物治疗３周组和药物治疗６周组４组共６０例样本的显微高光谱数据进行处理，提取其外桩丛透射光谱曲线进行对比分析发现，大鼠视网膜外核丛组织在４００～
８。ｏ
ｒｎ光谱范围内存在３个谱蟑，且正常大鼠视网膜外棱丛组织光谱曲线在第１Ｉｓ渡段的谱峰硝显高于糖
尿病大鼠相同位置的潜峰。另外，经过注射Ｌ（了ｖｓｌｏｏｌ药物治疗后大鼠视网膜外核丛组织的光谱曲线有逐渐向正常光谱曲线转变的趋势。通过该研究表明，可以利用显微高光谱成像仪来研究糖尿病大鼠视网膜的光谱特征以及物理化学组成等变化。
关键词糖尿病视网膜病；显微高光谱成像仪；光谱中图分类号：（）６５７．３
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００一０５９３（２００７）０８
１６０３０４
引言
随着人民生活水平的日益提高，糖尿病患病率正急剧增加，已成为影响人类身体健康的主要疾病之一口’“。糖尿病
若没有得到及时诊断和正规治疗，可引起多种慢性并发症。
据统计，约有３０％的糖尿病患者并发增生性视网膜病，其中
每年有１．２％可能发展到失明口］。糖尿病性襁网膜病变（ｄｉａ
ｂｅｔｉｃｒｅ¨ｎｏ衄ｔｈｙ，ＤＲ）是糖尿病最常见和最严重的微血管并
发症之一，ＤＲ的病理特征为视网膜新生血管形成和职Ｂ破
坏，它是糖尿病患者视力丧失的主要原因呻Ｊ。鉴于糖尿病
并发症的巨大危害，寻找筛选征服其并发症的有效药物已成为当今医学界竞相研究的热点。
本文首次利用自行研制的显微高光谱成像仪对正常、糖尿病和药物治疗后大鼠的视网膜外核丛组织进行了检测和对比分析，旨在通过图谱结合的方式检测糖尿病视网膜病变的发生以及药物治疗效果，为临床寻找更有效的治疗方法提供参考。
１试验
１样品及其制备
６０侧大鼠视网膜样本均由上海健康研究所提供，样本
分为Ｎ，Ｄ，Ｅ＿Ｉ，Ｅ＿Ⅱ四组，其中Ｎ为正常对照组；Ｄ为患糖尿病组，用链脲霉素（ｓｔｒ印ｔｏｚｏｃｉｎ，ｓＪＺ）腹腔注射后，会
出现糖尿病的相应的症状：多饮，多食，多尿，体重下降和血糖升高等表现，以此作为糖尿病组样本；ＢＩ为采用玻璃体腔内注射ＬｃＶｓｌ００１药物治疗３周组；Ｅ＿Ⅱ为采用玻璃体
腔内注射ＬｃＶｓ】００１药物治疗６周组。将所有大鼠样本全身麻醉后，脱颈处死后取出眼球。将取出的眼球放入４％ＰＢＳ缓冲的多聚甲醛固定２４ｈ以上。在解剖显微镜下，去掉眼前节（包括角膜、虹膜和晶状体），并将眼球外组织剔除掉．剩余的部分为眼杯。将眼杯放人ｌｏ％，２０％和３０％的ＰＢＳ缓冲的蔗糖溶液中梯度脱水。在冰冻切片机上进行切片，获得经过视神经的视网膜冰冻切片样本。１．２试验仪器
采用自行研制的显微高光谱成像仪对４组６０例样本进行测量，获取了相应的大鼠视网膜组织切片显微高光谱图像数据。显微高光谱成像仪根据推帚式成像光谱仪的原理进行设计口－”，系统原理图如图１所示。处于显微镜载物台上的样品被柯勒照明系统照明，瞬时视场内的样品条带通过显微
镜物镜成像于光谱仪的狭缝处，再经过光栅及棱镜分光组件
后＋在垂直样品条带方向按光谱色散，最后成像于ｃｃＤ像
面。ｃｃＤ光敏面平行于狭缝的一维称为空间维，垂直于狭缝
收辅日期：２００争０３一ｉ８．修订日期：ｚ００６
０６
ｚ６
基金项目：国家岛技术。８６３”计划项目（２００１ＡＡｌ３１０９０）资助作者简介：李庆利，１９７７年阜，上海交通大学自动化系博士研究生
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１６０４
光谱学与光谱分析第２７卷
的一维称为光谱维，空间维每一行光敏元上得到的是样品条带一个光谱波段的像，这
样面阵ｃｃＤ相机每帧图像便对应于一个样品条带的多光谱图像。通过载物台自动装置对样品
进行推扫，就得到整个样品的二维图像及光谱数据，即图像
立方体（如图２）。该仪器的光谱范围为４∞～８００ｎｍ，有效象元数６４０×３∞，共２４０个波段，光谱分辨率优于２ｎｒｎ，当选
用４０倍物镜时，空问分辨率为Ｌ
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２结果
通过试验获得了４组共计６０例大鼠视网膜组织切片的显微高光谱图像。提取出各组样本视网膜外核丛组织细胞的光谱曲线进行比较发现，正常、患糖尿病和药物治疗的大鼠视网膜切片外核丛细胞的光谱曲线在第一个波峰处存在明显差异。本文从４组样本中各选取１个样本，取其第１２０波段的图像和其外核丛组织细胞对应的光谱曲线进行比较，如图３（ａ）～图３（ｄ）所示。图中（ａ）～图（ｄ）分别为正常对照组、糖尿病组、药物治疗３周组和药物治疗６周组的试验结果，每组图中同时列出了第１２０波段图像和图
像中箭头所指点对应的光谱蓝线。
从图３可以看出，所有大鼠视网膜外核丛组织的光谱曲
线都是在第１１３（中心波长６０１．４衄）、１４６（中心波长６５９．７
ｎｎｌ）和１８０（中心波长７２４．ｏｎｍ）波段附近存在谱峰；其中正常组织的谱峰最为明显，而患有糖尿病的大鼠视网膜外核丛组织第１个谱峰最弱，与正常组织相比差别比较大；经过注射药物Ｉ￡ｖｓｌｏｏｌ治疗后，第１个谱峰开始逐渐增强，谱的
整体形态也逐渐接近正常光谱。将图３中四组样本光谱曲线
叠加在一起比较，如图４所示。从图中可以明显看出，患糖尿病大鼠样本经过药物治疗后，其视网膜外核丛组织的光谱曲线有向正常样本光谱曲线转变的趋势。
３讨论
显微高光谱图像数据可以从多角度，从分子水平提供物质结构和组成的信息。大鼠视网膜组织的高光谱图像数据经
过简单处理以后，可以给出糖尿病视网膜组织和正常组织的差别，并给出药物治疗后的对比效果。
本研究结果显示，在糖尿病早期和ＤＲ出现之前，糖尿
病大鼠的视网膜外核丛组织４００～８００
ｍ范围光谱曲线已经
开始发生变化，在第ｎ３波段（中心波长６０１．４ｒ吼）处的谱峰与正常情况相比变得较弱，提示视网膜开始出现异常，这表
明从显微高光谱图像数据中可以检测出早期糖尿病视网膜病
变。
因ＤＲ的发病机制十分复杂，目前仍未完全阐明，广泛认为是多种因素相互作用的结果口＋”］。近年来，专家学者们对ＤＲ的发生机制的相关因素做了大量的研究ｎ“”］，目的在
寻求漏节关键生长因子水平的新的药理学手段。本文使用
ＬｃＶｓｌ００ｌ药物对糖尿病大鼠进行了治疗，并使用显微高光谱成像仪检测治疗３周和６周后大鼠视网膜外核丛组织发生
的变化，发现其光谱曲线逐渐向正常组织光谱曲线转变，这
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表明ＩｃＶｓｌ００１这一药物对糖尿病视网膜病变有一定的治疗作用。
由于显微高光谱成像仪的研制和使用还处于起步阶段，目前所做的研究只是探索性工作。下一步将首先对仪器光源和光谱进行定标，从而实现定量描述糖尿病视网膜病变的程度以及药物治疗的效果。
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光谱学与光谱分析第２７卷
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糖尿病与正常大鼠视网膜组织显微高光谱图像数据研究
作者：李庆利， 薛永祺， 张敬法， 刘治， LI Qing-li， XUE Yong-qi， ZHANG Jing-fa，LIU Zhi
作者单位：
李庆利,刘治,LI Qing-li,LIU Zhi(上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海,200030， 薛永祺,XUE Yong-qi(中国科学院上海技术物理研究所,上海,200083， 张敬法,ZHANGJing-fa(上海交通大学健康研究所,上海,200030刊名：光谱学与光谱分析
英文刊名：SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS年，卷(期：
2007,27(8
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本文链接：
http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gpxygpfx200708036.aspx
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