en
Назад
УДК: 535.37, 535.36
Система оптической диагностики опухолей и идентификация с ее помощью аденомы гипофиза
Полный текст «Оптического журнала»
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Немкович Н.А., Шанько Ю.Г., Собчук А.Н., Рубинов А.Н., Крученок Ю.В., Чухонский А.И. Система оптической диагностики опухолей и идентификация с ее помощью аденомы гипофиза // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 10. С. 30–41.
Nemkovich N.A., Shanko Yu.G., Sobchuk A.N., Rubinov A.N., Kruchenok Yu.V., Chukhonskiy A.I. System for the optical diagnosis of tumors, and using it to identify pituitary adenoma [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2014. V. 81. № 10. P. 30–41.
N. A. Nemkovich, A. N. Sobchuk, A. N. Rubinov, Yu. V. Kruchenok, Yu. G. Shan’ko, and A. I. Chukhonskiĭ, "System for the optical diagnosis of tumors, and using it to identify pituitary adenoma," Journal of Optical Technology. 81(10), 578-585 (2014). https://doi.org/10.1364/JOT.81.000578
Исследованы кинетики аутофлуоресценции здоровых и опухолевых тканей гипофиза, а также спектры их диффузно рассеянного света в диапазонах длин волн, соответственно, 380–600 и 350–1000 нм. Измерения проводились с помощью установки, состоящей из двух блоков, системы время-коррелированного счета фотонов и блока возбуждения и регистрации спектров диффузно рассеянного света. Обнаружено, что в спектральном диапазоне 380–600 нм наблюдается значительное отличие средней длительности аутофлуоресценции опухолевых и здоровых тканей. Установлено, что интенсивность диффузно отраженного света образцов здоровых тканей значительно ниже, чем у образцов аденомы гипофиза в диапазоне длин волн 650–1000 нм. Чувствительность и специфичность идентификации тканей гипофиза после обработки данных с помощью дискриминантного анализа составили 100%.
аутофлуоресценция тканей, диффузно рассеянный свет, время-коррелированный счет фотонов, аденома гипофиза
Коды OCIS: 170.3650, 170.3810, 170.3890, 170.4580, 170.6280, 170.6510, 170.1610
Список источников:1. Kleihouse P., Cavanee W.K. World health organization classifications of tumors: tumors of the nervous systempathology and genetics. Lyon: IARC Press, 2000. 314 p.
2. WHO Classification of tumours of the central nervous system / Ed. by Louis D.N., Ohgaki H., Wiestler O.D., Cavenee W.K.. Lyon: IARC Press, 2007. 309 p.
3. Григорьев Д.Г., Лайко П.А., Никулин Д.Д., Кветинская Е.Ю., Черствый Е.Д., Талабаев М.В. Срочная патоморфологическая диагностика опухолей центральной нервной системы методом раздавленных препаратов // Здравоохранение: научно-практический ежемесячный журнал. 2010. № 2. С. 62–64.
4. Оптическая биомедицинская диагностика. Т. 2 / Под ред. Тучина В.В. М.: Физматлит, 2007. 368 с.
5. Lakowicz J.R. Principles of fluorescence spectroscopy. N.Y.: Kluwer Academic / Plenum Publishers, 1999. 698 p.
6. Richards-Kortum R., Sevick Muraca E. Quantitative optical spectroscopy for tissue diagnosis // Annu. Rev. Phys. Chem. 1996. V.47. P. 555–606.
7. Berezin M.Y., Achilefu S. Fluorescence lifetime measurements and biological imaging // Chem. Rev. 2010. V. 110. № 5. P. 2641–2684.
8. Kobayashi H., Ogawa M., Alford R., Choyke P.L., Urano Y. New strategies for fluorescent probe design in medical diagnostic imaging // Chem. Rev. 2010. V. 110. № 5. P. 2620–2640.
9. Butte P.V., Mamelak A.N., Nuno M., Bannykh S.I., Black K.L., Marcu L. Fluorescence lifetime spectroscopy for guided therapy of brain tumors // Neuroimage. 2011. V. 54. P. S125–S135.
10. Heintzelman D.L., Utzinger U., Fuchs H. Optimal excitation wavelengths for in vivo detection of oral neoplasia using fluorescence spectroscopy // Photochem. Photobiol. 2000. V. 72. № 11. P. 103–113.
11. Lin W.C., Toms S.A., Motamedi M., Jansen E.D., Mahadevan-Jansen A. Brain tumor demarcation using optical spectroscopy; an in vitro study // J. Biomed. Opt. 2000. V. 5. № 2. P. 214–220.
12. Mitchell M.F., Cantor S.B., Ramanujam N., Tortolero-Luna G., Richards-Kortum R. Fluorescence spectroscopy for diagnosis of squamous intraepithelial lesions of the cervix // Obstet. Gynecol. 1999. V. 93. № 2. P. 462–470.
13. Koenig F., McGovern F.J. Fluorescence detection of bladder carcinoma // Urology. 1997. V. 50. № 5. P. 778–779.
14. Richards-Kortum R., Rava R.P., Petras R.E., Fitzmaurice M., Sivak M., Feld M.S. Spectroscopic diagnosis of colonic dysplasia // Photochem. Photobiol. 1991. V. 53. № 6. P. 777–786.
15. Chwirot B.W., Chwirot S., Sypniewska N., Michniewicz Z., Redzinski J., Kurzawski G., Ruka W. Fluorescence in situ detection of human cutaneous melanoma: study of diagnostic parameters of the method // J. Invest. Dermatol. 2001. V. 117. № 6. P. 1449–1451.
16. Salomon G., Hess T., Erbersdobler A., Eichelberg C., Greschner S., Sobchuk A.N., Korolik A.K., Nemkovich N.A., Schreiber Ju., Gerich C., Graefen M., Huland H. Prostate cancer detection by laser induced autofluorescence and multicomponent spectroscopy // Proc. SPIE. 2007. V. 6734. Р. 67340Н–67340Н-8.
17. Salomon G., Hess T., Erbersdobler A., Eichelberg C., Greschner S., Korolik A.V., Sobchuk A.N., Nemkovich N.A., Graefen M., Huland H. Feasibility of prostate cancer detection by triple spectroscopy // European Urology. 2009. V. 55. № 2. P. 376–383.
18. Kang Uk, Папаян Г.В., Березин В.Б., Петрищев Н.Н., Галагудза М.М. Спектрометр для флуоресцентно-отражательных биомедицинских исследований // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 1. С. 56–67.
19. Wagnieres G.A., Star W.M., Wilson B.C. In vivo fluorescence spectroscopy and imaging for oncological applications // Photochem. Photobiol. 1998. V. 68. № 5. P. 603–632.
20. Ramanujam N. Fluorescence spectroscopy of neoplastic and non-neoplastic tissues // Neoplasia. 2000. V. 2. № 1–2. P. 89–117.
21. Cubeddu R., Comelli D., D’Andrea C., Taroni P., Valentini G. Time-resolved fluorescence imaging in biology and medicine // J. Phys. D: Appl. Phys. 2002. V. 35. № 9. Р. 61–76.
22. Blackwell J., Katika K., Pilon L., Dipple K.M., Levin S.R., Nouvong A. In vivo time-resolved autofluorescence measurements to test for glycation of human skin // J. Biomed. Opt. 2008. V. 13. P. 014004–014004-15.
23. Marcu L. Fluorescence lifetime in cardiovascular diagnostics // J. Biomed. Opt. 2010. V. 15. № 1. P. 011106–011106-10.
24. Marcu L. Fluorescence lifetime techniques in medical applications // Ann. Biomed. Eng. 2012. V. 40. № 2. P. 304–331.
25. Ashjian P., Elbarbary A., Zuk P., DeUgarte D.A., Benhaim P., Marcu L., Hedrick M.H. Noninvasive in situ evaluation of osteogenic differentiation by time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy // Tissue Eng. 2004. V. 10. № 3–4. P. 411–420.
26. Fite B.Z., Decaris M., Sun Y., Lam A., Ho C.K., Leach J.K., Marcu L. Noninvasive multimodal evaluation of bioengineered cartilage constructs combining time-resolved fluorescence and ultrasound imaging // Tissue Eng. Part C. Methods. 2011. V. 17. № 4. P. 495–504.
27. Utzinger U., Richards-Kortum R. Fiber optic probes for biomedical optical spectroscopy // J. Biomed. Opt. 2003. V. 8. № 1. P. 121–147.
28. Dios R., Cohen-Gadol A.A. Technical principles and neurosurgical applications of fluorescein fluorescence using a microscope-integrated fluorescence module // Acta Neurochir. 2013. V. 155. № 6. P. 701–706.
29. Stummer W. Fluorescein for vascular and oncological neurosurgery // Acta Neurochir. 2013. V. 155. № 8. P. 1477–1478.
30. Chalau V., Didelon J., Istomin J., Samtsov M., Voropay E., Wolf D., Guillemin F. In vivo cancer diagnostics by space resolved diffuse reflectance spectroscopy // Proc. SPIE. V. 5141. Р. 333–340.
31. Lovat L., Bown S. Elastic scattering spectroscopy for detection of dysplasia in Barrett’s Esophagus // Gastrointest. Endosc. Clin. N. Am. 2004. V. 14. № 4. P. 507–517.
32. Lin W.-C., Sandberg D. I., Johnson M., Oh S., Ragheb J., Bhatia S. Diffuse reflectance spectroscopy for in vivo pediatric brain tumor detection // J. Biomed. Optics. 2010. V. 15. № 6. P. 061709–061709-6.
33. Kim A., Roy M., Dadani F., Wilson B.C. A fiberoptic reflectance probe with multiple source-collector separations to increase the dynamic range of derived tissue optical absorption and scattering coefficients // Opt. Exp. 2010. V. 18. № 6. P. 5580–5594.
34. Guoqiang Y., Shang Y., Zhao Y., Cheng R., Dong L., Saha Sibu P. Intraoperative evaluation of revascularization effect on ischemic muscle hemodynamics using near-infrared diffuse optical spectroscopies // J. Biomed. Opt. 2011. V. 16. № 2. P. 027004–027004-11.
35. Lovat L., Johnson K., Mackenzie G., Clark B., Novelli M., Davies S., O’Donovan M., Selvasekar C., Thorpe S., Pickard D., Fitzgerald R., Fearn T., Bigio I., Bown S. Elastic scattering spectroscopy accurately detects high grade dysplasia and cancer in Barrett’soesophagus // Gut. 2006. V. 55. № 8. P. 1078–1083.
36. Vishwanath K., Chang K., Klein D., Feng Deng Y., Chang V., Phelps J., Ramanujam N. Portable, fiber-based, diffuse reflection spectroscopy (DRS) systems for estimating tissue optical properties // Appl. Spectr. 2011. V. 62. № 2. P. 206–215.
37. Krishnaswamy V., Hoopes P., Samkoe K., O’Hara J., Hasan T., Pogue B. Quantitative imaging of scattering changes associated with epithelial proliferation, necrosis and fibrosis in tumors using microsampling reflectance spectroscopy // J. Biomed. Opt. 2009. V. 14. № 1. P. 014004–014004-10.
38. Toms S., Lin W., Weil R., Johnson M., Jansen E., Mahadevan-Jansen A. Intraoperative optical spectroscopy identifies infiltrating glioma margins with high sensitivity // Neurosurgery. 2007. V. 57. № 4. P. 327–335.
39. Lin W., Mahadevan-Jansen A., Johnson M., Weil R., Toms S. In vivo optical spectroscopy detects radiation damage in brain tissue // Neurosurgery. 2005. V. 57. № 3. P. 518–525.
40. Croce A., Fiorani S., Locatelli D., Nano R., Ceroni M., Tancioni F., Giombelli E., Benericetti E., Bottiroli G. Diagnostic potential of autofluorescence for an assisted intraoperative delineation of glioblastoma resection margins // Photochem. Photobiol. 2003. V. 77. № 3. P. 309–318.
41. Lin W., Toms S., Johnson M., Jansen E., Mahadevan-Jansen A. In vivo brain tumor demarcation using optical spectroscopy // Photochem. Photobiol. 2001. V. 73. № 4. P. 396–402.
42. Pogue B., Gibbs-Strauss S., Valdes P., Samkoe K., Roberts D., Paulsen K. Review of neurosurgical fluorescence imaging methodologies // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2010. V. 16. № 3. P. 493–505.
43. Van Meir E., Hadjipanayis C., Norden A., Shu H., Wen P., Olson J. Exciting new advances in neuro-oncology: the avenue to a cure for malignant glioma // CA Cancer J. Clin. 2010. V. 60. № 3. P. 166–193.
44. Floeth F., Stummer W. The value of metabolic imaging in diagnosis and resection of cerebral gliomas // Nat. Clin. Pract. Neurol. 2005. V. 1. № 2. P. 62–63.
45. Hartov A., Ji S., Erkmen K., Simmons N., Paulsen K., Roberts D. Quantitative fluorescence in intracranial tumor:implications for ALA-induced PpIX as an intraoperative biomarker // J. Neurosurg. 2011. V. 115. № 1. P. 11–17.
46. Stummer W., Pichlmeier U., Meinel T., Wiestler O., Zanella F., Reulen H. Fluorescence-guided surgery with 5-aminolevulinic acid for resection of malignant glioma: a randomised controlled multicenter phase III trial // Lancet Oncol. 2006. V. 7. № 5. P. 392–401.
47. Valdés P., Moses Z., Kim A., Belden C., Wilson B., Paulsen K., Roberts D., Harris B. Gadolinium and 5-aminolevulinic acid-induced protoporphyrin IX levels in human gliomas: an ex vivo quantitative study to correlate protoporphyrin IX levels and blood-brain barrier breakdown // J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2012. V. 71. № 9. P. 806–813.
48. Hadjipanayis C., Jiang H., Roberts D., Yang L. Current and future clinical applications for optical imaging of cancer: from intraoperative surgical guidance to cancer screening // Semin. Oncol. 2011. V. 38. № 1. P. 109–118.
49. Montcel B., Mahieu-Williame L., Armoiry X., Meyronet D., Guyotat J. Two-peaked 5-ALA-induced PpIX fluorescence emission spectrum distinguishes glioblastomas from low grade gliomas and infiltrative component of glioblastomas // Biomed. Opt. Exp. 2013. V. 4. № 4. P. 548–558.
50. Kim A., Khurana M., Moriyama Y., Wilson B. Quantification of in vivo fluorescence decoupled from the effects of tissue optical properties using fiber-optic spectroscopy measurements // J. Biomed. Opt. 2010. V. 15. № 6. P. 067006–067006-12.
51. Valdes P., Kim A., Leblond F., Conde O., Harris B., Paulsen K., Wilson B., Roberts D. Combined fluorescence and reflectance spectroscopy for in vivo quantification of cancer biomarkers in lowand high-grade glioma surgery // J. Biomed. Opt. 2011. V. 16. № 11. P. 116007–116007-14.
52. Eljamel M., Leese G., Moseley H. Intraoperative optical identification of pituitary adenomas // J. Neuro-Oncology. 2009. V. 92. № 3. P. 417–421.
53. Немкович Н., Собчук А. Система для оптической диагностики опухолевой ткани // Патент Беларуси № 9008, 2012. Патент России № 131184, 2013.
54. Демчук М.И., Иванов М.А. Статистический одноквантовый метод в физическом эксперименте. Минск: Из-во БГУ, 1981. 177 c.
55. Kozlovsky A.S., Nemkovich N.A., Rubinov A.N., Zvinevich Yu.V. Automated laser spectrofluorimeter for biology and medicine // Proc. SPIE. 1995. V. 2388. P. 347–355.
56. Striker G. Effective implementation of modulating functions. Deconvolution and reconvolution of analitical signals. Nancy: University Press, 1982. P. 329–357.
57. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ / Под ред. Енюкова И.С. М.: Финансы и статистика, 1989. 215 с.
58. Skala M., Riching K., Bird D., Gendron-Fitzpatrick A., Eickhoff J., Eliceiri K., Keely P., Ramanujam N. In vivo multiphoton fluorescence lifetime imaging of protein-bound and free nicotinamide adenine dinucleotide in normal and precancerous epithelia // J. Biomed. Opt. 2007. V. 12. №. 2. P. 024014-01–024014-10.