Tissue identification for thyroid and parathyroid surgery : using optical coherence tomography and fluorescence spectroscopy

Abstract: Bakgrund och Mål: Under sköldkörtel- och bisköldkörteloperationer är det viktigt att inte förstöra eller ta bort friska bisköldkörtlar för att inte påverka deras hormonproduktionen. Bisköldkörtlarna kan vara svåra att upptäcka eftersom de kan variera i storlek och placering samt att deras vävnad kan vara lik omkringliggande vävnad. Målet med den här studien var att undersöka möjligheterna att identifiera bisköldkörtlarna med hjälp av deras autofluorescens i det nära infraröda våglängdsområdet. Det har också undersökts om optisk koherenstomografi kan användas för att identifiera olika vävnader i halsen. Material och Metod: Till den här studien har ett optiskt koherenstomografisystem som mäter signalerna i spektraldomänen används för att avbilda vävnadsprover. Bilderna har sedan segmenterats med två olika metoder, intensitetsbaserad och entropibaserad segmentering. Ett sätt att automatiskt räkna folliklarna utvecklades och jämfördes med visuell räkning på 10 bilder. Ett grafiskt användargränssnitt har också utvecklats för att visualisera bilderna. Autofluorescensen från bisköldkörtlarna och dess omkringliggande vävnader mättes med hjälp av ett fluorescensspektroskop och en laser med våglängden 785 nm. Resultat: Efter avbildning och segmentering var den strukturella informationen från sköldkörtel- och fettvävnad urskiljbar medan den inte var det för bisköldkörtel- och lymfnodsvävnad. Bilderna av sköldkörtelvävnaden visade runda folliklar som inte de andra vävnaderna i halsen hade. Bilderna av fettvävnad visade ett fint nätverk av kollagenfibrer som inneslöt fettceller. Bisköldkörtel- och lymfnodvävnad hade en homogen struktur. Segmentationen av bilderna bekräftade dessa resultat och gjorde det möjligt att mäta antal och storlek av folliklarna. För mätning och analys av folliklarna var den entropibaserade segmentationsmetoden bättre än den intensitetsbaserade metoden. Rms-felet för antalet folliklar som hittades i bilderna var 10,9 st vilket kan jämföras med medeltalet som var 12,3. Storlekarna på folliklarna varierade mellan 45 och 827 μm i diameter. Genom segmenteringen var folliklar och andra håligheter markerade med vit färg och den andra vävnaden var svart. Kvoten mellan andelen vit och svart färg i olika vävnader var 0,85 för sköldkörtelvävnad och 0,15 för fettvävnad. De andra vävnaderna hade en ratio som var nära 0. Användadet av autofluorescensdetektion av vävnadsproverna från bisköldkörtlar visade på en något högre intensitet än de flesta sköldkörtelvävnaderna. Vävnaderna från bisköldkörtlarna visade på en fluorescensintensitet mellan 108,13 och 834,09 enheter med ett medianvärde av 161 medans sköldkörtelvävnaderna hade mellan 9,81 och 192,68 enheter med ett medianvärde av 33. Slutsatser: Från bilderna av olika vävnader kan fett- och sköldkörtelvävnader identifieras. Antalet och storlekarna på folliklarna i sköldkörtelvävnad kan analyseras med hjälp av entropibaserad segmentering. Genom att använda fluorescensspektroskopi har bisköldkörtelvävnad generellt sett en högre autofluorescens än sköldkörtelvävnad men variationerna för mätningarna av bisköldkörtlarna varierade ganska mycket.