Η fractal ανάλυση στη μελέτη των καρκινωμάτων της στοματικής κοιλότητας

Abstract

Strong theoretical reasons exist for using FractalGeometry in measurements of natural objects, including most objects studiedin pathology. Indeed, fractal dimension provides a more precise andtheoretically more appropriate approximation of their structure properties andespecially their shape complexity. Considering the applications of fractalanalysis in the field of histopathology many studies have been publishedevaluating fractal dimension as an index of complexity and irregularity oftumor tissues. However, extended fractal analysis studies of oral cavity cancerare lacking.The aim of the present study was the evaluation of nuclear fractaldimension (FD) as well as of vascular fractal dimension (FDves) in tissuespecimens from patients with oral cavity carcinomas in order to investigate aprobable prognostic value. Other morphometric characteristics reflectingcomplexity were also examined. Relationships between fractal dimensionsand other factors including clinicopathologic characteristics were alsoinvestigated.Materials and methods: Oral squamous cell carcinomas from 48patients treated at a single institution from 1996 to 2001 were examined andthe pertinent medical files were reviewed. Histologic sections from the 48carcinomas as well as from 17 non-malignant mucosa specimens werestained with Hematoxylin-Eosin for pathological examination and with Feulgenfor nuclear complexity evaluation. Immunostaining for CD34 was alsoperformed for vessel identification and evaluation. The sections wereevaluated by image analysis using fractal analysis software to quantify fractaldimension of the nuclei (FD) and vessels (FDves) by the box-countingmethod. Several morphometric parameters related to conventional nuclearcharacteristics (nuclear size, nuclear chromatic parameters and their standarddeviations (SD)) or vessels (total immunohistochemically positive vasculararea (TVA)) were also quantified. The data collected included age, gender,tumor site, margin status, grade, TNM stage, FD, FDves, several nuclear morphometric parameters and TVA. Data were statistically analyzed in anattempt to identify the relationships among the above mentioned parametersand also investigate possible predictors of survival.Results: Carcinomas presented higher mean values of FD and FDves,compared to normal mucosa. Well-differentiated neoplasms had lower FDvalues than poorly differentiated ones. FD, FDves, SD of chromaticparameters and TVA were significantly correlated with the nuclear size. Inaddition positive statistically significant correlations were noted between SD ofchromatic parameters and any FD or TVA. Stage, grade and FD wereidentified as having a statistically significant effect on survival. Patients withFD lower than the median value of the sample, estimated in sections ofcarcinomas, had statistically significant higher survival rates.Conclusions: Within the sample of patients studied, FD was proved tobe an independent prognostic factor of survival in oral cancer patients. Inaddition this study provides evidence that there are several statisticallysignificant correlations between fractal dimensions (FD and FDves) and othermorphometric characteristics or clinicopathologic factors in oral squamous cellcarcinomas.

Υπάρχουν σημαντικοί θεωρητικοί λόγοι για τηχρησιμοποίηση της Fractal Γεωμετρίας σε μετρήσεις πολλών από τα φυσικάαντικείμενα, συμπεριλαμβανομένων των περισσοτέρων αντικειμένων μελέτηςτης Παθολογικής Ανατομικής. Στην πραγματικότητα η fractal διάστασηπροσφέρει έναν περισσότερο αξιόπιστο και θεωρητικά καταλληλότερο δείκτηγια την προσέγγιση των ιδιοτήτων της δομής τους, ειδικά όσον αφορά στηνπολυπλοκότητα της μορφής τους. Λαμβάνοντας υπ’ όψιν τις εφαρμογές τηςfractal ανάλυσης στο πεδίο της ιστοπαθολογίας, πολλοί συγγραφείς έχουνδημοσιεύσει μελέτες εκτιμώντας την fractal διάσταση ως δείκτη τηςπολυπλοκότητας και του ακανόνιστου των όγκων. Εντούτοις εκτενείς μελέτεςfractal ανάλυσης του καρκίνου της στοματικής κοιλότητας σπανίζουν.Σκοπός της μελέτης αυτής ήταν ο υπολογισμός της fractal διάστασηςτων πυρήνων (FD), όπως επίσης και των αγγείων (FDves), σεπαρασκευάσματα ιστών από ασθενείς με καρκινώματα της στοματικήςκοιλότητας, προκειμένου να διερευνηθεί η πιθανή προγνωστική τους αξία.Εξετάσθηκαν επίσης άλλα μορφομετρικά χαρακτηριστικά πουαντικατοπτρίζουν την πολυπλοκότητα και διερευνήθηκαν οι σχέσεις μεταξύτων fractal διαστάσεων και των άλλων παραγόντων, συμπεριλαμβανομένωντων κλινικοπαθολογικών χαρακτηριστικών.Υλικό και μέθοδοι. Εξετάσθηκαν τα στοματικά καρκινώματα από 48ασθενείς που νοσηλεύθηκαν σε ένα συγκεκριμένο ίδρυμα από το 1996 έως το2001 και ανασκοπήθηκαν τα αντίστοιχα ιατρικά ιστορικά. Ιστολογικές τομέςαπό τα 48 αυτά καρκινώματα, καθώς επίσης και από 17 δείγματα μηνεοπλασματικού βλεννογόνου επεξεργάστηκαν με χρώση ΑιματοξυλίνηςΗωσίνης για ιστοπαθολογική εξέταση και με χρώση Feulgen για την εκτίμησητης πολυπλοκότητας των πυρήνων. Πραγματοποιήθηκε επίσηςανοσοϊστοχημική χρώση για την ανάδειξη του παράγοντα CD34 για τηναναγνώριση και εκτίμηση των αγγείων. Οι τομές εκτιμήθηκαν μέσω ανάλυσηςεικόνας με τη χρήση ειδικού λογισμικού για fractal ανάλυση, προκειμένου ναμετρηθεί η fractal διάσταση των πυρήνων (FD) και των αγγείων (FDves) με τη μέθοδο box-counting. Προσδιορίστηκαν επίσης αρκετές μορφομετρικέςπαράμετροι σχετιζόμενες με συμβατικά χαρακτηριστικά των πυρήνων(μέγεθος πυρήνα, πυρηνικές χρωματικές παράμετροι και οι σταθερές τουςαποκλίσεις (SD)), ή των αγγείων (ολική ανοσοϊστοχημικώς θετική επιφάνειααγγειακών διατομών, ΟΑΕ), (total immunohistochemically positive vasculararea, TVA). Τα στοιχεία που συνελέγησαν περιελάμβαναν την ηλικία, το φύλο,την εντόπιση του όγκου, το στάδιο ΤΝΜ, τον βαθμό διαφοροποίησης, τηνκατάσταση των ορίων εκτομής, την FD, την FDves, αρκετούς μορφομετρικούςπαράγοντες και την TVA. Τα δεδομένα υποβλήθηκαν σε στατιστική ανάλυσησε μία προσπάθεια να προσδιοριστούν οι σχέσεις των ως άνω αναφερομένωνπαραγόντων και επίσης να διερευνηθούν πιθανοί προγνωστικοί παράγοντεςεπιβίωσης.Αποτελέσματα. Τα καρκινώματα παρουσίασαν σημαντικά υψηλότερεςμέσες τιμές FD και FDves, συγκρινόμενα με τον φυσιολογικό βλεννογόνο. Τανεοπλάσματα καλής διαφοροποίησης είχαν χαμηλότερες τιμές FD από τανεοπλάσματα χαμηλής διαφοροποίησης. Οι FD, FDves, SD χρωματικώνπαραμέτρων και TVA βρέθηκαν να σχετίζονται με το μέγεθος των πυρήνωνσε στατιστικώς σημαντικό βαθμό. Επιπρόσθετα θετικές στατιστικώςσημαντικές σχέσεις παρατηρήθηκαν μεταξύ των SD των χρωματικώνπαραμέτρων και οποιοσδήποτε από τις FD και TVA. Το στάδιο ΤΝΜ, οβαθμός διαφοροποίησης και η FD διαπιστώθηκε ότι έχουν στατιστικώςσημαντική επίπτωση στην επιβίωση. Οι ασθενείς με χαμηλότερη τιμή FD απότην διάμεση τιμή του δείγματος, όπως αυτή διαπιστώθηκε στις ιστολογικέςτομές των καρκινωμάτων, παρουσίασαν στατιστικώς σημαντικά υψηλότεραποσοστά επιβίωσης.Συμπεράσματα. Στα πλαίσια του δείγματος των ασθενών πουμελετήθηκε, η FD αναδείχθηκε ανεξάρτητος προγνωστικός παράγονταςεπιβίωσης για τους ασθενείς με καρκίνο του στόματος. Επιπρόσθετα ηπαρούσα μελέτη φανερώνει ότι υπάρχουν αρκετές στατιστικώς σημαντικέςσχέσεις μεταξύ των fractal διαστάσεων (FD και FDves) και των άλλωνμορφομετρικών χαρακτηριστικών ή των κλινικοπαθολογικών παραμέτρων σταακανθοκυτταρικά καρκινώματα του στόματος.