Klinische Anwendung der Infrarot-Fasersonden-Spektroskopie zur Abgrenzung benigner Kolonmukosa von kolorektalen Karzinomen und zur Bestimmung des Differenzierungsgrades

Problem:

Die Diagnose des kolorektalen Karzinoms wird histologisch gestellt. Die Fourier-Transform-Infrarot(FTIR)-Spektroskopie stellt dagegen ein etabliertes Verfahren zur Analyse einer biologischen Zusammensetzung dar, das keiner speziellen Färbung des Gewebes bedarf. Sie ist in der Lage nicht nur eine Gewebeentität, sondern auch Gewebezustände durch Erfassung eines spektroskopischen Merkmal-Musters, gleich einem Fingerabdruck , zu differenzieren, die bei Vorliegen von krankhaften Veränderungen, wie einer malignen Entartung, eintreten. Die Intention die FTIR-Spektroskopie zur Diagnosestellung eines kolorektalen Karzinoms im klinischen Alltag zum Einsatz zu bringen, erforderte die Adaptation der Technik und der Abläufe an die klinischen Anforderungen sowie die Feststellung einer hinreichend hohen Sensitivität und Spezifität der Messungen in der Klinik.

Methode:

Hierfür ist ein Arbeitsplatz zur FTIR-Fasersondenmessung sowohl im Institut für Pathologie der Augusta-Krankenanstalt GmbH sowie im OP Trakt des Ev. Krankenhauses Herne eingerichtet worden. Die Operationspräparete wurden nach erfolgter Resektion eröffnet, gereinigt und mit einem Phospatpuffer befeuchtet. Über benigner Schleimhaut sowie auf dem Tumorgewebe selbst wurden Spektren erfasst und analysiert. Die Präparate wurden anschließend der histopathologischen Untersuchung zugeführt worden.

Mithilfe zweier Algorithmen, MRMR und Random forest, wurden spektrale Merkmale zur Abgrenzung von benignem und malignem Gewebe, bzw. zur Erkennung des Differenzierungsgrades bestimmt. Die Testung dieser Merkmale erfolgte unter Einsatz zweier Klassifizierer, Random forest und LD. Anschließend wurde der beste Merkmalsatz an einem vollkommen unabhängigen Datensatz getestet.

Ergebnis:

Die spektrale Differenzierung der Dignität erfolgte im Rahmen der Kreuzvalidierung mit einer Sensitivität von 89 ± 7% und Spezifität von 90 ± 7%. Die Prüfung am unabhängigen Testdatensatz ergab eine Sensitivität von 83% und Spezifität von 78%. Die Abgrenzung von G1-G2 Tumoren von G3 – 4 gelang im Rahmen der Kreuzvalidierung mit einer Sensitivität von 80 ± 16% und einer Spezifität von 81 ± 14%.

Die Bestimmung der Entität des Kolongewebes sowie der Abgrenzung von G1 – 2 und G3 – 4 Tumoren ist mit einer guten Sensitivität und Spezifität durchgeführt worden.