Espectroscopia micro-Raman aplicada para o diagnóstico do melanoma cutâneo

Espectroscopia micro-Raman aplicada para o diagnóstico do melanoma cutâneo

Título alternativo Micro Raman spectroscopy applied to cutaneous melanoma diagnosis
Autor Bitar, Renata Andrade Autor UNIFESP Google Scholar
Orientador Santos, Ivan Dunshee de Abranches Oliveira Autor UNIFESP Google Scholar
Instituição Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Pós-graduação Cirurgia translacional – São Paulo
Resumo Introduction: Pigmented skin lesions evaluation for primary melanoma early diagnosis is based on macro and microscopical analysis by means of preestablished standard histopathology morphological models. However, diagnostic sensitivity and specificity depend on the specialists experiences. Facing this problem, studies concerning about the diagnostic methods automation are being discussed. Optical Biopsy is a experimental technique, which main advantage is that biological samples biochemical characteristics are extracted in a reproducible way, whose interpretation will depend on mathematical algorithms developed exclusively for this purpose. Raman spectroscopy is one of Optical Biopsy techniques, known to be highly compatible for biological systems studies. Raman spectroscopy has been used in the last 10 years in the evaluation of neoplastic lesions to promote diagnosis. Objective: To evaluate the feasibility of preprocessing algorithms for Micro-Raman spectra of normal skin epidermis and cutaneous melanoma classification. Methods: Seven samples of normal skin and six samples of cutaneous melanoma in native were sectioned using a cryostat with 16 μm thick section per sample and distributed on CaF2 slides for Micro-Raman spectral acquisition. A Micro-Raman spectrometer was built with a excitation laser @780 nm, optical circuit composed by lenses, filters, mirrors, optical inverted microscope, and a CCD detector. It was collected 168 spectra of normal skin and 150 of cutaneous melanoma. The classification of the Normal Skin and Melanoma subgroups was performed using Principal Components Analysis and Cluster Analysis, and the diagnostic classification was performed applying Principal Components Analysis and Linear Discriminant Analysis. Results: Vibrational modes assignment was referred to the Raman spectral region from 1200 to 1800 cm-1. Especially at 1260, 1300, 1380, 1440, 1550, 1650 cm-1, the vibrational modes were attributed to nucleic acids, Amide III and lipids, aromatic ring C=C breathing bands of melanin, symmetric CH stretch of lipids and proteins and C=O stretching of proteins and lipids from C=C. The spectral classification and cell allocation was possible for the two groups. For normal skin it was possible find the spectral feature for: corneal layer, keratinocytes, melanocytes and collagen; for melanoma, spectral features were attributed to acral melanoma (keratin), melanoma with high melanocytic pigmentation, hemosiderin pigmentation, inflammatory, necrotic and fibrous tissues. Diagnostic classification was possible with sensitivity between 39.1 % and 100 % and specificity between 54.8 % to 100 %, depending on the subgroups confronted. Conclusion: Spectra aquisition, pre-processing and classification algorithms mehods were viable for histological types diagnosis of cutaneous melanoma.

Introdução: A avaliação de lesões pigmentadas de pele para o diagnóstico precoce de melanoma primário é baseada na análise macro e microscópica dessas lesões, por meio de modelos morfológicos pré-estabelecidos para cada padrão histopatológico. Entretanto, a sensibilidade e a especificidade diagnósticas dependem da experiência dos avaliadores. Frente a esta problemática, estudos referentes à automatização de métodos diagnósticos estão sendo discutidos. A Biópsia Óptica é um dos métodos experimentais estudados, cuja principal vantagem é a extração de informações sobre os caracteres bioquímicos das amostras avaliadas, de forma reprodutível, cuja interpretação dependerá de algoritmos matemáticos desenvolvidos exclusivamente para essa finalidade. Uma das técnicas de Biópsia Óptica é a Espectroscopia Raman, conhecida por ser uma ferramenta altamente compatível para estudos em sistemas biológicos, e que tem sido utilizada nos últimos 15 anos na avaliação de lesões neoplásicas para promoção de diagnóstico tanto in vivo quanto in vitro. Objetivo: Avaliar a viabilidade de algoritmos de pré-processamento e de classificação para espectros Micro-Raman de epiderme de pele normal e de melanoma cutâneo espesso. Métodos: Para a aquisição dos espectros Micro-Raman, sete amostras de pele normal e seis amostras de melanoma cutâneo foram preparadas do mesmo modo para análise histopatológica por congelação. Foi construído um espectrômetro Micro-Raman, composto por laser de excitação @785 nm, circuito óptico composto por lentes, filtros e espelhos, microscópio óptico invertido e detector de CCD. Coletados os 168 espectros de pele normal e os 150 de melanoma cutâneo, a classificação dos subtipos estruturais foi realizada por meio da Análise dos Componentes Principais e da Análise de Clusterização e a classificação diagnóstica entre Pele Normal e Melanoma Cutâneo foi desempenhada pela aplicação da Análise dos Componentes Principais e da Análise Discriminante Linear. Resultados: A atribuição dos modos vibracionais se referiu à região de deslocamento Raman entre 1200 a 1800 cm-1, destacando-se os modos de 1260, 1300, 1380, 1440, 1550, 1650 cm-1, referentes aos ácidos nucléicos, Amida III e lipídios, respiração do anel aromático C=C das bandas da melanina, estiramento simétrico CH de lipídios e proteínas e estiramento C=O de proteínas e C=C de lipídios. A classificação dos grupos espectrais e atribuição celular foi possível para os dois grupos, sendo atribuídos a cada um deles quatro subgrupos: para a pele normal foi possível inferir os espectros referentes à camada córnea, queratinócitos, melanócitos e colágeno; para o melanoma, os subgrupos espectrais foram atribuídos para melanoma acral (queratina), melanoma com alta pigmentação melânica, pigmentação por hemossiderina, tecido inflamatório, necrótico e fibroso. A classificação diagnóstica foi possível com sensibilidade entre 39,1 % e 100 % e especificidade entre 54,8 % a 100 %, dependendo do subgrupo confrontado. Conclusão: Os espectros, os tipos de pré-processamento e os algoritmos de classificação foram viáveis para associação dos tipos histológicos e diagnóstico do Melanoma Cutâneo.
Palavra-chave Análise espectral Raman
Melanoma
Biometria
Técnicas e procedimentos de laboratório
Diagnóstico por imagem
Idioma Português
Data de publicação 2009-09-24
Publicado em BITAR, Renata Andrade. Espectroscopia Micro-Raman aplicada para o diagnóstico do melanoma cutâneo. 2009. 147 f. Tese (Doutorado em Ciências) - Escola Paulista de Medicina, Universidade Federal de São Paulo, São Paulo, 2009.
Publicador Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Extensão 147 f.
Direito de acesso Acesso aberto Open Access
Tipo Tese de doutorado
Endereço permanente http://repositorio.unifesp.br/handle/11600/9475

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Nome: Publico-9475.pdf
Tamanho: 4.260MB
Formato: PDF
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