ラベルフリー多光子イメージングにより、テクスチャ解析に基づく脳腫瘍の認識が可能となり、382名の腫瘍患者を対象とした研究が行われた

Label-free multiphoton imaging allows brain tumor recognition based on texture analysis-a study of 382 tumor patients.

• Ortrud Uckermann
• Roberta Galli
• Georg Mark
• Matthias Meinhardt
• Edmund Koch
• Gabriele Schackert
• Gerald Steiner
• Matthias Kirsch

抄録

背景:

ラベルフリー多光子顕微鏡法は、術中の脳腫瘍の認識と描出に用いられることが示唆されている。今後の臨床応用のためには、画像取得と解析のための適切なアプローチを開発しなければならない。さらに、患者間および患者内のばらつきを考慮に入れたアプローチの信頼性の評価が必要である。

Background: Label-free multiphoton microscopy has been suggested for intraoperative recognition and delineation of brain tumors. For any future clinical application, appropriate approaches for image acquisition and analysis have to be developed. Moreover, an evaluation of the reliability of the approach, taking into account inter- and intrapatient variability, is needed.

方法:

コヒーレント抗ストークスラマン散乱（CARS）、2光子励起蛍光（TPEF）、および第2ハーモニック発生を、382人の患者および28人のヒト非腫瘍脳サンプルの脳腫瘍の凍結切除で取得した。これらの画像のテクスチャパラメータを計算し、線形判別分析の入力として使用した。

Methods: Coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS), two-photon excited fluorescence (TPEF), and second-harmonic generation were acquired on cryosections of brain tumors of 382 patients and 28 human nontumor brain samples. Texture parameters of those images were calculated and used as input for linear discriminant analysis.

結果:

CARSとTPEF信号のテクスチャパラメータの複合解析は、非腫瘍性脳腫瘍と脳腫瘍（低悪性度および高悪性度の星細胞腫、乏突起膠腫、膠芽腫、再発膠芽腫、肺癌、結腸癌、腎癌、乳癌の脳転移、悪性黒色腫）の識別に最も適していることが証明され、96％（感度：96％、特異度：100％）の正答率を達成した。臨床現場に近い結果を得るために、この結果は42例の新鮮で固定されていない腫瘍生検で検証された。82%の腫瘍と、最も重要なことに、すべての非腫瘍サンプルが正しく認識されました。1μmの画像解像度は、脳腫瘍と非腫瘍脳を区別するのに十分でした。さらに、各患者のサンプルの単一視野の大部分が高い確率で正しく分類されており、これは臨床応用に重要です。

Results: The combined analysis of texture parameters of the CARS and TPEF signal proved to be most suited for the discrimination of nontumor brain versus brain tumors (low- and high-grade astrocytoma, oligodendroglioma, glioblastoma, recurrent glioblastoma, brain metastases of lung, colon, renal, and breast cancer and of malignant melanoma) leading to a correct rate of 96% (sensitivity: 96%, specificity: 100%). To approximate the clinical setting, the results were validated on 42 fresh, unfixed tumor biopsies. 82% of the tumors and, most important, all of the nontumor samples were correctly recognized. An image resolution of 1 µm was sufficient to distinguish brain tumors and nontumor brain. Moreover, the vast majority of single fields of view of each patient's sample were correctly classified with high probabilities, which is important for clinical translation.

結論:

ラベルフリーの多光子イメージングにより、内視鏡システムと組み合わせて、原発性および続発性脳腫瘍の術中診断を迅速かつ正確に行うことが可能になる可能性がある。

Conclusion: Label-free multiphoton imaging might allow fast and accurate intraoperative delineation of primary and secondary brain tumors in combination with endoscopic systems.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press, the Society for Neuro-Oncology and the European Association of Neuro-Oncology.