Gewebedifferenzierung mittels optischer Emissionsspektroskopie im Gastrointestinaltrakt

Abstract

Die Dissertation ist gesperrt bis zum 30. Juli 2026 !

In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob sich OES-Gewebespektren mit den histologischen Befunden „Normalgewebe“ und „Tumorgewebe“ für die Neoplasien Kolorektales Karzinom, Magenkarzinom und Gastrointestinale Stromatumore korrelieren lassen. Zu diesem Zweck wurden von insgesamt 97 Patienten Gewebeproben der genannten Tumorentitäten und deren Normalgewebe gesammelt. In der Summe wurden 2036 Messpunkte von Normalgewebe und 2419 Messpunkte von Tumorgewebe und somit insgesamt 4455 OES-Gewebespektren gemessen. Danach wurden die Proben histopathologisch untersucht und deren Gewebe definiert. Durch Unterschiede in den Spektren zwischen Normal- und Tumorgewebe und der Ergebnisse der histopathologischen Untersuchung ließ sich mit Hilfe einer SVM ein Algorithmus zur Gewebewiedererkennung erstellen. Es hat sich gezeigt, dass mit diesem Algorithmus Normal- als auch Tumorgewebe anhand ihrer OES-Spektren voneinander unterschieden werden können. Die Genauigkeit einer solchen Unterscheidung war jedoch zwischen den einzelnen Patienten sehr unterschiedlich. So hat die Unterscheidung bei einigen Patienten sehr gut funktioniert, bei einigen war sie allerdings kaum möglich. Durch umfassende Recherche der verfügbaren Daten konnten für diese Tatsache nur bei einzelnen Patienten mögliche Gründe für eine schlechte Gewebewiedererkennung gefunden werden. Bei einigen bleibt der Unterschied in der Genauigkeit dieser Gewebewiedererkennung zunächst unklar. Die Inhomogenität des Gewebes macht jeden Messpunkt einzigartig, was eine Herausforderung an eine solche Analyse darstellt. Im Verlauf der Datensammlung hat sich gezeigt, dass eine genaue histologische Untersuchung jedes einzelnen Messpunktes enorm wichtig ist. Das Problem jedoch ist, dass diese Untersuchung nur in der unmittelbaren Umgebung des Messpunktes stattfinden kann, da das gemessene Gewebe selbst bei der Messung zerstört wird. Die Unterscheidung der Gewebe wurde anhand von Features durchgeführt. Diese sind definiert als Integrale unter den Peaks bestimmter PhotonenWellenlängen, welche bei Normal- und Tumorgewebe Unterschiede aufwiesen.73 Hinter den Wellenlängen stehen bestimmte Mengenelemente und Molekülbanden, die im Gewebe folglich vermehrt oder vermindert vorkommen. Eine Kombination dieser Features gibt jedem Gewebe einen spezifischen „Fingerabdruck“. Vor allem das Mengenelement Magnesium mit seinen unterschiedlichen Wellenlängen wurde bei allen drei Tumorentitäten mit erhöhten Peaks, also auch erhöhter Konzentration im Gewebe, gefunden. Die untersuchten Tumorentitäten scheinen also Magnesium anzureichern. Anwendung finden könnte die OES-Gewebeanalyse im Bereich der onkologischchirurgischen Therapie. Eine Gewebeanalyse in Echtzeit kann dem Chirurgen helfen, Resektionsgrenzen besser zu beurteilen und bietet großes Potential bei der Zeitersparnis im Operationssaal und beim Behandlungserfolg für den Patienten. Auch eine Anwendung in der endoskopischen Vorsorge oder zur Unterstützung von Gewebeanalysen in pathologischen Instituten ist denkbar. Zwar konnte anhand der Ergebnisse dieser Studie gezeigt werden, dass sich die untersuchten gastrointestinalen Tumore anhand ihres OES-Gewebespektrums voneinander unterscheiden lassen, für einen klinischen Einsatz ist die durchschnittliche Genauigkeit der Gewebewiedererkennung aber zu niedrig und muss verbessert werden. Vor allem neue Ansätze im Bereich der Datenverarbeitung durch künstliche Intelligenz versprechen hier heute schon bessere Ergebnisse im Bereich der Genauigkeit der Gewebewiedererkennung. Insofern sollte die OES-Gewebeanalyse, nicht nur im Gastrointestinaltrakt, sondern auch in anderen Gewebe- und Organsystemen weiter erforscht und vorangebracht werden.