Μελέτη ιδιοτήτων φθορισμού αρτηριών: Ανάπτυξη αλγορίθμων για τη διάγνωση της αθηροσκλήρωσης

Abstract

Fluorescence Spectroscopy has become an important technique in the characterization of human tissue and has been particularly useful for probing arterial wall. Nevertheless there are some difficulties in the interpretation of diagnostic information. This could be overcome by precise methods of extraction of the diagnostic parameters, convenient statistical analysis and development of a tissue fluorescence model, which are the subject of this work. Fluorescence Excitation-Emission Matrices (EEMs) from healthy, fibrous and calcified coronary arteries were developed and used to derive the optimum excitation wavelengths for the in vivo diagnosis. In order to ascertain the identification of fluorophores, the Excitation-emission peaks of coronary arteries, presented in their EEMs were compared to those in the EEMs of collagen and elastin extracted from post-mortem samples, as well as the peaks cited in the literature. Proper diagnostic parameters were selected, proper in the sense that the artery populations may be separated with an essentially considerable veracity probability. This separability is confirmed by testing the validity of specific statistical hypotheses. Once the parameters have been selected for inclusion in a diagnostic algorithm it is necessary to divide this parameter space into regions which correspond to different types of tissue. Decision surfaces were drawn and it was estimated that the probability of correct classification is 88%.The algorithm correctly diagnoses 97% of healthy from diseased samples and 80% of fibrous from calcified coronary arteries. A theoretical model was developed relating the EEMs from different arteries to the EEMs of the fluorophores. This model provides biochemical information of the arterial wall and can be used for assessing tissue histochemistry in vivo.

Η φασματοσκοπία φθορισμού αποτελεί ικανό διαγνωστικό εργαλείο σε διάφορες περιπτώσεις παθολογίας συμπεριλαμβανομένης και της αθηροσκλήρωσης. Υπάρχουν όμως δυσκολίες στην ανάλυση της διαγνωστικής πληροφορίας. Αυτό είναι δυνατόν να αντιμετωπισθεί με ακριβείς μεθόδους εξαγωγής των διαγνωστικών παραμέτρων, κατάλληλη στατιστική ανάλυση και με την ανάπτυξη θεωρητικού μοντέλου, που είναι το αντικείμενο της διατριβής. Πίνακες Διέγερσης Εκπομπής (ΠΔΕ) των υγιών, ινωδών και ασβεστοποιημένων στεφανιαίων αρτηριών, χρησιμοποιούνται για να καθορισθούν τα βέλτιστα μήκη κύματος για την in vivo διάγνωση. Η ταυτοποίηση των συστατικών ιστού που συνεισφέρουν στα φάσματα φθορισμού, επιτυγχάνεται κυρίως με την σύγκριση των ΠΔΕ των χρωμοφόρων που απομονώνονται από τις αρτηρίες με τους ΠΔΕ των αρτηριών. Στη συνέχεια επιλέγονται κατάλληλες διαγνωστικές παράμετροι και η διαχωριστική ικανότητα των υγιών αρτηριών από τις παθολογικές επιβεβαιώνεται με έλεγχο της αληθοφάνειας ειδικών στατιστικών υποθέσεων. Το επόμενο βήμα είναι ο προσδιορισμός επιπέδου αποφάσεως ώστε να κατηγοριοποιείται η αρτηρία ως συνάρτηση του χώρου των διαγνωστικών παραμέτρων. Υπολογίσθηκε ότι η ολική πιθανότητα ορθής ταξινόμησης (η πιθανότητα ένας ασθενής που έχει επιλεγεί τυχαία, να ταξινομηθεί σωστά στη διαγνωστική του ομάδα) είναι 88%. Ο αλγόριθμος διακρίνει σε ποσοστό 97% τις υγιείς από τις ασθενείς και σε ποσοστό 80% τις ινώδεις από τις ασβεστοποιημένες. Αναπτύσσεται θεωρητικό μοντέλο που συνδέει τον ΠΔΕ του αρτηριακού τοιχώματος με τον ΠΔΕ των χρωμοφόρων και επιτυγχάνεται ο υπολογισμός μεγεθών που συνδέονται με τη βιοχημική σύσταση του αρτηριακού τοιχώματος. Είναι επομένως δυνατόν να μελετηθεί η ιστοχημική σύσταση των αθηροσκληρωτικών αλλοιώσεων in vivo.