Preview

Biomedical Photonics

Расширенный поиск

Cпектроскопия спонтанного комбинационного рассеяния для ex vivo диагностики внутричерепных опухолей

https://doi.org/10.24931/2413-9432-2020-9-3-4-12

Полный текст:

Аннотация

Cпектроскопия спонтанного комбинационного рассеяния для ex vivo диагностики внутричерепных опухолей  Нейрохирургия внутричерепных опухолей, особенно глиального происхождения, представляет нетривиальную задачу в силу их инфильтративного роста. В последние годы в нейрохирургии активно используются оптические методы интраоперационной навигации, однако один из наиболее широко распространенных подходов, основанный на селективном накоплении опухолью флуоресцентного контрастного вещества (5-АЛК индуцированного протопорфирина IX), не может быть применен для значимой части опухолей вследствие его низкого накопления. Напротив, спектроскопия комбинационного рассеяния, позволяющая проводить анализ молекулярного состава тканей с сохранением всех достоинств метода флуоресцентной спектроскопии, не требует при этом введения экзогенного красителя и может быть вариантом выбора при построении системы интраоперационной навигации или оптической биопсии. В настоящей работе представлены первые результаты использования метода главных компонент для классификации спектров комбинационного рассеяния глиобластомы человека с промежуточной обработкой спектров для минимизации возможных ошибок от флуоресценции как эндогенных флуорофоров, так и фотосенсибилизаторов, используемых при флуоресцентной навигации. В результате были обнаружены различия в пространстве главных компонент, соответствующие образцам тканей с микрокистозными компонентами, обширными участками некрозов, фокусами свежих кровоизлияний. Показано, что данный подход может послужить основой для построения системы автоматической интраоперационной классификации тканей на основе анализа спектров комбинационного рассеяния.

Об авторах

И. Д. Романишкин
Институт общей физики им. А.М.Прохорова Российской академии наук
Россия
Москва


Л. Р. Бикмухаметова
ООО «БИОСПЕК»
Россия
Москва


Т. А. Савельева
Институт общей физики им. А.М.Прохорова Российской академии наук; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Россия
Москва


С. А. Горяйнов
НМИЦ нейрохирургии им.ак. Н.Н.Бурденко
Россия
Москва


А. В. Косырькова
НМИЦ нейрохирургии им.ак. Н.Н.Бурденко
Россия
Москва


В. А. Охлопков
НМИЦ нейрохирургии им.ак. Н.Н.Бурденко
Россия
Москва


Д. А. Гольбин
НМИЦ нейрохирургии им.ак. Н.Н.Бурденко
Россия
Москва


И. Ю. Полетаева
НМИЦ нейрохирургии им.ак. Н.Н.Бурденко
Россия
Москва


А. А. Потапов
НМИЦ нейрохирургии им.ак. Н.Н.Бурденко
Россия
Москва


В. Б. Лощенов
Институт общей физики им. А.М.Прохорова Российской академии наук; ООО «БИОСПЕК»; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Россия
Москва


Список литературы

1. Stummer W., Pichlmeier U., Meinel T. et al. Fluorescence-guided surgery with 5-aminolevulinic acid for resection of malignant glioma: a randomised controlled multicentre phase III trial // Lancet Oncol. – 2006. – Vol. 7(5). – P. 392–401.

2. Potapov A.A., Goriaĭnov S.A., Loshchenov V.B. Intraoperative combined spectroscopy (optical biopsy) of cerebral gliomas // Zh. Vopr. Neirokhir. Im. N. N. Burdenko. – 2013. – Vol. 77(2). – P. 3–10.

3. Valdes P.A., Jacobs V.L., Wilson B.C. et al. System and methods for wide-field quantitative fluorescence imaging during neurosurgery // Opt. Lett. – 2013. – Vol. 38(15). – P. 2786.

4. Savelieva T.A., Loshchenov M.V., Borodkin A.V. et al. Combined spectroscopic and video fluorescent instrument for intraoperative navigation when removing a glial tumor // SPIE Photonics Europe. – 2020. – Vol. 11363. DOI: 10.1117/12.2556064

5. Marcu L., Jo J.A., Butte P.V. et al. Fluorescence Lifetime Spectroscopy of Glioblastoma Multiforme // Photochem. Photobiol. – 2004. – Vol. 80(1). – P. 98.

6. Butte P.V., Mamelak A.N., Nuno M. et al. Fluorescence lifetime spectroscopy for guided therapy of brain tumors // Neuroimage. – 2011. – Vol. 54, Suppl. 1. – S125-S135.

7. Kantelhardt S.R. Kalasauskas D., König K., et al. In vivo multiphoton tomography and fluorescence lifetime imaging of human brain tumor tissue // J. Neurooncol. – 2016. – Vol. 127(3). – P. 473–482.

8. Kut C., Chaichana K.L., Xi J., et al. Detection of human brain cancer infiltration ex vivo and in vivo using quantitative optical coherence tomography // Sci. Transl. Med. – 2015. Vol. 7(292). – 292ra100.

9. Fabelo H., Ortega S., Lazcano R., et al. An Intraoperative Visualization System Using Hyperspectral Imaging to Aid in Brain Tumor Delineation // Sensors. – 2018. – Vol. 18(2). – P. 430.

10. Jermyn M., Mok K., Mercier J. Intraoperative brain cancer detection with Raman spectroscopy in humans // Sci. Transl. Med. – 2015. – Vol. 7(274). – 274ra19.

11. Brusatori M., Auner G., Noh T., et al. Intraoperative Raman Spectroscopy // Neurosurg. Clin. N. Am. – 2017. – Vol. 28(4). – P. 633–652.

12. Tashibu K. Analysis of water content in rat brain using Raman spectroscopy // No To Shinkei. – 1990. – Vol. 42(10). – P. 999– 1004.

13. Kitajima T., Tashibu K., Tani S., et al. Analysis of water content in young rats brain edema by Raman spectroscopy // No To Shinkei. – 1993. – Vol. 45(6). – P. 519–524.

14. Mizuno A., Hayashi T., Tashibu K., et al. Near-infrared FT-Raman spectra of the rat brain tissues // Neurosci. Lett. – 1992. – Vol. 141(1). – P. 47–52.

15. Mizuno A., Kitajima H., Kawauchi K., et al. Near‐infrared Fourier transform Raman spectroscopic study of human brain tissues and tumours // J. Raman Spectrosc. – 1994. Vol. 25(1). – P. 25–29.

16. Beleites C., Geiger K., Kirsch M., et al. Raman spectroscopic grading of astrocytoma tissues: Using soft reference information // Anal. Bioanal. Chem. – 2011. – Vol. 400(9). – P. 2801–2816.

17. Koljenović S., Schut T.C., Wolthuis R., et al. Raman spectroscopic characterization of porcine brain tissue using a single fiber-optic probe // Anal. Chem. – 2007. – Vol. 79(2). – P. 557–564.

18. Krafft C., Kirsch M., Beleites C., et al. Methodology for fiber-optic Raman mapping and FTIR imaging of metastases in mouse brains // Anal. Bioanal. Chem. – 2007. – Vol. 389(4). – P. 1133– 1142.

19. Koljenović S., Choo-Smith L.-P., Schut T.C.B., et al. Discriminating vital tumor from necrotic tissue in human glioblastoma tissue samples by Raman spectroscopy // Lab. Investig. – 2002. – Vol. 82(10). – P. 1265–1277.

20. Krafft C., Neudert L., Simat T., et al. Near infrared Raman spectra of human brain lipids // Spectrochim. Acta - Part A Mol. Biomol. Spectrosc. – 2005. – Vol. 61(7). – P. 1529–1535.

21. Krafft C., Sobottka S.B., Schackert G. et al. Near infrared Raman spectroscopic mapping of native brain tissue and intracranial tumors // Analyst. – 2005. – Vol. 130(7). – P. 1070–1077.

22. Köhler M., Machill S., Salzer R., et al. Characterization of lipid extracts from brain tissue and tumors using Raman spectroscopy and mass spectrometry // Anal. Bioanal. Chem. – 2009. – Vol. 393(5). – P. 1513–1520.

23. Leslie D.G., Kast R.E., Poulik J.M., et al. Identification of pediatric brain neoplasms using raman spectroscopy // Pediatr. Neurosurg. – 2012. – Vol. 48(2). – P. 109–117.

24. Desroches J., Jermyn M., Mok K., et al. Characterization of a Raman spectroscopy probe system for intraoperative brain tissue classification // Biomed. Opt. Express. – 2015. – Vol. 6(7). – P. 2380.

25. Jermyn M., Desroches J., Mercier J., et al. Raman spectroscopy detects distant invasive brain cancer cells centimeters beyond MRI capability in humans // Biomed. Opt. Express. – 2016. – Vol. 7(12). – P. 5129.

26. Zhang Z.-M., Chen S., Liang Y.-Z., et al. An intelligent background- correction algorithm for highly fluorescent samples in Raman spectroscopy // J. Raman Spectrosc. – 2009. – Vol. 41(6). – P. 659–669.

27. Bikmukhametova L.R., Romanishkin I.A., Savelieva T.A. et al. Spontaneous Raman Spectroscopy for Intracranial Tumor Diagnostics // J. Phys. Conf. Ser. – 2020. – Vol. 1439(1). – P. 012038.

28. Osmakov I.A., Savelieva T.A., Loschenov V.B., et al. Cluster analysis of the results of intraoperative optical spectroscopic diagnostics in brain glioma neurosurgery // Biomed. Photonics. – 2018. – Vol. 7(4). – P. 23–34.


Для цитирования:


Романишкин И.Д., Бикмухаметова Л.Р., Савельева Т.А., Горяйнов С.А., Косырькова А.В., Охлопков В.А., Гольбин Д.А., Полетаева И.Ю., Потапов А.А., Лощенов В.Б. Cпектроскопия спонтанного комбинационного рассеяния для ex vivo диагностики внутричерепных опухолей. Biomedical Photonics. 2020;9(3):4-12. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2020-9-3-4-12

For citation:


Romanishkin I.D., Bikmukhametova L.R., Savelieva T.A., Goryaynov S.A., Kosyrkova A.V., Okhlopkov V.A., Golbin D.A., Poletaeva I.Yu., Potapov A.A., Loschenov V.B. Spontaneous Raman spectroscopy for intracranial tumors diagnostics ex vivo. Biomedical Photonics. 2020;9(3):4-12. (In Russ.) https://doi.org/10.24931/2413-9432-2020-9-3-4-12

Просмотров: 131


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2413-9432 (Print)