Спектроскопия светорассеяния

Спектроскопия светорассеяния (LSS) — это спектроскопический метод, обычно используемый для оценки морфологических изменений в эпителиальных клетках с целью изучения ткани слизистой оболочки и выявления раннего рака и предрака . ^[1]^[2]^[3]

Спектроскопия светорассеяния основана на упругом рассеянии фотонов, отраженных от эпителия . Большая часть сигнала генерируется за счет рассеяния света на небольших внутриклеточных структурах, но более крупные внутриклеточные структуры, такие как ядра, также рассеивают свет, причем их относительный вклад увеличивается в направлении обратного рассеяния. Поскольку изменения в морфологии эпителиальных клеток являются признаком предракового состояния и раннего рака, LSS можно использовать для ранней диагностики рака.

Помимо обратного рассеяния фотонов от эпителиальных клеток, основная часть фотонов проникает в эпителий, достигая оптически мутной соединительной ткани, где многократно рассеивается и частично поглощается гемоглобином . В результате невозможно измерить отдельные события обратного рассеяния непосредственно в тканях человека. ^[4] с поляризационным стробированием ^[5] и пространственные ворота ^[6] хорошо подходит для эндоскопических применений. ^[7]^[8]^[9]^[10]^[6]^[11]

История

Лев Т. Перельман , главный научный сотрудник Массачусетского технологического института , и Вадим Бакман , аспирант Гарвардской программы медицинских наук и технологий Массачусетского технологического института представили LSS в 1998 году. ^[1]

Приложения

Спектроскопия светорассеяния применяется для обнаружения предраковых заболеваний во многих органах, включая пищевод, ^[1]^[2]^[3]^[9]^[10]^[12] толстая кишка, ^[2]^[13]^[14] мочевой пузырь, ^[2] полость рта, ^[2] шейка матки, ^[15]^[16] киста поджелудочной железы, ^[11]^[17] желудок, ^[18] кожа, ^[19] и желчный проток. ^[11]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Перельман, LT; Бэкман, В.; Уоллес, М.; Зониос, Г.; Манохаран, Р.; Нусрат, А.; Шилдс, С.; Зайлер, М.; Лима, К.; Хамано, Т.; Ицкан, И.; Ван Дам, Дж.; Кроуфорд, Дж. М.; Фельд, М.С. (19 января 1998 г.). «Наблюдение периодической тонкой структуры при отражении от биологической ткани: новый метод измерения распределения ядер по размерам» . Письма о физических отзывах . 80 (3): 627–630. Бибкод : 1998PhRvL..80..627P . дои : 10.1103/PhysRevLett.80.627 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Бэкман, В.; Уоллес, МБ; Перельман, LT; Арендт, Дж. Т.; Гурджар, Р.; Мюллер, МГ; Чжан, К.; Зониос, Г.; Клайн, Э.; Макгилликан, Т.; Шапшай, С.; Вальдес, Т.; Бадизадеган, К.; Кроуфорд, Дж. М.; Фицморис, М. (июль 2000 г.). «Обнаружение преинвазивных раковых клеток» . Природа . 406 (6791): 35–36. дои : 10.1038/35017638 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 10894529 . S2CID 4383575 .
^ Jump up to: ^а ^б Уоллес, Майкл Б.; Перельман Лев Т.; Бэкман, Вадим; Кроуфорд, Джеймс М.; Фицморис, Марианна; Зайлер, Морис; Бадизадеган, Камран; Шилдс, Стивен Дж.; Ицкан, Ирвинг; Дасари, Рамачандра Р.; Ван Дам, Жак; Фельд, Майкл С. (сентябрь 2000 г.). «Эндоскопическое выявление дисплазии у больных пищеводом Барретта с использованием светорассеивающей спектроскопии» . Гастроэнтерология . 119 (3): 677–682. дои : 10.1053/gast.2000.16511 . ПМИД 10982761 .
^ Перельман, Лев Т (1 ноября 2006 г.). «Технология оптической диагностики на основе спектроскопии светорассеяния для раннего выявления рака» . Экспертиза медицинских изделий . 3 (6): 787–803. дои : 10.1586/17434440.3.6.787 . ISSN 1743-4440 . ПМИД 17280544 . S2CID 21857622 .
^ Бэкман, В.; Гурджар, Р.; Бадизадеган, К.; Ицкан, И.; Дасари, РР; Перельман, LT; Фельд, М.С. (июль 1999 г.). «Спектроскопия рассеяния поляризованного света для количественного измерения эпителиальных клеточных структур in situ» . Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники . 5 (4): 1019–1026. Бибкод : 1999IJSTQ...5.1019B . дои : 10.1109/2944.796325 . ISSN 1558-4542 .
^ Jump up to: ^а ^б Чжан, Лей; Плескоу, Дуглас К.; Туржицкий Владимир; Да, Эрик У.; Берзин, Тайлер М.; Сони, Мандип; Синагаре, Света; Виткин, Эдвард; Захаров Юрий; Хан, Умар; Ван, Фен; Голдсмит, Джеффри Д.; Гольдберг, Савелий; Чуттани, Рам; Ицкан, Ирвинг (13 марта 2017 г.). «Спектроскопия светорассеяния выявляет злокачественный потенциал кист поджелудочной железы во время эндоскопии» . Природная биомедицинская инженерия . 1 (4): 1–7. дои : 10.1038/s41551-017-0040 . ISSN 2157-846X . ПМЦ 5646377 . ПМИД 29057146 .
^ Мурант, Джудит Р.; Джонсон, Тамара М.; Фрейер, Джеймс П. (1 октября 2001 г.). «Охарактеризация клеток млекопитающих и клеточных фантомов с помощью измерений поляризованного обратного рассеяния по оптоволокну» . Прикладная оптика . 40 (28): 5114–5123. Бибкод : 2001ApOpt..40.5114M . дои : 10.1364/AO.40.005114 . ISSN 2155-3165 . ПМИД 18364793 .
^ Мяков Алексей Владимирович; Ниман, Линда Т.; Вики, Лоренц; Утцингер, Урс; Ричардс-Кортум, Ребекка Р.; Соколов, Константин В. (июль 2002 г.). «Волоконно-оптический зонд для спектроскопии поляризованного отражения in vivo: конструкция и характеристики» . Журнал биомедицинской оптики . 7 (3): 388–397. Бибкод : 2002JBO.....7..388M . дои : 10.1117/1.1483314 . ISSN 1083-3668 . ПМИД 12175288 . S2CID 23316164 .
^ Jump up to: ^а ^б Цю, Ле; Плескоу, Дуглас К.; Чуттани, Рам; Виткин, Эдвард; Лейден, Ян; Озден, Нури; Итани, Сара; Го, Ляньюй; Сакс, Алана; Голдсмит, Джеффри Д.; Моделл, Марк Д.; Хэнлон, Юджин Б.; Ицкан, Ирвинг; Перельман, Лев Т. (май 2010 г.). «Мультиспектральное сканирование во время эндоскопии позволяет провести биопсию дисплазии пищевода Барретта» . Природная медицина . 16 (5): 603–606. дои : 10.1038/нм.2138 . ISSN 1546-170Х . ПМК 3052700 . ПМИД 20383155 .
^ Jump up to: ^а ^б Цю, Ле; Чуттани, Рам; Плескоу, Дуглас К.; Туржицкий Владимир; Хан, Умар; Захаров Юрий Н.; Чжан, Лей; Берзин, Тайлер М.; Да, Эрик У.; Сони, Мандип С.; Ли, Юньпин; Виткин, Эдвард; Голдсмит, Джеффри Д.; Ицкан, Ирвинг; Перельман, Лев Т. (апрель 2018 г.). «Эндоскопическая визуализация предрака пищевода с помощью мультиспектрального светорассеяния» . Свет: наука и приложения . 7 (4): 17174. doi : 10.1038/lsa.2017.174 . ISSN 2047-7538 . ПМК 6060057 . ПМИД 30839534 . В эту статью включен текст, доступный по лицензии CC BY 4.0 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Плескоу, Дуглас К.; Сони, Мандип С.; Уппутури, Пол К.; Берзин, Тайлер М.; Кофлан, Марк Ф.; Хан, Умар; Глявина, Мария; Чжан, Сюэцзюнь; Чен, Лиминг; Шейл, Конор Дж.; Коэн, Джона М.; Виткин, Эдвард; Захаров Юрий Н.; Ицкан, Ирвинг; Чжан, Лэй (07 января 2023 г.). «Обнаружение предрака желчных протоков in vivo с помощью эндоскопической спектроскопии светорассеяния» . Природные коммуникации . 14 (1): 109. Бибкод : 2023NatCo..14..109P . дои : 10.1038/s41467-022-35780-7 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 9825389 . ПМИД 36611024 .
^ Георгакуди, Ирен; Джейкобсон, Брайан С.; Ван Дам, Жак; Бэкман, Вадим; Уоллес, Майкл Б.; Мюллер, Маркус Г.; Чжан, Цинго; Бадизадеган, Камран; Сан, Дон; Томас, Гордон А.; Перельман Лев Т.; Фельд, Майкл С. (1 июня 2001 г.). «Флуоресцентная, отражательная и светорассеивающая спектроскопия для оценки дисплазии у пациентов с пищеводом Барретта» . Гастроэнтерология . 120 (7): 1620–1629. дои : 10.1053/gast.2001.24842 . ISSN 0016-5085 . ПМИД 11375944 .
^ Гурджар, Раджан С.; Бэкман, Вадим; Перельман Лев Т.; Георгакуди, Ирен; Бадизадеган, Камран; Ицкан, Ирвинг; Дасари, Рамачандра Р.; Фельд, Майкл С. (ноябрь 2001 г.). «Изучение свойств эпителия человека с помощью спектроскопии поляризованного светорассеяния» . Природная медицина . 7 (11): 1245–1248. дои : 10.1038/нм1101-1245 . ISSN 1546-170Х . ПМИД 11689891 . S2CID 10756302 .
^ Бэкман, В.; Гопал, В.; Калашников М.; Бадизадеган, К.; Гурджар, Р.; Вакс, А.; Георгакуди, И.; Мюллер, М.; Бун, CW; Дасари, РР; Фельд, М.С. (ноябрь 2001 г.). «Измерение клеточной структуры в субмикрометровом масштабе с помощью спектроскопии рассеяния света» . Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники . 7 (6): 887–893. Бибкод : 2001IJSTQ...7..887B . дои : 10.1109/2944.983289 . ISSN 1558-4542 .
^ Георгакуди, Ирен; Шитс, Эллен Э.; Мюллер, Маркус Г.; Бэкман, Вадим; Крам, Кристофер П.; Бадизадеган, Камран; Дасари, Рамачандра Р.; Фельд, Майкл С. (1 марта 2002 г.). «Тримодальная спектроскопия для обнаружения и характеристики предраковых заболеваний шейки матки in vivo» . Американский журнал акушерства и гинекологии . 186 (3): 374–382. дои : 10.1067/моб.2002.121075 . ISSN 0002-9378 . ПМИД 11904594 .
^ Соколов Константин; Дрезек, Ревекка; Госсэйдж, Кирк; Ричардс-Кортум, Ребекка (1999). «Спектроскопия отражения с поляризованным светом: чувствительна ли она к клеточной и ядерной морфологии» . Оптика Экспресс . 5 (13): 302–317. Бибкод : 1999OExpr...5..302S . дои : 10.1364/OE.5.000302 . ПМИД 19401735 .
^ Пог, Брайан В.; Ван, Кеннет К. (12 апреля 2017 г.). «Диагностика рака: Рассеяние света кистами поджелудочной железы» . Природная биомедицинская инженерия . 1 (4): 1–2. дои : 10.1038/s41551-017-0060 . ISSN 2157-846X . S2CID 90919028 .
^ Туниязи, Абудусаламу; Му, Тинкуй; Цзян, Сяоса (2021). «Спектроскопия мгновенного рассеяния поляризованного света с использованием спектрально-модулированной поляриметрии для раннего выявления рака желудка». Журнал биофотоники . 14 (9): e202100140. дои : 10.1002/jbio.202100140 . ПМИД 34089571 . S2CID 235346068 .
^ Канполат, Мюрат; Гёкхан, А. Гюзиде; Чифтчиоглу, М. Акиф; Эрин, Нурай (июнь 2008 г.). «Дифференциация меланомы от нераковой ткани на животной модели с использованием спектроскопии однократного рассеяния упругого света» . Технологии в исследовании и лечении рака . 7 (3): 235–240. дои : 10.1177/153303460800700309 . ISSN 1533-0346 . ПМИД 18473495 . S2CID 41845322 .

[:0-1] Jump up to: ^а ^б ^с Перельман, LT; Бэкман, В.; Уоллес, М.; Зониос, Г.; Манохаран, Р.; Нусрат, А.; Шилдс, С.; Зайлер, М.; Лима, К.; Хамано, Т.; Ицкан, И.; Ван Дам, Дж.; Кроуфорд, Дж. М.; Фельд, М.С. (19 января 1998 г.). «Наблюдение периодической тонкой структуры при отражении от биологической ткани: новый метод измерения распределения ядер по размерам» . Письма о физических отзывах . 80 (3): 627–630. Бибкод : 1998PhRvL..80..627P . дои : 10.1103/PhysRevLett.80.627 .

[:1-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Бэкман, В.; Уоллес, МБ; Перельман, LT; Арендт, Дж. Т.; Гурджар, Р.; Мюллер, МГ; Чжан, К.; Зониос, Г.; Клайн, Э.; Макгилликан, Т.; Шапшай, С.; Вальдес, Т.; Бадизадеган, К.; Кроуфорд, Дж. М.; Фицморис, М. (июль 2000 г.). «Обнаружение преинвазивных раковых клеток» . Природа . 406 (6791): 35–36. дои : 10.1038/35017638 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 10894529 . S2CID 4383575 .

[:2-3] Jump up to: ^а ^б Уоллес, Майкл Б.; Перельман Лев Т.; Бэкман, Вадим; Кроуфорд, Джеймс М.; Фицморис, Марианна; Зайлер, Морис; Бадизадеган, Камран; Шилдс, Стивен Дж.; Ицкан, Ирвинг; Дасари, Рамачандра Р.; Ван Дам, Жак; Фельд, Майкл С. (сентябрь 2000 г.). «Эндоскопическое выявление дисплазии у больных пищеводом Барретта с использованием светорассеивающей спектроскопии» . Гастроэнтерология . 119 (3): 677–682. дои : 10.1053/gast.2000.16511 . ПМИД 10982761 .

[4] Перельман, Лев Т (1 ноября 2006 г.). «Технология оптической диагностики на основе спектроскопии светорассеяния для раннего выявления рака» . Экспертиза медицинских изделий . 3 (6): 787–803. дои : 10.1586/17434440.3.6.787 . ISSN 1743-4440 . ПМИД 17280544 . S2CID 21857622 .

[5] Бэкман, В.; Гурджар, Р.; Бадизадеган, К.; Ицкан, И.; Дасари, РР; Перельман, LT; Фельд, М.С. (июль 1999 г.). «Спектроскопия рассеяния поляризованного света для количественного измерения эпителиальных клеточных структур in situ» . Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники . 5 (4): 1019–1026. Бибкод : 1999IJSTQ...5.1019B . дои : 10.1109/2944.796325 . ISSN 1558-4542 .

[:3-6] Jump up to: ^а ^б Чжан, Лей; Плескоу, Дуглас К.; Туржицкий Владимир; Да, Эрик У.; Берзин, Тайлер М.; Сони, Мандип; Синагаре, Света; Виткин, Эдвард; Захаров Юрий; Хан, Умар; Ван, Фен; Голдсмит, Джеффри Д.; Гольдберг, Савелий; Чуттани, Рам; Ицкан, Ирвинг (13 марта 2017 г.). «Спектроскопия светорассеяния выявляет злокачественный потенциал кист поджелудочной железы во время эндоскопии» . Природная биомедицинская инженерия . 1 (4): 1–7. дои : 10.1038/s41551-017-0040 . ISSN 2157-846X . ПМЦ 5646377 . ПМИД 29057146 .

[7] Мурант, Джудит Р.; Джонсон, Тамара М.; Фрейер, Джеймс П. (1 октября 2001 г.). «Охарактеризация клеток млекопитающих и клеточных фантомов с помощью измерений поляризованного обратного рассеяния по оптоволокну» . Прикладная оптика . 40 (28): 5114–5123. Бибкод : 2001ApOpt..40.5114M . дои : 10.1364/AO.40.005114 . ISSN 2155-3165 . ПМИД 18364793 .

[8] Мяков Алексей Владимирович; Ниман, Линда Т.; Вики, Лоренц; Утцингер, Урс; Ричардс-Кортум, Ребекка Р.; Соколов, Константин В. (июль 2002 г.). «Волоконно-оптический зонд для спектроскопии поляризованного отражения in vivo: конструкция и характеристики» . Журнал биомедицинской оптики . 7 (3): 388–397. Бибкод : 2002JBO.....7..388M . дои : 10.1117/1.1483314 . ISSN 1083-3668 . ПМИД 12175288 . S2CID 23316164 .

[:4-9] Jump up to: ^а ^б Цю, Ле; Плескоу, Дуглас К.; Чуттани, Рам; Виткин, Эдвард; Лейден, Ян; Озден, Нури; Итани, Сара; Го, Ляньюй; Сакс, Алана; Голдсмит, Джеффри Д.; Моделл, Марк Д.; Хэнлон, Юджин Б.; Ицкан, Ирвинг; Перельман, Лев Т. (май 2010 г.). «Мультиспектральное сканирование во время эндоскопии позволяет провести биопсию дисплазии пищевода Барретта» . Природная медицина . 16 (5): 603–606. дои : 10.1038/нм.2138 . ISSN 1546-170Х . ПМК 3052700 . ПМИД 20383155 .

[:5-10] Jump up to: ^а ^б Цю, Ле; Чуттани, Рам; Плескоу, Дуглас К.; Туржицкий Владимир; Хан, Умар; Захаров Юрий Н.; Чжан, Лей; Берзин, Тайлер М.; Да, Эрик У.; Сони, Мандип С.; Ли, Юньпин; Виткин, Эдвард; Голдсмит, Джеффри Д.; Ицкан, Ирвинг; Перельман, Лев Т. (апрель 2018 г.). «Эндоскопическая визуализация предрака пищевода с помощью мультиспектрального светорассеяния» . Свет: наука и приложения . 7 (4): 17174. doi : 10.1038/lsa.2017.174 . ISSN 2047-7538 . ПМК 6060057 . ПМИД 30839534 . В эту статью включен текст, доступный по лицензии CC BY 4.0 .

[:6-11] Jump up to: ^а ^б ^с Плескоу, Дуглас К.; Сони, Мандип С.; Уппутури, Пол К.; Берзин, Тайлер М.; Кофлан, Марк Ф.; Хан, Умар; Глявина, Мария; Чжан, Сюэцзюнь; Чен, Лиминг; Шейл, Конор Дж.; Коэн, Джона М.; Виткин, Эдвард; Захаров Юрий Н.; Ицкан, Ирвинг; Чжан, Лэй (07 января 2023 г.). «Обнаружение предрака желчных протоков in vivo с помощью эндоскопической спектроскопии светорассеяния» . Природные коммуникации . 14 (1): 109. Бибкод : 2023NatCo..14..109P . дои : 10.1038/s41467-022-35780-7 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 9825389 . ПМИД 36611024 .

[12] Георгакуди, Ирен; Джейкобсон, Брайан С.; Ван Дам, Жак; Бэкман, Вадим; Уоллес, Майкл Б.; Мюллер, Маркус Г.; Чжан, Цинго; Бадизадеган, Камран; Сан, Дон; Томас, Гордон А.; Перельман Лев Т.; Фельд, Майкл С. (1 июня 2001 г.). «Флуоресцентная, отражательная и светорассеивающая спектроскопия для оценки дисплазии у пациентов с пищеводом Барретта» . Гастроэнтерология . 120 (7): 1620–1629. дои : 10.1053/gast.2001.24842 . ISSN 0016-5085 . ПМИД 11375944 .

[13] Гурджар, Раджан С.; Бэкман, Вадим; Перельман Лев Т.; Георгакуди, Ирен; Бадизадеган, Камран; Ицкан, Ирвинг; Дасари, Рамачандра Р.; Фельд, Майкл С. (ноябрь 2001 г.). «Изучение свойств эпителия человека с помощью спектроскопии поляризованного светорассеяния» . Природная медицина . 7 (11): 1245–1248. дои : 10.1038/нм1101-1245 . ISSN 1546-170Х . ПМИД 11689891 . S2CID 10756302 .

[14] Бэкман, В.; Гопал, В.; Калашников М.; Бадизадеган, К.; Гурджар, Р.; Вакс, А.; Георгакуди, И.; Мюллер, М.; Бун, CW; Дасари, РР; Фельд, М.С. (ноябрь 2001 г.). «Измерение клеточной структуры в субмикрометровом масштабе с помощью спектроскопии рассеяния света» . Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники . 7 (6): 887–893. Бибкод : 2001IJSTQ...7..887B . дои : 10.1109/2944.983289 . ISSN 1558-4542 .

[15] Георгакуди, Ирен; Шитс, Эллен Э.; Мюллер, Маркус Г.; Бэкман, Вадим; Крам, Кристофер П.; Бадизадеган, Камран; Дасари, Рамачандра Р.; Фельд, Майкл С. (1 марта 2002 г.). «Тримодальная спектроскопия для обнаружения и характеристики предраковых заболеваний шейки матки in vivo» . Американский журнал акушерства и гинекологии . 186 (3): 374–382. дои : 10.1067/моб.2002.121075 . ISSN 0002-9378 . ПМИД 11904594 .

[16] Соколов Константин; Дрезек, Ревекка; Госсэйдж, Кирк; Ричардс-Кортум, Ребекка (1999). «Спектроскопия отражения с поляризованным светом: чувствительна ли она к клеточной и ядерной морфологии» . Оптика Экспресс . 5 (13): 302–317. Бибкод : 1999OExpr...5..302S . дои : 10.1364/OE.5.000302 . ПМИД 19401735 .

[17] Пог, Брайан В.; Ван, Кеннет К. (12 апреля 2017 г.). «Диагностика рака: Рассеяние света кистами поджелудочной железы» . Природная биомедицинская инженерия . 1 (4): 1–2. дои : 10.1038/s41551-017-0060 . ISSN 2157-846X . S2CID 90919028 .

[18] Туниязи, Абудусаламу; Му, Тинкуй; Цзян, Сяоса (2021). «Спектроскопия мгновенного рассеяния поляризованного света с использованием спектрально-модулированной поляриметрии для раннего выявления рака желудка». Журнал биофотоники . 14 (9): e202100140. дои : 10.1002/jbio.202100140 . ПМИД 34089571 . S2CID 235346068 .

[19] Канполат, Мюрат; Гёкхан, А. Гюзиде; Чифтчиоглу, М. Акиф; Эрин, Нурай (июнь 2008 г.). «Дифференциация меланомы от нераковой ткани на животной модели с использованием спектроскопии однократного рассеяния упругого света» . Технологии в исследовании и лечении рака . 7 (3): 235–240. дои : 10.1177/153303460800700309 . ISSN 1533-0346 . ПМИД 18473495 . S2CID 41845322 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]