Krooninen sairaus

tiivistelmä

Nopea heuristinen ratiometrinen analyysi arvioimiseksi kudoksen hemoglobiinin ja happisaturaatio mitatuista kudoksesta diffuusiheijastuksen spektrien esitetään. Analyysi validoitu kudoksessa fantomien ja soveltaa kliinisen mittaukset pään ja kaulan, kohdunkaulan ja rintakudosten. Analyysi toimii kahdessa vaiheessa. Ensimmäinen lineaarinen yhtälö, joka kääntää suhde diffuusi reflektanssi on 584 nm ja 545 nm arvioida kudoksen hemoglobiinin käyttäen Monte Carlo-pohjainen hakutaulukon kehitettiin. Tämä yhtälö on riippumaton kudosten sironnan ja happisaturaation. Toinen, happisaturaatio arvioitiin käyttäen ei-lineaarista logistista yhtälöä, joka kääntää suhde diffuusi reflektanssi spektrit 539 nm: sta 545 nm kudokseen happisaturaation. Korrelaatiot 0,89 (0,86), 0,77 (0,71) ja 0,69 (0,43) saatiin kudoksen hemoglobiinin (happisaturaatio) arvot eristettiin käyttäen koko spektrin Monte Carlo ja ratiometrinen analyysi, kliinisten mittausten pään ja kaulan, rinnan ja kohdunkaulan kudoksissa, vastaavasti. Ratiometrinen analyysi oli yli 4000 kertaa nopeampi kuin käänteinen Monte Carlo analyysi arvioimiseksi kudoksen hemoglobiinin ja happisaturaation simuloidussa phantom kokeita. Lisäksi erottelukykyä kahden analyysien oli samanlainen. Nämä tulokset osoittavat potentiaalia tällaisten empiirinen työkaluja nopeasti arvioida kudoksen hemoglobiini reaaliajassa spektrin kuvantamisen sovelluksiin.

Citation: Hu F, Vishwanath K, Lo J, Erkanli A, Mulvey C, Lee WT, et al . (2013) Rapid määritys happisaturaation ja verisuonitus Cancer Detection. PLoS ONE 8 (12): e82977. doi: 10,1371 /journal.pone.0082977

Editor: Jonathan A. Coles, Glasgow University, Yhdistynyt Kuningaskunta

vastaanotettu: 13 helmikuu 2013; Hyväksytty: 01 marraskuu 2013; Julkaistu: 16 joulukuu 2013

Copyright: © 2013 Hu et al. Tämä on avoin pääsy artikkeli jaettu ehdoilla Creative Commons Nimeä lisenssi, joka sallii rajoittamattoman käytön, jakelun ja lisääntymiselle millä tahansa välineellä edellyttäen, että alkuperäinen kirjoittaja ja lähde hyvitetään.

Rahoitus: Tämä tutkimus tukevat National Institutes of Health myönnä. 1R01EB011574-01A1,1 R21CA 108490-01A2 ja 1R01CA 100559-05. (https://www.nih.gov/). Rahoittajat ollut mitään roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista tai valmistamista käsikirjoituksen.

Kilpailevat edut: Kirjoittajat ovat ilmoittaneet, etteivät ole kilpailevia intressejä ole.

Johdanto

Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että varhainen toteaminen ja hoito suun ja kohdunkaulan syöpiä merkittävästi parantaa eloonjäämislukua [1] – [8]. Havaitseminen precancerous ja syöpä on suun haavaumia on useimmiten onnistuu silmämääräinen tarkastus seuraa biopsia epäilyttävien kudosten sivustoja. Kohdunkaulan syövän seulontaa, The Papanicolau- koe tai Papa on tavanomaista hoitoa. Jos Papa on positiivinen, colposcopy (visualisointi etikkahappoa värjätään kohdunkaula on pienitehoinen mikroskooppi) ja biopsia suoritetaan. Tehokas syövän seulontaa ja diagnostisia ohjelma vaatii usein sekä hienostunut ja kallis lääketieteelliset tilat hyvin koulutettu ja kokenut hoitohenkilökunta. Kehitysmaissa on kuitenkin puuttuminen asianmukaista lääketieteellistä infrastruktuuria ja resursseja tukea järjestäytyneen seulontaa ja diagnostisia ohjelmia, jotka ovat saatavilla Yhdysvalloissa Siksi on kriittinen maailmanlaajuinen tarve kannettava, helppo käyttää, luotettava ja edullisia laite, joka voidaan nopeasti seuloa suullinen ja kohdunkaulasyövän vähän resursseja asetuksia.

UV-näkyvän (UV-VIS) diffuusiheijastuksen spektroskopia, jota voidaan käyttää mittaamaan kudokseen imeytymistä ja sironta, on osoittanut potentiaalia varhaistoteamiseen syövistä kohdunkaula ja suuontelon [9] – [24]. Imeytymistä ja sirontakertoimet epiteelikudosten heijastaisivat fysiologiset ja morfologiset ominaisuudet [25]. UV-VIS-bändi, hallitseva absorboivat suun ja kohdunkaulan kudokset ovat happipitoista ja hapetonta hemoglobiini, jotka johtuvat verisuonten strooman. Valonsironnan ensisijaisesti liittyy solujen ytimiä ja soluelimiin epiteelin, sekä kollageeni kuidut ja rajat linkkejä strooman. Neoplastiset kudokset esiintyy merkittäviä muutoksia niiden fysiologiset ja morfologiset ominaisuudet, jotka voidaan mitata optisesti. Osuus imeytymisen strooman kerrokseen odotetaan kasvavan uudissuonimuodostukseen ja angiogeneesiä, ja happisaturaatio verisuonia odotetaan vähenevän, koska kasvainkudoksessa outgrows sen verenkiertoa. Stroomakasvaimet sironta odotetaan vähenevän neoplastisia eteneminen johtuu hajoaminen solunulkoisen kollageenin verkoissa. [11], [25] – [29]. Kuitenkin epiteelin sironta odotetaan kasvavan lisääntyneen ydinvoiman koko, lisääntynyt DNA-sisältöä ja hyperchromasia [25] – [27], [30]. UV-VIS-diffuusi reflektanssi spektroskopia on tunkeutumissyvyys, joka voidaan virittää olevan verrattavissa paksuuteen epiteelikerroksen tai syvemmälle koetin sekä epiteeli- ja stromakerroksissa [17], [25], [31].

Ryhmämme on kehittänyt UV-VIS hajanainen heijastuskyky spektroskopia järjestelmä, jossa anturi geometria, joka on herkin muutoksille strooman ja skaalautuva käänteinen Monte Carlo (MC) reflektanssi malli nopeasti mitata ja kudosten optiset ominaisuudet [32], [33]. Chang et al. [10] käytetään spektroskooppinen järjestelmä ja MC mallin tunnistaa optisen biomarkkerit, jotka vaihtelevat eri laatuja CIN-muutos (CIN) normaaleista kohdunkaulan kudoksista 38 potilaalla. Yhteensä hemoglobiinin havaittiin olevan tilastollisesti korkeampi dysplasiaan verrattuna normaaliin ja huono laatu dysplasia (P 0,002), kun taas sironta väheni merkittävästi dysplasia verrattuna normaaleissa kudoksissa (P 0,002). Beumer et ai. käyttivät samaa UV-VIS hajanainen heijastuskyky spektroskopia järjestelmä käytettäessä

in vivo

kliinisessä tutkimuksessa, jossa 21 potilasta, joilla limakalvon levyepiteelisyövän pään ja kaulan arvioitiin [34]. 21 potilaalle tehtiin panendoscopy ja koepaloja otettiin pahanlaatuinen ja contralateral normaaleissa kudoksissa. Diffuusiheijastusdata spektrit mitattiin ennen koepala. Verisuonten happisaturaation (SO

2) havaittiin olevan tilastollisesti korkeampi pahanlaatuinen kudoksissa verrattuna ei-pahanlaatuinen kudosten (P = 0,001).

Tehokkain ja tehokas strategia ehkäisyyn kehittyneiden kohdunkaulan tai suun syövistä resursseja rajoitettu asetukset on nähdä ja hoitaa potilasta yhden käynnin, jolloin vältetään tarve monitasoinen kaltainen järjestelmä Yhdysvalloissa, jossa seulonta, diagnosointi ja hoito aiheuttaa kolme tai enemmän käyntejä terveydenhuollon yksikössä. Esimerkiksi ohjeet on kirjoitettu Alliance for ehkäisemistä Kohdunkaulan syöpä (APCC) strategioita seulomiseksi kohdunkaulan syövän resursseja rajoitettu asetukset [35]. Heidän suositus on silmämääräisesti etikkahapolla (VIA), minkä jälkeen käsittelemällä syövän esiasteista käyttäen kylmähoito (jäädyttäminen) [36] – [38], joka voidaan suorittaa lääkäreiden, sairaanhoitajien tai kätilöitä. Tehokas seulonta /diagnostisia strategia, joka voi mahdollistavat välittömän hoidon interventio on voitava kartoittaa koko alueen kohteisiin. Lisäksi havaitsemisstrategiaa olisi mahdollisimman vähän vaikuttaa operaattori bias tai subjektiivinen tulkinta kuvien kerätään alueen kohteisiin. Nykyinen järjestelmä mahdollistaa kvantitatiivinen määritys kudoksen fysiologinen päätepisteitä vaan rajoittuu arvioida paikallisille alueille kudoksen. Kartoittaa koko näkökenttä on tärkeää mittakaavassa yhden pikselin kuitupohjaisten järjestelmän kuvantamisen alustan ja kehittää algoritmeja, jotka voidaan määrittää nämä spektrikuvien. Kuitenkin yksinkertaisten kuvantamisjärjestelmien edellyttää merkittävää vakauttamista määrän aallonpituuksia, jotta kuvantaminen spektrografit ja laajakaistaiset terminen lähteitä voidaan korvata yksinkertaisella kameroiden ja LEDit.

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli osoittaa yksinkertainen ratiometrinen analyysi kvantifiointiin kudoksen SO

2 ja hemoglobiinin kokonaispitoisuuden ([THb]) käyttämällä pientä määrää aallonpituuksia näkyvän spektrin alueella kuin strategian täytäntöönpanoa nopean valvonnan ennalta syöpiä ja syöpien seulonta väestöstä resursseja rajoitettu asetuksia. Useat aiemmin julkaistuissa tutkimuksissa on käytetty yksinkertainen ratiometrinen analysoi laskea [THb] tai SO

2 päässä reflektanssispektrit. Esimerkiksi, ratiometrinen analyysejä on kehitetty poimia SO

2 käyttämällä suhteita kahdella aallonpituudella, yksi jossa paikallinen erot ekstinktiokertoimia oksi- ja deoksi- hemoglobiinin ovat maksimaalinen, ja yksi isosbestic aallonpituus, jossa ekstinktiokertoimet ja oksi- ja deoksi- hemoglobiini ovat samat. Yhdessä tutkimuksessa [39], suhde 431/420 laskettiin ja käytetään laskettaessa SO

2. Kuitenkin tässä tutkimuksessa ei vaikutukset huomiotta kudoksen sironta. Toisessa tutkimuksessa [40] käytetään optisessa tiheydet kaksi isosbestic pistettä, 520 ja 546 nm, määrittää panos hajonta ja käyttää optinen tiheys 555 ja 546 nm poimia SO

2 kautta yhtälönä. Kuitenkin tässä tutkimuksessa ei tutkia muutosten vaikutus [THb] on suhteet. Ryhmämme on aiemmin kehittänyt ratiometrinen analyysi [41], joka laskee heijastavuus suhteet klo isosbestic aallonpituuksilla hemoglobiinin, ja tämä analyysi pystyi nopeasti laskemaan [THb] riippumaton kudoksen sironnan ja SO

2. Tätä erityistä ratiometrinen analyysin suhde intensiteetit yhden näkyvän aallonpituuden (452, 500, tai 529 nm), jolloin yksi UV-aallonpituus (390 nm) peräisin diffuusi reflektanssi-spektrin käytetään erottamaan [THb] käyttäen lineaarista analyyttinen yhtälö. Kuitenkin, tämä analyysi vaatisi ultraviolettilähteen, joka on suhteellisen kallista verrattuna läsnä näkyvän aallonpituuden valonlähteitä. Tässä käsikirjoitus, kuvaamme yksinkertaisen ja analyyttinen ratiometrinen analyysi purkaa sekä [THb] ja SO

2 näkyvällä aallonpituusalueella, joka kohdistuu rajoituksia aikaisemman työn omilla ryhmä ja muut. Se hyödyntää kahta tai useampaa intensiteettiä eri aallonpituuksilla hajanaisena reflektanssispektrin ja laskee asianmukaiset suhteet niistä. Johdettu suhteet muunnetaan sitten [THb] tai SO

2 käyttämällä analyyttistä yhtälöitä. Meidän ehdotettu analyysi käytetään vain kolmella aallonpituudella (539, 545 ja 584 nm), kaikki näkyvä osa spektrin, jossa valoa emittoivat diodit (LEDit) ovat helposti saatavilla. Olemme myös testanneet ratiometrinen analyysin täysin spektrin MC simulaatioita ja kokeelliset fantomit varmistaa minimaalinen herkkyys hajonta. Lisäksi meidän ratiometrinen analyysi selittää myös [THb] laskettaessa SO

2.

Methods

aallonpituudet valittiin 500 nm 600 nm (näkyvän spektrin), jotta vipu suhteellisen halvan valonlähteitä kuten LED. Lisäksi, deoksi- ja hemoglobiinin on selvä absorptio ominaisuuksia näkyvän spektrin. Viisi isosbestic aallonpituuksia ja viisi muuta aallonpituuksilla, jossa ero ekstinktiokertoimia välillä deoksi ja hemoglobiinin ovat suurimmat käytettiin laskettaessa [THb] ja SO

2, vastaavasti. Taulukossa 1 luetellaan näiden aallonpituuksilla, jotka tarjoavat yhteensä kymmenen mahdollisia yhdistelmiä (paria isosbestic aallonpituuksilla), jossa suhteet testattiin uuttamalla [THb] ja 25 aallonpituuden yhdistelmiä, jolloin reflektanssi suhteet testattiin (yksi isosbestic ja yksi maximal- ero aallonpituus) louhinta SO

2.

Kuva 1 lyhyesti antaa yleiskuvan ratiometrinen analyysin mukaan lukien vaiheista valittaessa paras suhdeluvut [THb] ja SO

2. Uuttomää- [THb] ja SO

2 saavutettiin kahdessa vaiheessa. Ensinnäkin, reflektanssi suhde muodostuu isosbestic aallonpituuksilla käytettiin poimia [THb]. Tämä saavutettiin muuttamalla heijastavuus suhde osaksi [THb] käyttäen lineaarista yhtälöä. Jokaista suhde isosbestic aallonpituuksilla, riippumaton sarjaa kertoimien

m

ja

b

luotiin käyttäen MC simulaatioita. Seuraavaksi heijastavuus suhde yhdellä isosbestic aallonpituudella ja yksi maksimaalinen-ero aallonpituus muutettiin SO

2 arvoon käyttäen ei-lineaarista yhtälöä käyttämällä

α

(THb) ja β (THb) kertoimia. Nämä kertoimet luotiin käyttäen MC simulaatioita kullekin 25 heijastuskyvyn suhde jokaisessa simuloitu [THb]. Uutettu [THb] ensimmäisestä vaiheesta käytettiin valita sopiva epälineaarinen logistista yhtälöä muuntaa suhde isosbestic maksimi ero aallonpituuden kohdalla SO

2 arvo. Kun yhtälöt [THb] ja SO

2 ovat kehittyneet, ratiometrinen analyysi validoitu koepehmopaperi fantomien. Osoittaakseen kliininen hyöty tämän analyysin ja riippumattomuutta muutoksiin instrumentointi, uutteissa valitulla suhteita verrattiin sitten ne käyttävät koko spektrin MC analyysi kolmessa eri kliinisiä tutkimuksia erilaisten optisten järjestelmien.

tuottaa analyyttisiä hakutaulukot varten [THb] ja SO

2 heijastavuuden suhteet

Analyyttinen yhtälöt muuntaa sopivissa suhteissa osaksi [THb] ja SO

2-arvot määritettiin käyttämällä koko spektrin MC simulaatioita. Eteenpäin koko spektrin MC malli [42] käytettiin synnyttämään 24805 ainutlaatuinen diffuusiheijastuksen spektrit. Nämä reflektanssispektrit toimi simuloitu master asetettu. Diffuusiheijastusdata spektrit simuloitiin laskemalla absorption ja sironnan spektri välillä 350-600 nm. Absorptio kertoimet laskettiin olettaen, että oksi- ja deoksi-hemoglobiini ovat hallitseva absorboivat kudoksessa. Summa Näiden kahden vaimentimen pitoisuudet antoivat tuloksena [THb], joka vaihteli välillä 5 ja 50 uM askelin 0,1 uM master set. Pitoisuus kutakin hemoglobiinilajeja vaihdeltiin span välillä SO

2 arvot 0, 1 askelin 0,1. Pelkistetty sirontakertoimia, μ

s ’, koko spektrialueella määritettiin käyttäen Mie teoria 1 um polystyreeniä mikropalloja. Viisi eri sironnan tasoilla kertyi määrää lisäämällä tiheyden pallo pitoisuuksia. Aallonpituus keskimääräisiä (välillä 350~600 nm) tarkoittaa alentunut sirontakertoimia näille viidelle sironta tasot olivat 8,9, 13,3, 17,8, 22,2, ja 26,6 cm

-1. Tuloksena päällikön joukko koostui 24805 reflektanssispektrit, joka edustaa yhdistelmä kaikkia mahdollisia [THb] tasolle, jossa kaikki SO

2 tasossa, ja kaikki sironnan tasoilla (451 x 11 x 5 = 24805). Nämä optiset ominaisuudet ovat samanlaisia ​​kuin edellisessä tutkimuksessa [41]. Simuloitu reflektanssispektrit master asettaa luotiin kiinteä kuitu-koetin geometria, kuten aiemmin on kuvattu [42]. Lopuksi kokeellisesti mitattu hajanainen reflektanssispektrin samalla kuidun geometria käytettiin ”viittaus” kalibroida laajuuden simuloidun spektrin olla verrattavissa mitattujen spektrien.

Tutkia vaikutus louhinta tarkkuus ratiometrinen analyysin yhä spektrin kaistaleveydet, me simuloitu ylimääräisiä kaistaleveydet master set. Heijastavuuden spektrit simuloitiin kolmelle eri kaistaleveydet (2 nm, 3,5 nm ja 10 nm koko leveydeltään puolen maksimi (FWHM) kaistanleveyden) ja johtivat 3 muutettu master diffuusiheijastuksen sarjaa (kukin sisältää 24805 spektrit). Tämä tehtiin olettamalla, kukin aallonpituus oli tietty Gaussin bandpass määritetyn FWHM. Erityisesti heijastavuus kullakin aallonpituudella simuloidussa spektri convolved Gaussin jakauma funktio erityisten bandpass. Yhtälöt muuntaa heijastuskyvyn suhde osaksi [THb] ja SO

2 synnytettiin sitten erikseen kunkin kolmen kaistanpäästösuotimen modifioidun master diffuusi reflektanssi spektrin sarjaa.

Kuva 2 kuvaa kehitystä analyyttisiä yhtälöitä käytetään laskemaan [THb] ja SO

2. [THb] suhde, 584/545, ja SO

2-suhde, 539/545, on esitetty esimerkkeinä. Sillä [THb] louhinta, heijastavuus suhde tietyllä aallonpituudella parin laskettiin jokaisesta simuloidun reflektanssispektrin että oli kiinteä [THb]. Siten oli 55 arvot tietylle [THb] aallonpituus-suhde (poikki 5 hajonta tasoa ja 11 SO

2 tasoa). Yksitoista näistä arvoista otettiin keskiarvo poikki SO

2, kunkin sironta tasolla. Kunkin kymmenen isosbestic aallonpituus-paria, riippuvuus heijastavuus hyötysuhteen [THb] piirrettiin kaikissa SO

2 tasossa ja kukin hajonta tasolla, kuten kuvassa 2A. Vaikka analyysi koostui 5-50 uM [THb] askelin 0,1 uM, vain 10 451 [THb] tasot näkyvät kuvassa helpottaa tietojen tulkintaa pistettä. Arvioimme riippuvuus reflektanssin suhteen tietyn aallonpituuden parin kudosten SO

2 ja hajonta. Vaakasuora virhe palkit kullakin hajonta tasolla näyttää leviämistä heijastavuus suhteen johtuu vaihtelevassa SO

2 tasossa 0 1. Tämä kuvastaa herkkyyttä suhteen muutoksiin SO

2. Leviäminen eri symboleja jokaisessa [THb] kuvastaa herkkyyttä suhde hajonta. Heijastavuuden suhteet kullakin [THb] otettiin keskiarvo yli 5 hajonta tasoa ja 11 SO

2 tasossa, ja lineaarinen analyyttinen yhtälö luotiin varten keskimäärin suhdeluvut. Kuvio 2B esittää lineaarisen analyyttinen yhtälöt 584/545, 584/570, 570/545, ja 584/529 esimerkkeinä.

vaiheet laskemiseksi analyyttiset yhtälöt: (A) tuottaa reflektanssi eri optiset ominaisuudet käyttämällä eteenpäin analyysi ja johdetut Hb suhteet. Vaaka-virhe palkit osoittavat keskihajonnan suhde on SO

2 tasossa 0 1. levitteet ovat pieniä, koska suhteet ovat peräisin isosbestic pistettä. (B) Esimerkki lineaariset analyyttinen yhtälöt 584/545, 584/570, 570/545, ja 584/529 varten [THb] arvio. (C) laskeminen SO

2 suhdeluvut useita sironnan tasoilla yhtä [THb] (D) Hill käyrä yhtälöt syntyi useilla [THb] kullekin SO

2 suhde. Vain 539/545 näkyy.

Jotta muuntaa heijastavuus suhde lasketaan tietyllä SO

2 aallonpituus-pair osaksi SO

2 arvoa, epälineaarinen logistinen ( Hill käyrä) yhtälöä käytettiin. Ainutlaatuinen Hill yhtälöä luotiin kullekin 451 [THb] (5-50 uM 0,1 askelissa) muokatussa master asetettu. Heijastavuuden suhde tietylle SO

2 aallonpituus-paria, tietyllä [THb], oli keskimäärin yli viisi sironnan tasoilla (kuvio 2C). Tämä johti 11 keskimäärin suhteissa kullekin SO

2 aallonpituus paria, jokaisessa [THb]. The Hill-kertoimet luotiin sovittamalla 11 keskimäärin suhdeluvut logistista yhtälöä. Koska kaikkiaan 451 eri [THb] arvoja käytettiin simulaatioita, 451 eri yhtälöitä kertyi kunkin SO

2 aallonpituus-paria. Kuvio 2D esittää esimerkin luvut Hill käyrät syntyvät keskimäärin suhteet eri [THb] varten 539/545.

määritys parhaat suhteet simulointi ja kokeellinen haamut

Yhteensä 8 sarjaa reflektanssispektrit käytettiin validoida ratiometrinen analyysi. Optiset ominaisuudet ja keräys parametrit näiden 8 phantom sarjaa on esitetty yhteenvetona taulukossa 2. Pimeä sets 1-3 simuloitiin skaalautuva MC mallia, kuten edellä on kuvattu. Phantom sarjaa 4-8 kokeellisesti mitattuja tietoja ja niitä on kuvattu yksityiskohtaisesti aiemmin [41], [43]. Lyhyesti, Phantom Set 4 koostui 51 aaveita vaihtelevalla SO

2 tasossa mutta kiinteällä [THb] (14,8 uM), ja μ

s ’tasolla (12,6 cm

-1). Phantom Set 5 koostui kahdesta osajoukkoja aaveita alhaisella sironta tasolla (μ

s ’= 13,5 cm

-1) ja korkea hajonta tason (μ

s’ = 22,52 cm

-1) . Jokaisessa sarjassa Phantom Set 5 koostui 4 aaveita. Jokainen phantom matalan hajonta taso oli pariksi phantom korkean hajonta tason ja [THb] arvo kunkin pariksi phantom oli sama. Keskihajonta heijastavuus jokaisen aallonpituuden-parin jokaisessa pariksi Phantoms laskettiin. Phantom Set 6 koostui 13 aaveita kasvaessa [THb] 5,86-35,15 uM. Keskiarvoistetut μ

s ’laskivat kunkin phantom 23,63-17,30 cm

-1. Toinen väline käytettiin mittaamaan haamut Phantom Set 7 ja Set 8 validoida väline riippumattomuutta ratiometrinen analyysin. Phantom Set 7 oli samanlainen Phantom Set 5, että se sisälsi kaksi 4 aaveita matala ja korkea sironnan tasoilla (μ

s ’= 13,5 cm

-1 ja 22.89 cm

-1 vastaavasti) ja pariksi fantomeilla jokaisella tasolla sisälsi samat [THb]. Keskihajonta heijastavuus jokaisen aallonpituuden-parin jokaisessa pariksi haamut laskettiin myös. Phantom Set 8 koostui 16 aaveita kasvaessa [THb] 5-50 uM. Μ

s ’taso kunkin Phantom oli vähemmän kuin edellisenä phantom, jotka vaihtelevat 28,56-17,02 cm

-1, koska sarjalaimennoksia korvikkeen ratkaisu. Kun otetaan huomioon kaikki nämä koepehmopaperi Phantoms mitattuna on tarkoitettu määrittämään paras suhde arvioida [THb] ja SO

2 monenlaisia ​​optisia ominaisuuksia mitataan eri välineiden.

ratiometrinen analyysi ensin testattu simuloidun heijastavuus. Lineaarinen analyyttiset yhtälöt [THb] suhteet ja epälineaarinen logistinen yhtälöitä SO

2-suhteet syntyvät Phantom Asettaa 1-3. Uutettu arvot [THb] käyttäen ratiometrinen analyysiä verrattiin todellisiin arvoihin kunkin diffuusi reflektanssi spektri ja absoluuttinen virhe ennustetun ja todellisen arvot laskettiin. Seuraavaksi herkkyys kunkin [THb] suhde sirontaa laskettiin käyttäen keskihajonta reflektanssin suhteen kullakin [THb].

laskeminen [THb] käyttäen ratiometrinen analyysi myös validoitu Phantom setit 4-8. Koska jokainen reflektanssispektrin simuloitiin MC mallia on skaalataan kalibrointia phantom, valinta kalibrointiin Phantom voi esitellä järjestelmällisiä virheitä. Tilille näiden vaikutuksia uuttaa [THb], 3 erilaista fantomimalleihin Phantom Set 4, Set 6 ja Set 8 ja 2 eri haamut ryhminä 5 ja 7 valittiin kuin kalibroinnissa Phantoms. SO

2, [THb] ja μ

s ’on kalibrointiin haamut on koottu taulukkoon 2. Aina kalibrointia phantom valittiin uusi isäntä joukko reflektanssin tuottamista varten on skaalautuva MC malli, ja uudet kertoimet analyyttisiä yhtälöitä kertyi näiltä phantom sarjaa. Syntyvä analyyttisiä yhtälöitä käytettiin poimia [THb] tai SO

2 arvot samalla kokeellista phantom sarjaa, joista kalibrointia haamut valittiin. Näin varmistettiin, että systemaattiset virheet tai titraamalla virheet yhdessä kokeellisen phantom tutkimus rajoittui samaa koe- Phantom tutkimuksessa ja ei tehty toiselle kokeellisen phantom tutkimuksessa. Koetin geometriat ja kaistaleveydet varten simuloidun master sarjaa oli sovitettu kokeelliseen järjestelmään. Ratiometrically uutetaan [THb] verrattiin MC uutettu [THb] kokeellisen haamut kunkin phantom ryhminä 4-8 laskea absoluuttinen virheitä. Suhde levitteet kymmenen mahdollisen isosbestic aallonpituus paria laskettiin pois pariksi fantomimalleihin Set 5 ja Set 7. Paras suhde [THb] määritettiin virheestä ja suhde leviämistä rankingissa sekä simuloitu data ja kokeelliset tiedot.

ratiometrinen analyysi SO

2 validoitiin Phantom Set 4, joka koostui aaveita vaihtelevalla SO

2 tasoa. Kunkin kokeellisen phantom tämän sarjan, [THb] ensin laskettu käyttäen parasta isosbestic aallonpituus paria käyttäen ratiometrinen analyysiä. Tämä uutetaan [THb] käytettiin sitten valita vastaava Hill käyrä kertoimet tietyllä SO

2 aallonpituus-paria. Reflektanssi suhde kunkin SO

2 aallonpituus-pair ensin lasketaan ja muunnetaan sitten SO

2 arvoa vastaavan Hill käyrä kertoimia. Ratiometrically uutetaan SO

2 verrattiin vastaan ​​SO

2 arvot mitattiin postilokero

2 elektrodia, kuten aikaisemmin on kuvattu [43]. Arvioimaan herkkyys kunkin SO

2 suhde sironnan, heijastavuus suhteet kunkin SO

2 aallonpituus paria ensin lasketaan jokainen kummitus Phantom setit 5 ja Set 7. standardipoikkeamat Sitten lasketaan kunkin pariksi reflektanssi suhteet kullekin SO

2 aallonpituus-paria, koska ainoastaan ​​hajonta oli erilainen kussakin pariksi phantom. Johdettujen standardipoikkeamat jokaisesta pariksi katkoviivoin Phantom Set 5 ja sarja 7 laskettiin keskiarvo kullekin SO

2 aallonpituus-paria.

instrumentointi käytetään haamut ja kliinisissä tutkimuksissa

kolme instrumentit olivat avulla varmistetaan ratiometrinen analyysi tämän käsikirjoituksen. Instrument käytettiin A kokeellisessa Phantom tutkimukset (Set 4-6) ja käytettäessä

in vivo

kohdunkaulan tutkimus [41], [43] [44]. Instrument B käytettiin myös kokeellisen Phantom tutkimukset (Set 7-8), ja myös

in vivo

kohdunkaulan tutkimus [44] ja käytettäessä

in vivo

rintasyövän tutkimuksen [45 ]. Instrument C käytettiin varten

in vivo

pään ja kaulan alueen syöpä tutkimus. Yksityiskohdat Instrument A, B ja C, ja koetin kuvioita on tehty aiemmin kuvattu [44] – [47]. Lyhyesti, välineessä koostui 450 W ksenon (Xe) kaarilamppu (JY Horiba, Edison NJ), kaksinkertainen magnetointi monokromaattoria (Gemini 180, JY Horiba, Edison, NJ), ja Peltier-jäähdytetty open-elektrodi CCD- laite (CCD) (Symphony, JY Horiba, Edison, NJ) [45] [43] [44]. Instrument B oli kuitu kytketty spektrofotometrillä (SkinSkan, JY Horiba, Edison, NJ), joka koostui 150 W Xe kaarilamppu, kaksinkertainen ritilä heräte monochromator, päästöjen monochromator, ja laajennettu punainen valomonistinputkella (PMT) [ ,,,0],44] [43]. Instrument C oli kannettava järjestelmä, joka koostui 20 W halogeenilamppu (HL2000HP, Ocean Optics, Dunedin, FL), lämmön suodatin (KG3, Schott, Duryea, PA), ja USB-spektrometri (USB4000, Ocean Optics, Dunedin, FL) [47]. Valaistus ja keräys kaikkia välineitä saavutettiin kytkemällä valokuitu antureista. Väline parametrit on lueteltu kuviossa 3.

testaaminen ratiometrinen analyysin eri hajonta valtuudet

teho laki (μ

s ’=

· λ

–

b

) käytettiin mallintamaan alennettu sirontakertoimia jossa

määrittää yleinen suuruuden sironnan, λ on aallonpituus, ja

b

on sironta teho. Uusi sarja 1500 reflektanssispektrit (10 [THb] tasoa, 5 SO

2 tasossa, ja 10 eri sironnan valtuuksia hajottamisesta arvoille arvoksi 2, 6 tai 10 cm

-1 600 nm) oli simuloitiin eteenpäin Monte Carlo mallin avulla sirontakertoimissa syntyvät potenssilain. Sironta teho vaihteli 0,2 ja 2 vastaan ​​vaiheet 0.2. Tulee [THb] olivat välillä 5 50pM askelin 5 SO

2 tasot olivat alueella 0 1 lisäys 0,25. Taulukossa 3 on yhteenveto optiset ominaisuudet, jota käytetään testaamaan ratiometrinen analyysin eri hajonta valtuudet. Tulee [THb] ja SO

2 poimittiin kanssa ratiometrinen analyysin paras suhdeluvut määritetty kohdassa 3.1. Absoluuttinen [THb] ja SO

2 virheitä laskettiin. Lisäksi sironta toimivalta kliiniset tiedot tämän käsikirjoituksen laskettiin sovittamalla Monte Carlo-uutettu aallonpituudesta riippuva sirontakertoimia kuin hajottaa teho malli.

vertailu nopeutta MC ja ratiometrinen analysoi

Jos haluat vertailla laskennallinen suorituskyky ratiometrinen analyysin ja koko spektrin MC analyysi uuttamalla [THb] ja SO

2, 100 diffuusiheijastuksen spektrien satunnaisesti valittua [THb] ja SO

2 arvot simuloitiin eteenpäin MC malli. Random valkoista kohinaa lisättiin myös jokaisen simuloidun reflektanssispektrin ennen sovitusprosessia. Amplitudi syntyy kohinaa oli vain kaksi prosenttia erotus simuloidun maksimi- ja minimiarvot kunkin reflektanssispektrin. Melutaso määritettiin aikaisemmista tutkimuksesta, jossa pahin SNR instrumentin A on 44,58 dB. Tämä tarkoittaa, että kohinan amplitudi on noin kaksi prosenttia signaalin amplitudia. Nämä spektrit analysoitiin käyttäen sekä käänteistä koko spektrin MC analyysin ja ratiometrinen analyysi. Ratiometrinen analyysejä näistä näytteistä käytettiin paras suhteet, jotka on kuvattu seuraavissa osissa tämän käsikirjoituksen, sillä [THb] ja SO

2. Uutettu [THb] ja SO

2 arvot koko spektrin MC analyysin ja ratiometrinen analyysiä verrattiin odotettuihin (input) arvot ja absoluuttinen virheet laskettiin. Tietojenkäsittely-aika niin analyysejä verrattiin myös.

Kliininen validointi

testaamiseksi kestävyydestä ratiometrinen analyysin

in vivo

kliinisissä olemme soveltaneet ratiometrinen analyysi kolmessa erillisessä tutkimuksessa toteutettiin kolmella eri kudosten sivustoja. Näissä kliinisissä tutkimuksissa käytettiin diffuusiheijastuksen spektroskopia erottaa normaali verrattuna pahanlaatuisia tai precancerous kudosten

in vivo

kohdunkaula [44], että rintojen [45], ja pään ja kaulan [34]. Näytteet näistä tutkimuksista edustavat erilaisia ​​optisia imeytymistä skenaarioita. Pään ja kaulan [34] ja rintakudosten on suhteellisen korkea [THb], kun kohdunkaula on [THb] arvot alapäässä spektrin [44]. Valikoimia [THb] aikaisemmista tulokset olivat 2,6-+208,9 uM, 0,79-63,7 uM ja 0,99-44,06 uM, pään ja kaulan, rinnan, ja kohdunkaulan kudoksissa, vastaavasti. Lisäksi rintarauhaskudosta sisältää paitsi [THb], mutta myös β-karoteeni ylimääräisenä vaimentimen [45]. Tiedot aikaisemmin kerätty kliinisten tutkimusten ja analysoitiin skaalautuvan koko spektrin MC analyysiä käytettiin arvioimaan ratiometrinen analyysi. Tutkimuksessa suunnittelee ja protokollat ​​näiden

in vivo

tutkimuksissa on kuvattu aiemmin [44], [45]. Kaikki kliiniset tutkimukset tällä käsikirjoituksen tarkistettiin ja hyväksyttiin Duke University School of Medicine Institutional Review Board. Kirjallinen suostumukset saatiin kunkin potilaan näissä

in vivo

tutkimuksissa. Keskiarvoistetut diffuusiheijastuksen spektri kunkin sivuston kustakin tutkimus analysoitiin sekä käänteistä koko spektrin MC analyysin ja ratiometrinen analyysi.