莫氏显微手术中皮肤肿瘤的诊断

癌症手术中切除组织标本的自动成像和客观诊断是提高最先进外科手术效率的一种有前途的方法。首先，这种定量方法可以通过消除与组织病理学切片主观观察者间评价相关的错误来提高手术疗效。其次，多模态光谱组织病理学可以应用于组织切片和组织块，从而消除了组织病理学所需的冷冻切片制备所需的耗时程序。

基底细胞癌(BCC)约占皮肤癌的75%，在英国每年有超过6万名新患者被诊断出来。对于侵袭性bcc，莫氏显微手术(MMS)被认为是最合适的治疗方法。它的主要缺点是需要冷冻切片准备和所有切除组织的组织病理学检查，这是非自动化的，耗时的技术。这些缺陷导致了英国医疗保健服务的不平等。

为了减少数据采集时间并使分子光谱适用于术中使用，诺丁汉大学的一个研究团队开发了基于多模式光谱成像[2]的新型选择性采样技术。该团队首先使用高灵敏度、高速度、低特异性的组织自动荧光成像来确定样本的主要空间特征。然后，这些信息被自动用于拉曼光谱的采样点的选择和优先级。

实验装置

图1:仪器的示意图。

拉曼光谱记录使用定制的拉曼微光谱仪(图1)，该光谱仪基于倒置光学显微镜(Eclipse-Ti，尼康)，带有50×/0.55物镜(徕卡)，785 nm波长激光(Starbright XM, Torsana)，光谱仪(77200,Newport/Oriel)，背光深消耗CCD (DU401A-BR-DD, Andor Technology)和自动化采样台(H107 Proscan II, Prior Scientific)。激发激光的波长被选择，以尽量减少组织自发荧光的激发。使用集成在拉曼显微镜中的宽视场荧光成像系统测量组织切片的自动荧光图像;该系统由汞灯(尼康)、CCD相机和胶原蛋白(Semrock, DAPI-5060C-NTE-ZERO)和色氨酸(Semrock FF310-Di01-25×36, FF01-292/ 27-25, FF01-357/ 44-25)荧光滤镜组成。

结果与讨论

多模态光谱成像和光栅扫描拉曼显微镜之间的比较如图2所示。这种采样策略可以获得与光栅扫描拉曼光谱相似的诊断准确性，但拉曼光谱的数量和采集时间显著减少。对于1×1 cm的皮肤样品，只需500 - 1500拉曼光谱即可得到准确的诊断²在Mohs手术中获得，包括组织切片(图3)和未切片的组织块[2]。

图2:a)胶原蛋白对应的宽视场自发荧光强度图像之比(约377 nm/em)。447 nm)和色氨酸(例如。292 nm / em。357 nm)的图像分割算法。引起胶原自发荧光强度高于阈值的片段被归类为真皮层，并从拉曼测量中排除。对于剩余的片段，基于空间填充算法为每个片段分配5个采样点。b) MSI诊断仅采用350个拉曼光谱，而光栅扫描为40000个。c)邻近组织切片H&E组织病理学(蓝色箭头所示肿瘤)

对于基于实验室的原型，自动荧光图像的采集时间为4分钟，每个拉曼光谱的积分时间为2秒，使用标准PC进行图像分割处理为2分钟。根据这些数字，MSI的诊断时间可以估计为20 - 60分钟，即使在早期阶段，也比目前MMS中使用的冷冻切片组织病理学(1 - 2小时)短。

图3:Mohs手术摘除组织中BCC的诊断(独立患者):a-e) BCC阳性，f-h) BCC阴性。用于诊断的光谱数量包括每个样品。比例尺:2mm

结论

这些结果显示了多模态光谱组织病理学在癌症手术中诊断组织的潜力。这提供了一种快速客观的方法来判断外科医生移除的组织层是否清除了肿瘤。

参考文献

1. 国家健康和护理卓越研究所(NICE) 2006年，关于改善包括黑色素瘤在内的皮肤肿瘤患者预后的报告。
2. 孔凯，C.J. Rowlands, S. Varma, W. Perkins, I.H. Leach, A.A. Koloydenko, H.C. Williams和I. Notingher，集成自动荧光和拉曼散射显微镜诊断组织保存手术中的肿瘤，中国生物医学工程杂志，2013,110(38)，15189-15194。