en
Назад
УДК: 621.391.837.681.3]:[621, 681:723
Комплекс для флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии заболеваний шейки матки
Полный текст «Оптического журнала»
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
U. Kang, Папаян Г.В., Обухова Н.А., S. J. Bae, D. S. Lee, M. W. Jung, Березин В.Б., Мотыко А.А., Плохих Д.П., Слободенюк С.А. Комплекс для флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии заболеваний шейки матки // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 12. С. 47–59.
U. Kang, Papayan G.V., Obukhova N.A., S. J. Bae, D. S. Lee, M. W. Jung, Berezin V.B., Motyko A.A., Plokhikh D.P., Slobodenyuk S.A. System for fluorescence diagnosis and photodynamic therapy of cervical disease [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2015. V. 82. № 12. P. 47–59.
U. Kang, G. V. Papayan, N. A. Obukhova, S. J. Bae, D. S. Lee, M. W. Jung, V. B. Berezin, A. A. Motyko, D. P. Plokhikh, and S. A. Slobodenyuk, "System for fluorescence diagnosis and photodynamic therapy of cervical disease," Journal of Optical Technology. 82(12), 815-823 (2015). https://doi.org/10.1364/JOT.82.000815
Комплекс предназначен для разработки методик флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии патологии шейки матки. Диагностика основана на мультиспектральных изображениях, полученных в свете автофлуоресценции при различном возбуждении, а также в отраженном белом свете при действии уксусной кислоты. Она проводится с помощью экспертной системы автоматического распознавания цервикальной неоплазии, которая прошла апробацию на верифицированных изображениях, полученных от 151 пациентки. По результатам тестирования в зависимости от границ дифференциальной диагностики получены чувствительность – 0,85–0,95 и специфичность – 0,78–0,97. Показана возможность использования флуоресцентных изображений для мониторинга фотодинамической терапии.
кольпоскопия, рак шейки матки, флуоресцентная диагностика, автофлуоресценция, фотодинамическая терапия, компьютерное зрение
Благодарность:Авторы выражают благодарность Сеульскому городскому правительству и Сеульскому институту развития за поддержку данной работы в рамках международной программы “Inviting & Supporting Project of Global Leading Institutions” (funds WR100001 for Russia Science Seoul). Они благодарят также Jeong-Yeol Park (Asan Medical Center) за тщательность подготовки материала для формирования базы данных автофлуоресцентной диагностики и А.Р. Хачатурян (НИИАГ им. Д.О. Отта) за медицинские консультации и участие в разработке методик фотодинамической терапии. Работа по созданию автоматизированной системы анализа изображения выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 15-07-00188.
Коды OCIS: 170.0170, 170.3880, 170.3890, 170.4580
Список источников:1. Chung H.H., Jang M.J., Jung K.W., Won Y.J., Shin H.R., Kim J.W., Lee H.P. Cervical cancer incidence and survival in Korea: 1993–2002 // International Journal of Gynecological Cancer. 2006. V. 16. № 5. Р. 1833–1838.
2. Cho H.B., Kim J.H. Treatment of the patients with abnormal cervical cytology: a “see-and-treat” versus threestep strategy // Journal of Gynecologic Oncology. 2009. V. 20. № 3. P. 164–168.
3. Бауэр Г. Цветной атлас по кольпоскопии. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. 288 с.
4. Mitchell M.F., Schottenfeld D., Tortolero-Luna G., Cantor S.B., Richards-Kortum R. Colposcopy for the diagnosis of squamous intraepithelial lesions: A meta-analysis // Obstetrics and Gynecology. 1998. V. 91. P. 626–631.
5. Schiffman M., Wentzensen N. Issues in optimising and standardising the accuracy and utility of the colposcopic examination in the HPV era // Ecancer. 2015. 9:530. P. 1–6.
6. Lange H., Ferris D.G. Computer-Aided-Diagnosis (CAD) for colposcopy // Proc. SPIE. 2005. V. 5747. Р. 71–84.
7. Balas C., Papoutsoglou G., Potirakis A. In vivo molecular imaging of cervical neoplasia using acetic acid as biomarker // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2008. № 14. Р. 29–42.
8. Wade R., Spackman E., Corbett M., Walker S., Light K., Naik R., Sculpher M., Eastwood A. Adjunctive colposcopy technologies for examination of the uterine cervix – DySIS, LuViva Advanced Cervical Scan and Niris Imaging System: a systematic review and economic evaluation // Health Technol. Assess. 2013. V. 17(8). Р. 1–240.
9. http://truscreen.com/
10. Сингер А. Новые оптико-электрические методики в скрининге предраковых заболеваний шейки матки // Материалы Международной научно-практической конференции “Профилактика рака шейки матки: взгляд в будущее”. Москва, 2008. С. 120–130.
11. Барский И.Я., Брумберг Е.М., Грамматин А.П., Иванов М.А., Иванова Н.М., Якубенас В.А. Контактный флуоресцентный микроскоп для медицинских исследований // Оптико-механическая промышленность. 1967. № 12. С. 30–34.
12. Викшрайтис Ч.Ю., Гарманова Н.В., Якубенас А.В. Контактная флуоресцентная кольпомикроскопия. Вильнюс: Мокслас, 1979. 146 с.
13. Pierce M.C., Yu D., Richards-Kortum R. High-resolution fiber-optic microendoscopy for in situ cellular imaging // J. Vis. Exp. 2011. V. 47. P. 2306.
14. Pierce M.C., Guan Y.Y., Quinn М.К., Zhang X., Zhang W., Qiao Y.L., Castle Р., Richards-Kortum R. A pilot study of low-cost, high-resolution microendoscopy as a tool for identifying women with cervical precancer // Cancer Prev. Res. (Phila). 2012. V. 5 (11). Р. 1273–1279.
15. Allison R.R., Cuenca R., Downie G.H, Randall M.E., Bagnato V.S., Sibata C.H. PD/PDT for gynecological disease: A clinical review // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2005. V. 2. Is. 1. P. 51–63.
16. Vansevičiūtė R., Venius J., Letautienė S. 5-Aminolevulinic acid-based fluorescence diagnostics of cervical preinvasive changes. Review // Medicina. 2014. V. 50.3. P. 137–143.
17. Ramanujam N., Mitchell M.F., Mahadevan A., Thomsen S., Silva E., Richards-Kortum R. Fluorescence spectroscopy: A diagnostic tool for cervical intraepithelial neoplasia // Gynecol. Oncol. 1994. V. 52. P. 31–38.
18. Mitchell M., Cantor S.B., Brookner C., Utzinger U., Schottenfeld D. Fluorescence spectroscopy for diagnosis of squamous intraepithelial lesions of the cervix // Obstet. Gynecol. 1999. V. 93. № 3. P. 462–470.
19. Brookner C.K., Utzinger U., Staerkel G., Richards-Kortum R., Mitchell M.F. Cervical fluorescence of normal women // Lasers Surg. Med. 1999. № 24. Р. 29–37.
20. Weingandt H., Stepp H., Baumgartner R., Diebold J., Xiang W., Hillemanns P. Autofluorescence spectroscopy for the diagnosis of cervical intraepithelial neoplasia // Br. J. Obstet. Gynecol. 2002. V. 109 (8). Р. 947–951.
21. Chang S.K., Follen M., Malpica A., Utzinger U. Optimal excitation wavelengths for discrimination of cervical neoplasia // IEEE Trans. Biomed. Eng. 2002. V. 49. P. 1102–1111.
22. Nordstrom R.J., Burke L., Niloff J.M., Myrtle J.F. Identification of cervical intraepithelial neoplasia (CIN) using UV-excited fluorescence and diffuse-reflectance tissue spectroscopy // Lasers Surg. Med. 2001. V. 29. P. 118–127.
23. Gustafsson U., McLaughlin E., Jacobson E., Hakansson J., Troy P., DeWeert M., Palsson S., Soto Thompson M., Svanberg S., Vaitkuviene A., Svanberg K. In vivo fluorescence and reflectance imaging of human cervical tissue // Proceeding of SPIE. 2003. V. 5031. P. 521–530.
24. Chang S.K., Mirabal Y.N., Atkinson E.N., Cox D., Malpica A., Follen M., Richards-Kortum R. Combined reflectance and fluorescence spectroscopy for in vivo detection of cervical pre-cancer // Journal of Biomedical Optics. 2005. V. 10. № 2. P. 1–11.
25. Freeberg J.A., Serachitopol D.M., McKinnon N., Price R., Atkinson E.N., Cox D.D., MacAulay C., Richards-Kortum R., Follen M., Pikkula B. Fluorescence and reflectance device variability throughout the progression of a phase II clinical trial to detect and screen for cervical neoplasia using a fiber optic probe // J. Biomed. Opt. 2007. V. 12(3). P. 034015 (1–15).
26. Drezek R., Sokolov K., Utzinger U., Boiko I., Malpica A., Follen M., Richards-Kortum R. Understanding the contributions of NADH and collagen to cervical tissue fluorescence spectra: modeling, measurements and implications // J. Biomed. Opt. 2001. V. 6. P. 385–396.
27. Chang S.K., Arifler D., Drezek R., Follen M., Richards-Kortum R. Analytical model to describe fluorescence spectra of normal and preneoplastic epithelial tissue: comparison with Monte Carlo simulations and clinical measurements // J. Biomed. Opt. 2004. V. 9. P. 511–522.
28. Georgakoudi I., Jacobson B.C., Müller M.G., Sheets E.E., Badizadegan K., Carr-Locke D.L., Crum C.P., Boone C.W., Dasari R.R., Van Dam J., Feld M.S. NAD(P)H and collagen as in vivo quantitative fluorescent biomarkers of epithelial precancerous changes // Cancer Res. 2002. V. 62. P. 682–687.
29. Thekkek N., Richards-Kortum R. Optical imaging for cervical cancer detection: solutions for a continuing global problem // Nat. Rev. Cancer. 2008. V. 8(9). P. 725–731.
30. Gustafsson U., McLaughlin E., Jacobson E., Hakansson J., Troy P., DeWeert M., Palsson S., Soto Thompson M., Svanberg S., Vaitkuviene A., Svanberg K. In vivo fluorescence and reflectance imaging of human cervical tissue // Proceeding of SPIE. 2003. V. 5031. P. 521–530.
31. Benavides J.M., Chang S., Park S.Y., Richards-Kortum R., Mackinnon N., MacAulay C., Milbourne A., Malpica A., Follen M. Multispectral digital colposcopy for in vivo detection of cervical cancer // Optics express. 2003. V. 11. № 10. P. 1223–1236.
32. Park S., Follen M., Milbourne A., Rhodes H., Malpica A., MacKinnon N., MacAulay C., Markey M., Richards-Kortum R. Automated image analysis of digital colposcopy for the detection of cervical neoplasia // J. Biomed. Opt. 2008. V. 13. P. 14–29.
33. Макаров О.В., Хашукоева А.3., Отдельнова О.Б. Фотодинамическая терапия гиперпластических процессов эндометрия с использованием фотосенсибилизатора Фотодитазин // Российский Биотерапевтический журнал. 2007. № 1. С. 21.
34. Trushina O.I., Novikova E.G., Sokolov V.V., Filonenko E.V., Chisov V.I., Vorozhtsov G.N. Photodynamic therapy of virus-associated precancer and early stages cancer of cervix uteri // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2008. V. 5(4). Р. 256–259.
35. Soergel P., Wang X., Stepp H., Hertel H., Hillemanns P. Photodynamic therapy of cervical intraepithelial neoplasia with hexaminolevulinate // Lasers Surg. Med. 2008. V. 40(9). Р. 611–615.
36. Ying Z., Li X., Dang H. 5-aminolevulinic acid-based photodynamic therapy for the treatment of condylomata acuminata in Chinese patients: a meta-analysis // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 2013. V. 29(3). Р. 149–159.
37. Choi M.C., Jung S.G., Park H., Lee S.Y., Lee C., Hwang Y.Y., Kim S.J. Photodynamic therapy for management of cervical intraepithelial neoplasia II and III in young patients and obstetric outcomes // Lasers in Surgery and Medicine. 2013. V. 45. № 9. Р. 564–572.
38. Хачатурян А.Р., Папаян Г.В., Петрищев Н.Н. Флуоресцентный контроль при фотодинамической терапии доброкачественных вирус-ассоциированных заболеваний шейки матки // Журнал акушерства и женских болезней. 2013. № 5. С. 59–65.
39. Kang U.K., Папаян Г.В., Березин В.Б., Bae Soo-Jin, Ким С.В., Петрищев Н.Н. Мультиспектральные флуоресцентные органоскопы для прижизненных исследований лабораторных животных и их органов // Оптический журнал. 2011. № 9. С. 82–90.
40. Kang U.K., Papayan G.V. Apparatus for photodynamic therapy and photodetection // USA Patent № US8382812. 2013.
41. Папаян Г.В., Петрищев Н.Н., Панченко А.В., Канг Ук., Ким С.В., Березин В.Б. Мультиспектральная автофлуоресцентная диагностика рака шейки матки на экспериментальных моделях // Фотодинамическая терапия и флуоресцентная диагностика / Под ред. Петрищева Н.Н. СПб: Лань, 2011. С. 273–281.
42. Ким С.В., Березин В.Б., Канг Ук., Папаян Г.В., Петрищев Н.Н. Опыт мультиспектральной автофлуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии опухоли TC-1 у мышей линии BALB/c // Фотодинамическая терапия и флуоресцентная диагностика / Под ред. Петрищева Н.Н. СПб: Лань, 2011. С. 285–291.
43. Папаян Г.В., Петрищев Н.Н., Kim S.V, Kim Н.Н, Березин В.Б., Канг Ук. Возможности мультиспектральной автофлуоресцентной визуализации злокачественных опухолей // Фотодинамическая терапия и фотодиагностика. 2014. № 4. С. 3–11.
44. Папаян Г.В, Березин В.Б., Kang Uk, Bae S.J., Слободенюк С.А., Ким С.В. Телевизионная цифровая мультиспектральная система для флуоресцентной органоскопии // Материалы 8-ой Международной конференции “Телевидение: передача и обработка изображений”, Санкт-Петербург. ЛЭТИ. 2011. С. 72–78.
45. Han J., Kamber M., Pel J. Data mining concepts and techniques. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers Inc., 2011. 694 p.
46. Канг Ук., Бэ Су-Джин, Папаян Г.В., Обухова Н.А. Анализ изображений в автоматизированной флуоресцентной системе диагностики рака шейки матки (доклинический этап) // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2012. № 2. С. 79–87.
47. Breiman L. Random Forests // J. Machine Learning. 2001. V. 45. Р. 5– 32.
48. Meinshausen N. Quantile Regression Forests // J. Machine Learning Research. 2006. V. 7. Р. 983–999.