Analyse und Erkennung der Kolonkarzinome durch das FTIR-Imaging

Ziel: Mithilfe des räumlich aufgelösten FTIR-Imagings werden spektrale Marker identifiziert und charakterisiert um verschiedene Kolonkarzinome zu spezifizieren. Dieser Ansatz kann eine zuverlässige, differenzierte, schnelle und frühe Diagnose ermöglichen. So soll ein tieferer Einblick in die Entwicklung der Kolonkarzinome und Effektivität therapeutischer Ansätze erzielt werden.

Methoden: Die Analyse von Gewebeproben verschiedener Patienten erfolgte durch ein FTIR-Imagingsystem. Dabei wird ein Feld von 64*64 Spektren gleichzeitig aufgenommen. Jedes dieser Spektren beinhaltet die ortspezifische Information aller Proteine. Die Spektren sind dabei ein charakteristischer „Fingerabdruck„. Die Auswertung wurde mit Methoden der Bioinformatik durchgeführt. Falschfarbenbilder aus hierarchischen Clusteranalysen (HCA) wurden im direkten Vergleich zur H&E Färbung durch den Pathologen annotiert. Diese Annotation diente der Charakterisierung der Spektren nach Gewebetypen. Aufgrund dieser Daten konnte eine automatische Erkennung durch ein random forest trainiert werden. Dabei wurden 21 Klassen mit jeweils min 1200 Spektren unterschiedlicher Patienten festgelegt.

Ergebnisse: Bei der automatische Erkennung eines Kolongewebeschnittes Abb.1 wird unter anderem zwischen Tumor (rot), entzündlichem Gewebe (pink), Muskulatur (braun), Submukosa (grün), Kryptenzellen (türkis) und Blut (oliv) unterschieden. Dieses kann unabhängig vom Patienten und den FTIR-Messgeräten angewendet werden und zeigt eine Genauigkeit 79%.

Abb.1: Automatische Erkennung des Kolonkarzinoms

Diskussion: Das FTIR-Imaging gekoppelt mit Klassifizierungsalgorithmen stellt eine schnelle und zukunftsweisende Methode der Tumorerkennung dar. Zukünftig wird es möglich sein, bestimmte genetische Eigenschaften der Tumoren mittels FTIR-Imaging zu erkennen.