分形几何学可精确识别癌细胞

2011-07-12

虽然科学家们早就知道癌细胞和健康细胞在外形上存在较大区别,但由于缺乏相应的理论和识别标准,目前的癌症检测仍以生化方法为主.

虽然科学家们早就知道癌细胞和健康细胞在外形上存在较大区别，但由于缺乏相应的理论和识别标准，目前的癌症检测仍以生化方法为主。据美国物理学家组织网7 月7日报道，美国克拉克森大学的研究人员发现，与健康细胞相比，癌细胞在外观上具有更为显著的分形特征。初步实验显示，以此为依据的检测均获得了极高的准确度。新法有望使传统非侵入式癌症检测方法的精度获得大幅提升。相关论文发表在《物理评论快报》上。

分形是与传统几何学相对的一个概念，可以将其理解为一种粗糙和零碎的几何形状。它由大量不规则曲线构成，但在任意小的尺度上都有着精细的结构，如果将其分为不同的部分，不论大小，每一部分的形状都和整体一样，这样的图形也被称为“自相似”图形。以雪花为例，在显微镜下，无论是1毫米、1/10毫米还是1/1000毫米的尺度，雪花边缘上的图案和形状几乎是相同的。往大里讲，无论是天空中星系团的位置，还是地面蜿蜒的河流，或是树上的一片叶子，都存在着分形特征。而对人体而言，以一段较长的时间来看，呼吸和心跳的节奏也具有分形特征。

正是因为注意到了这一点，美国克拉克森大学的研究人员提出了通过分形几何学识别癌细胞的设想。负责该项研究的伊戈尔•索科洛夫和同事利用原子力显微镜，在1纳米(100万分之一毫米)的精度上对取自人类子宫颈的健康细胞和癌细胞的外形进行了对比。不同于以往只获得细胞的二维结构图像，新研究采用全新的方法对细胞的三维图像进行研究。测量结果显示，癌细胞在外形上具有显著的分形特征，而健康细胞却并不明显。

索科洛夫说，目前在宫颈癌检测上，如巴氏涂片、液基细胞学检测等方法都是有效和非侵入性的，但准确性较差，尤其是较早的巴氏涂片法，经常得出一些模棱两可的结论。而使用新的图像检测方法，对来自12位患者的300个细胞样本进行检查的结果表明，其准确度接近100%。据此他断言，基于物理的方法，将达到甚至超过传统生化检测方法在单细胞水平上的检测能力。下一步，索科洛夫的研究小组计划扩大测试规模，以对该技术作进一步的验证。此外，他们还计划对健康细胞在癌变过程中的分形特征展开研究。

普林斯顿大学生物物理学专家罗伯特•奥斯汀说，或许类似的研究正是将癌细胞的物理学特质与生化特征联系起来的第一步，随着研究的深入，它将加速科学家对癌细胞了解，最终帮助人们在击败癌症上获得更大的主动权。

分形几何学可精确识别癌细胞

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