Válaszoló: Horváth Áron
Cikk összefoglaló:
Napjainkban egyre nagyobb teret kap a rákkutatásban a rák ellen tervezett gyógyszerek preklinikai hatástanulmányozásakor használt mérések pontosítása, kvantifikálása, az esetleges gyógyszerjelöltek mihamarabbi értékelése. Az elvégzendő mérések közül kiemelkedő fontosságú a már meglévő tumor méretének és térfogatának minél gyorsabb és pontosabb meghatározása. A jelenleg rendelkezésre álló tumor térfogat meghatározási nagy adat áteresztő képességű módszerek nem alkalmasak mérésekre, hiszen nagyon időigényesek (PET/SPECT), vagy a kapott eredmények nagyon pontatlanok (Caliper). A cikk célja volt bemutatni a lézer-szkennelési technikát, amely gyors (3s), pontos (<0.3mm), és nagy adat áteresztő képességgel bíró rendszer, amely további előnye, hogy a digitális adatgyűjtés révén (automatizált), azonnali adatfeldolgozásra és adat értékelésre ad lehetőséget. Az eddig használt gyors caliper technika a térfogat meghatározásakor eléggé heurisztikus, hiszen a tumort semi-elipszoid formával közelíti. Ezért cél volt olyan rendszer megalkotása, amellyel 2D projekciók és 3D felületek definiálhatóak és mérhetőek. Elvárás volt továbbá, hogy kalibrálható legyen és abszolút (x,y,z) koordináták megadására legyen alkalmas az állat testfelületén. És a kapott felületi és vetületi pontokból számolható legyen a térfogata a tumornak. Az adatok felvételére egy rács mintázaton „mozgó vonal” technikát használták, ezzel küszöbölték ki a kezdeti minta/referencia esetleges hiányát.
Az eszköz felépítése: Egy hordozható egységre szerelt szkenner fejből (lézer és a kamera) és az elektronikát tartalmazó modulból áll. A tumorok elhelyezésének könnyebb reprodukálhatósága érdekében az állatot egy stabil maszk alá helyezve készítik a felvételeket, melyen egy az optikai tengely mentén, a kamerától 10 cm távolságban elhelyezett, 30 mm átmérőjű lyukon át halad keresztül a fény. Maszkon kialakított kör alakú nyílás biztosítja a tumor és az azt körülvevő ép szövet geometriailag jól definiálhatóságát, amely a térfogat meghatározásához elengedhetetlen.
Algoritmus a tumor térfogatának definiálására:
Az algoritmus illeszt egy parametrikus felületet a tumort körülölelő ép bőrfelületre a legkisebb négyzetek módszerének iterált alkalmazásával. A tumort körülölelő felülettől a tumor közepe felé történik a tumor felületének a definiálása.
Az algoritmus illeszt egy parametrikus felületet a tumort körülölelő ép bőrfelületre a legkisebb négyzetek módszerének iterált alkalmazásával. A tumort körülölelő felülettől a tumor közepe felé történik a tumor felületének a definiálása.
A kalkuláció lépései a kezdeti beállítások után tömören és matek nélkül:
- A maszkon belüli tumor felületének definiálása a felvett pontok alapján illesztéssel.
- A tumort körül elölelő felület definiálása a felvett pontok alapján illesztéssel.
- A két felület különbségének abszolút értéke adja a tumor térfogatát.
Mérések:
- Referenciamérések: Szobrász anyagból különböző méretű és formájú tumor fantomok térfogatának különböző mérési módszerekkel kapott térfogatát vetették össze. Referencia pontnak vették a fantomok plethysmometriával segítségével megállapított térfogatát. A lézer-szkenneléssel történő térfogat mérése jelentősen jobb eredményt adott, mint a caliperrel történő mérés, sőt majdnem megegyezett a referencia adatokkal.
- Tumor mérések: Egerek bőre alá beültetett tumorok térfogatát mérték (200 különböző egeret mértek). A tumor térfogatát mérték a hagyományosnak nevezhető caliperrel, majd lézer-szkenneléssel. Ezek után a tumort eltávolították az állatból és referencia pontként itt is megmérték a térfogatát a plethysmometriával. A mért adatok összevetése után kijelenthetjük, hogy a caliper mérés túlbecsüli a tumorok valós térfogatát, míg a szkennelési eljárás majdnem a referencia térfogati eredményt adja.
Konkluzió: A strukturált lézer-szkennés a tumor alakjától és a kezelő személyétől függetlenül megbízható eredményt adó módszer, mely lehetővé teszi a tumor fejlődésének különböző szakaszaiban felvett képeinek vizuális összehasonlítását. Előnye, hogy nem igényel altatást, sem radioizotóp, sem más kontraszt vagy egyéb vegyi anyag adását. Továbbá lehetőség van az adatsor számítógépes adatbázisba való automatizált, azonnali bevitelét, ami lehetővé teszi az automatikus statisztikai kiértékelést, az eredmények vizuális összehasonlítását és az automatikus riportgenerálást. Esetleges problémát az állat bemozdulása jelenti, de ekkor újra szkennelessél azonnal újra megkapható a pontos adat. 2,5 cm3 felett lévő tumorok szkennelése már nehézséges, nem csak térfogatilag nehéz meghatározni, hanem ha kevés az egészséges szövet a tumor körül, akkor a mérés eredménye jelentősen romlik.
Kérdések:
1. Hogyan lehet 3s alatt leszkennelni egy egeret?
Tulajdonképpen mondhatjuk, hogy fényképet készítünk a tumorral, így ezért tart csak 3 s- ig.
2. A plethysmométernek van valami magyar neve?
Nem találtam semmilyen magyar megfelelő nevet, így nem hiszem, létezik.
Tulajdonképpen mondhatjuk, hogy fényképet készítünk a tumorral, így ezért tart csak 3 s- ig.
2. A plethysmométernek van valami magyar neve?
Nem találtam semmilyen magyar megfelelő nevet, így nem hiszem, létezik.
3. A "Scanner design considerations " résznél mit ért azon, hogy moving line technique over dots/lines/colors?
Ez azt jelenti, hogy a kép felvételekor a felszínt letapogatom és az a rács rendszer, amin végig haladok a letapogatás során, az lehet pontokból, vonalakból vagy akár színekből álló mintázat halmaz.
Ez azt jelenti, hogy a kép felvételekor a felszínt letapogatom és az a rács rendszer, amin végig haladok a letapogatás során, az lehet pontokból, vonalakból vagy akár színekből álló mintázat halmaz.
4. Mi pontosan a Caliper? Hogy működik? Miért nem alkalmas a nekrotizáló tumorok vizsgálatára?
Caliper: magyarul toló méter/mérő körző: egy olyan eszköz, amely egy tárgy két oldala közti távolságot tudja megmérni.http://en.wikipedia.org/wiki/Caliper - képek a kialakításról.
Caliper: magyarul toló méter/mérő körző: egy olyan eszköz, amely egy tárgy két oldala közti távolságot tudja megmérni.http://en.wikipedia.org/wiki/Caliper - képek a kialakításról.
5. Hogyan működik a plethysmometer?
Leegyszerűsítve a kivágott tumort, vagy fantom formát, egy félig vízzel telt hengerbe helyezik, és figyelik, hogy mennyi vizet szorít ki a test. A kiszorított víz térfogata egyenlő a tumor térfogatával.
Leegyszerűsítve a kivágott tumort, vagy fantom formát, egy félig vízzel telt hengerbe helyezik, és figyelik, hogy mennyi vizet szorít ki a test. A kiszorított víz térfogata egyenlő a tumor térfogatával.
6. Milyen mérésekre lehetne még alkalmazni ezt a lézeres scannert? Használható másra is a scanner?
Minden olyan mérésre lehet használni ezen módszert, amelyben egy jól definiálható sík (felszín) feletti régió térfogatát szeretném meghatározni. A cikkben leírt mérések feltételeztek, hogy a bőr alá beültetett tumorok „kifelé” nőnek és emiatt lehet a teljes térfogatukat meghatározni. Természetesen az eszköz mérete definiálja a maximálisan mérhető tárgy méretét, de szerintem a műszert a mérni kívánt tárgyhoz tetszőlegesen lehet gyártani.
Minden olyan mérésre lehet használni ezen módszert, amelyben egy jól definiálható sík (felszín) feletti régió térfogatát szeretném meghatározni. A cikkben leírt mérések feltételeztek, hogy a bőr alá beültetett tumorok „kifelé” nőnek és emiatt lehet a teljes térfogatukat meghatározni. Természetesen az eszköz mérete definiálja a maximálisan mérhető tárgy méretét, de szerintem a műszert a mérni kívánt tárgyhoz tetszőlegesen lehet gyártani.
7. Milyen lézerrel működik a szerkezet?
A lézer paraméterére sajnos sehol sem találtam leírást, de gondolom, hogy kis teljesítményű vonal lézert használtak, amelynek hullámhossza a kamera függvénye is lehet.
A lézer paraméterére sajnos sehol sem találtam leírást, de gondolom, hogy kis teljesítményű vonal lézert használtak, amelynek hullámhossza a kamera függvénye is lehet.
8. Mekkora az egér légzési frekvenciája? A mérések során a légzés miatti mozgás nem jelenik meg hibaként? Ha igen, hogyan korrigálják?
Az egér légzési frekvenciája 4 Hz. Természetesen hibaként megjelenik a légzés miatti mozgás, de minimális eltérést jelent, és mivel a felületi illesztés is hibával történik, így elhanyagoljuk az ebből fakadó hibát.
Az egér légzési frekvenciája 4 Hz. Természetesen hibaként megjelenik a légzés miatti mozgás, de minimális eltérést jelent, és mivel a felületi illesztés is hibával történik, így elhanyagoljuk az ebből fakadó hibát.
9. Hogyan lehetne az új módszer segítségével a tumor teljes valós térfogatát mérni (nem csak a bőrfelszínből kiemelkedő részt, de az invazívan penetrálót is) ? Esetleg a kidomborodó részt így mérni, a többit pedig ultrahanggal?
Az tumor térfogatát csak akkor lehet mérni ezzel a módszerrel, ha az kiemelkedik az ép szövet körül és az ép szövet által definiált felület alá nem nyúlik le. Emiatt ezzel az eljárással mélyre nyúló részeket egyáltalán nem tudok mérni. Az ultrahangos eljárás altatást igényelne. Így nem hiszem, hogy megéri kombinálni a kettőt, hiszen ha már elaltatom az állatot, akkor nincs szükségem az új módszerre, mert időben nem tudok sokkal gyorsabb mérést kivitelezni, ráadásul külön problémát jelentene az ultrahangos mérésnél definiálni, hogy csak az ép bőr felület alatt elhelyezkedő tumor térfogatát mérje.
Az tumor térfogatát csak akkor lehet mérni ezzel a módszerrel, ha az kiemelkedik az ép szövet körül és az ép szövet által definiált felület alá nem nyúlik le. Emiatt ezzel az eljárással mélyre nyúló részeket egyáltalán nem tudok mérni. Az ultrahangos eljárás altatást igényelne. Így nem hiszem, hogy megéri kombinálni a kettőt, hiszen ha már elaltatom az állatot, akkor nincs szükségem az új módszerre, mert időben nem tudok sokkal gyorsabb mérést kivitelezni, ráadásul külön problémát jelentene az ultrahangos mérésnél definiálni, hogy csak az ép bőr felület alatt elhelyezkedő tumor térfogatát mérje.
10. Nem világos, hogy hogyan működik ez az algoritmus…
Röviden a következő lépésekből áll.
- Megtörténik a tumor és környezetének felvétele (egy adathalmazt kapunk)
- Statisztikusan a tumor határainak meghatározása
- A felvett adathalmazból egy magassági térképet hozok létre, mondhatjuk, hogy a tumor felszínét.
- Ezek után a kapott magassági térkép pontjaira polinomot illesztek (a cikkben a i2 és j2 el van írva, azok i2 és j2 természetesen) iterációval, a paraméterek oly módon történő beállításával, hogy az adatok által definiált felszínnek minél jobban megfeleljen a polinommal történő közelítés.
- A tumort körül ölelő ép bőrszövetre felvett adatokból definiálok egy másik felületet leíró polinomot, „ezzel kapom meg a tumor alját”.
- Így, ha meg van a tumort felszínét és alját definiáló felületem, akkor a tumor térfogata éppen a kettő különbsége, azaz az általuk közre zárt tér rész adja.
11. Miért BALB/c háttéren nu/nu mutáns egereken végezték el a méréseket?
Ezek az egerek nem rendelkeznek léppel és ezért nagymértékben immunhiányosak. Ezért kilökődés veszélye nélkül bele tudom ültetni a humán tumort a bőre alá. Ráadásul szőrtelen egereket kapok, ami a mutáció „mellékhatása”.
Ezek az egerek nem rendelkeznek léppel és ezért nagymértékben immunhiányosak. Ezért kilökődés veszélye nélkül bele tudom ültetni a humán tumort a bőre alá. Ráadásul szőrtelen egereket kapok, ami a mutáció „mellékhatása”.
12. Megérné-e magasabb rendű polinomokkal közelíteni a scanneléskor kapott pontokra illesztett felületet? Azaz lehetne-e annyival pontosabb, hogy megéri ráfordítani a plusz számítási teljesítményt?
A felszín közelítésekor használt eljárásnál a kapott pontokra egy Taylor polinomot definiálok (illesztek) a paraméterek optimalizálásával. Ezen optimalizálás O(2n) komplexitású tehát, ha magasabb rendű polinommal közelítenék sokkal több paraméterre kéne optimalizálnom, amely idő igényes. Például harmadfokú polinom esetén már 11 paraméterrel kéne számolnom. Ráadásul a mérési eredmények alapján szerintem szükségtelen magasabb rendű polinomokkal közelíteni a scanneléskor kapott pontokra illesztett felületet, hiszen így is teljesen megbízható a valóságtól minimálisan eltérő eredményt ad.
A felszín közelítésekor használt eljárásnál a kapott pontokra egy Taylor polinomot definiálok (illesztek) a paraméterek optimalizálásával. Ezen optimalizálás O(2n) komplexitású tehát, ha magasabb rendű polinommal közelítenék sokkal több paraméterre kéne optimalizálnom, amely idő igényes. Például harmadfokú polinom esetén már 11 paraméterrel kéne számolnom. Ráadásul a mérési eredmények alapján szerintem szükségtelen magasabb rendű polinomokkal közelíteni a scanneléskor kapott pontokra illesztett felületet, hiszen így is teljesen megbízható a valóságtól minimálisan eltérő eredményt ad.
13. Egyáltalán el tud férni egy egérben subcutan egy 2,5 cm3-nél nagyobb tumor?
El tud férni természetesen, megnyúlik az állat bőre jelentős mértékben.
El tud férni természetesen, megnyúlik az állat bőre jelentős mértékben.
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése