Cancer diagnosis via elastic scattering spectroscopy

Abstract

Bu çalışma; Kanser Tarama sisteminin güvenilirliğini, dokudaki sıcaklıkdeğişimine bağlı optik değişiklikleri tespit edip edemediğine bakarak test etmeyi vesistemin insan dokularında kanseri tespit edebilme başarısını test etmeyihedeflemektedir. Kanserli doku hücresel düzeyde morfolojik değişikliklergöstermektedir. Hücrelerin bu değişimleri dokudan geri saçılan ışığın spektrumuyardımıyla tespit edilebilir. Gelen ışığın dalgaboyundan daha büyük olan hücreçekirdeği, Mie parçacığı olarak modellenebilir. Geliştirilen Kanser Tarama sistemi Miekuramına dayanmaktadır ve kanseri tespit etmek için esnek saçılım spektroskopisiyöntemini kullanmaktadır. Bu sistem tek bir optik lif yardımıyla beyaz ışığı taşır vedokudan geri saçılan ışığı toplar. Saçılan ışık spektrometreye gönderilir ve spektrumbilgisayarda yazılım aracılığıyla analiz edilir. Bu tez çalışmasında ilk olarak in vitrokuzu beyin dokusunda yapılan ölçümlerle Kanser Tarama sisteminin güvenilirliğisınanmıştır. Dokular farklı sıcaklıklarda koagüle edilmiş ve doğal dokular ile koagüleedilmiş dokuların esnek saçılım spektroskopisi (ESS) spektrumları alınmıştır.Koagülasyon sıcaklıkları arttıkça esnek saçılım spektrumlarının eğimlerinin azaldığıgözlenmiştir. Bu, Kanser Tarama sistemi ile alınan ESS spektrumlarının eğimlerinindokuların optik özelliklerindeki değişimler hakkında kesin bir bilgi verdiğinigöstermiştir. Daha sonra sistem in situ insan dokularında denenmiştir. Kanser Taramasisteminin kanseri teşhis etme başarısı akciğer ve paratrakeal lenf nodları için % 86.6,beyin dokuları için ise % 80'dir. Sistem yağ dokusunu tümörden ayırt edememiştir bunedenle meme tümörlerini teşhis etmede başarısız olmuştur.Anahtar Sözcükler: Esnek saçılım spektroskopisi, optik kanser teşhisi

The goals of this study were to test the reliability of CancerScanner system whetherit can detect the optical alteration of tissue dependent on temperature and to test the systemon human tissues in which system can detect the cancerous lesions and examine theefficiency of this system. Cancerous tissue shows morphological alterations in the cellularlevel. Such changes may be detected by using the spectrum of the light scattered backfrom the tissue. Cell nuclei may be modelled as Mie particles that are larger than thewavelength of illuminating light. CancerScanner system is based on Mie theory and it useselastic scattering spectroscopy method to differentiate cancerous tissue. This systemdelivers and detects white light with single optical fiber. The scattered light from tissue isdetected by a spectrometer and spectrum is analyzed in PC with software. In this thesiswork firstly CancerScanner system reliability was tested on lamb brain tissues in vitro.Tissues were coagulated at different temperatures and elastic scattering spectroscopy (ESS)spectra were taken from native and coagulated tissues. It was observed that as thecoagulation temperature was increased, the slope of the elastic scattering spectradecreased. This showed that the slopes of ESS spectra taken with CancerScanner system inthe visible range give valuable information about alterations of tissue optical properties.Secondly, the system was tested on human tissues in situ. The diagnostic efficiency ofCancerScanner system was 86.6 % for lung tissues and paratracheal lymph nodes, and 80% for brain tissues in differentiating cancerous and normal tissues. The system could notdifferentiate fat from tumor therefore; it was not successful on detecting breast tumors.Keywords: Elastic scattering spectroscopy, optic cancer diagnosis