Využití laserového záření v diagnostice

MUDr. Jiří ŠTĚTINSKÝ

Disertační práce

The Use of Laser Radiation in Diagnosis

Anotace:

Úvod: Unikátní fyzikální vlastnosti laserů umožnily jejich využití v lékařství v oblasti diagnostiky. Analýzou diskrétních změn frekvence laserového záření po interakci s tkání lze detekovat prokrvení povrchových tkáňových struktur, vyjádřené počtem arbitrárních perfuzních jednotek (PU). Laser doppler imaging je zobrazovací metoda pro vyšetření mikrocirkulace, využívající tohoto principu. V oblasti popálenin i kožních malignit je stav mikrocirkulace proměnnou ovlivňující prognózu onemocnění. Cíle: Cílem práce bylo sestavení diagnostického algoritmu pro hodnocení hloubky popálení na základě rané perfuze a ověření schopnosti metody LDI detekovat maligní melanom a jeho stádia. Metody: Do studie diagnostiky hloubky popálení bylo zařazeno 113 ran u 96 pacientů, celkem bylo provedeno 268 měření během 9 poúrazových dnů. Na základě stavu hojení k 21.dni, či vzhledem k histologickému nálezu byli pacienti rozděleni na 2 skupiny: 1.zhojení, 2. nezhojení do 21. dne (ev. s histologickým nálezem popál. III.st). 9 denní poúrazové období bylo rozděleno na 4 časové úseky, ve kterých byly analyzovány rozdíly v perfuzi mezi oběma skupinami, s cílem nalézt hladinu perfuze opravňující k indikaci operační léčby. Za účelem ověření korelace mezi prokrvením pigmentového névu a jeho malignitou, resp. histopatologickým stádiem malignity bylo vyšetřeno pomocí LDI 69 pigmentových lezí, kt. byly následně excidovány, histologicky vyšetřeny a rozděleny na maligní a benigní. Perfuzní parametry jednotlivých lezí a jejich okolí byly srovnány u obou základních skupin a podskupin malignit dle histopatol. stádia. Výsledky: Ve všech 4 časových intervalech: 1)1.-2.den, 2) 3.-5.den, 3) 6.-7.den, 4) 8.-9.den byl u popálených prokázána statisticky signifikantní rozdíl mezi oběma skupinami. Hladinu perfuze indikující k operaci (určující popálení III. st a IIb st., char. ,,deep dermal burn") nebylo možné určit pro první interval, z důvodu lokálního otoku a falešně nízké perfuze u některých zhojených pacientů. Ve 2 intervalu byla ROC analysou stanovena cut off hodnota perfuze 147,5 PU, ve 3. intervalu 187,5 PU, ve 4. inervalu 274 PU. Zhojení pacienti vykazovali na rozdíl od nezhojených elevaci perfuze ve sledovaném období. U malignich pigmentových lezí byl prokázán signifikantně vyšší násobek prokrvení proti okolí než u benigních lezí (1,53 vs. 0,74), p=0,002, a také variabilita perfuze uvnitř léze, vyjádřena SD (37,7 v.s. 19,9). Střední hodnoty perfuze (median a mean) nevykazovaly statisticky signifikantní rozdíl. Mezi jednotlivými stádii histopatol. stádii dle Clarka ( Clark I vs. Clark III, IV, V) byly patrné signif.rozdíly ve všech sledovaných parametrech perfuze: mean, median, SD, change of mean (změna perfuze proti okolí). Pro záchyt melanomu ve stádiu Clark II a více a Breslow nad 1mm byla stanovena cut off hodnota elevace perfuze proti okolí o 31,3%, senzitivita testu 92%, specificita 68%. Závěr: S pomocí metody LDI lze pacienta s termickým poraněním časně indikovat k operaci. Je však nutné vzít v úvahu čas vyšetření a ev. vývoj perfuze. Při terapii melanomů je LDI užitečnou indicií pro indikaci biopsie sentinelové uzliny u stádií Breslow nad 1mm. Také závažnost lokálního nálezu a anatomickou hloubku invaze lze s pomocí LDI odhadnout na základě středně silné korelace mezi stádiem melamonu a násobkem perfuze proti okolí. Nízký výskyt zvýšené perfuze u melanomů in situ (35%) bude předmětem dalšího výzkumu.

Abstract:

Introduction: The unique physical properties of lasers allowed their use in medicine in the field of diagnostics. Owing to the analysis of discrete changes in frequency of laser radiation after the interaction with the tissue surface, perfusion of tissue structures can be detected, expressed in arbitrary perfusion units (PU). Laser Doppler Imaging(LDI) is an imaging technique utilized to investigate microcirculation, using this principle. Microcirculation is variable influencing prognosis in burns and skin malignancies. Objectives: The aim of this work was to build a diagnostic algorithm based wound perfusion for assessing the depth of burns and verification of ability of the LDI methods to detect malignant melanoma and to differentiate its stages. Methods: 113 wounds in 96 patients were enrolled into the study of diagnosing the depth of burns and a total of 268 measurements were performed within 9 days post-injury. The patients were divided into 2 groups based on the condition of wound healing up to 21th post-traumatic day, or due to histology: 1.healed 2. unhealed within 21 days (with histological confirmed grade III). 9 days post-injury period was divided into four periods where the differences in perfusion between the two groups were analyzed in order to find blood perfusion to justify the indication for surgical treatment. 69 pigmented lesions were examined using LDI to verify the correlation between perfusion of benign pigmented nevi and malignant disease, histopathological stage of malignancy, respectively. Lesions were then excised, histologically assesed and divided into malignant and benign. Perfusion parameters of individual lesions and their surroundings were compared in the two main groups and subgroups according to histopatological stage. Results: In all four time intervals: 1) 1st-2nd day, 2) 3rd-5th day, 3) the 6th-7th day, 4) 8th 9th day, a statistically significant difference was demonstrated between the two groups of burned patients. Blood perfusion indicating the operation (determining full thickness burn and deep dermal burn) could not be determined for the first interval, due to local edema and falsely low perfusion in some healed patients. Based on ROC analysis, the cut off value of perfusion in the 2nd interval was determined 147.5 PU, 3rd interval 187.5 PU and 4th interval 274 PU. The healed patients showed steadily increase of perfusion during the 9-day period, the unhealed did not. A significantly higher blood perfusion was demonstrated in malignant pigmented lesions: lesion/surrounding tissue, than in benign lesions (1.53 vs. 0.74), p = 0.002, as well as perfusion variability within the lesion, expressed by Stadnard Deviation ( SD 37.7 vs. 19.9). Mean and Median of perfusion inside the lesion did not showed a statistically significant difference. There were evident significant differences in all perfusion parameters among the different histopathologic stages according to Clark classification (Clark I vs. Clark III, IV, V): mean, median, SD, change of median, change of mean(lesion-surrounding tissue). The cutoff value for change of median parameter to detect stage Clark II and Breslow over 1 mm was determined as 31.3%, with sensitivity 92% and specificity 68%. Conclusion: The patients with thermal injuries can be early indicated to surgery due to LDI method. However, it is necessary to take into account the time of examination and development of perfusion. LDI is a useful indicator of need of sentinel lymphonode biopsy which has to be made in melanomas Breslow over 1mm. The severity of the local findings and anatomic depth of invasion using LDI can be estimated on the basis of a moderately strong correlation between the stage of melamona and perfusion. Low incidence of increased perfusion in melanomas in situ (35%) will be the subject of further research.

Klíčová slova

Laserdoppler imaging(LDI), perfuzní jednotka, popálení, zhojení, nezhojení, melanom, Clark, Breslow

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 2. 7. 2015

Zveřejnit od: 2. 7. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 9. 10. 2015

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Lékařská fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Lékařská biofyzika / Lékařská biofyzika