Ανίχνευση και ταυτοποίηση νεοπλασματικών βλαβών κεφαλής και τραχήλου σε πραγματικό χρόνο, με τη βοήθεια καινοτόμου ιατρικής συσκευής

Abstract

INTRODUCTION: Early cancer diagnosis and treatment are a key pursuit of the scientific community, which has succeeded in rendering curable several forms of malignancies. Early detection techniques (screening tests) have been developed in this direction, with varying degrees of limitations in terms of their reliability. Histopathologic examination is the ‘’gold standard’’ in establishment of the final diagnosis, as well as documentation of the adequacy of the therapeutic intervention. This practice is still time-consuming, often costly, and also unable to detect neoplastic cells in real time. AIM: An innovative medical diagnostic device based on the dielectric spectroscopy method is presented, aiming to demonstrate its potential utilisation as a technique for the early detection of neoplastic lesions (screening test) in real time. METHOD: Using special software, the cell membrane is simulated with an equivalent electrical circuit. Then, it is possible to experimentally calculate in real time the excitation response of the biological tissues under examination, during the application of an alternating electric current field with a wide frequency range, according to the dielectric spectroscopy method. The ions of the healthy cell easily follow the variations of the applied electric field along its dynamic lines, in contrast to the pathological cell, which cannot follow the dynamic lines, but is forced to dipole oscillation. The presence of neoplastic cells is detected experimentally as a significantly increased contribution of the capacitive resistance to the total impedance of the tissues under examination, compared to the purely electric behaviour of the healthy cell. MATERIAL: The innovative medical diagnostic device was used to collect a sufficient number of measurements from Head and Neck neoplastic lesions as well as skin lesions, from patients of the departments of Otolaryngology, Oral-Maxillofacial Surgery and Dermatology of the Patras General University Hospital, between 2020 and 2024. The measurements were compared to the Histopathologic report of each lesion, and a statistical analysis followed using more than one different methods to enhance the results’ reliability. CONCLUSION: The innovative medical diagnostic device demonstrated a sensitivity and specificity of 100% and 95.2% respectively, proving its reliability and suitability for use as a technique for early detection of neoplastic cells in real time (screening test).

ΕΙΣΑΓΩΓΗ: Η πρώιμη διάγνωση και θεραπεία του καρκίνου είναι βασική επιδίωξη της επιστημονικής κοινότητας, που έχει επιτύχει να καταστήσει ιάσιμες αρκετές μορφές κακοηθειών. Προς αυτή την κατεύθυνση έχουν αναπτυχθεί τεχνικές πρώιμης ανίχνευσης (screening tests), με άλλοτε άλλο βαθμό περιορισμών ως προς την αξιοπιστία τους. Η Ιστοπαθολογική εξέταση είναι ο «χρυσός κανόνας» (gold standard) στην τεκμηρίωση της τελικής διάγνωσης, καθώς και στην επάρκεια της θεραπευτικής αντιμετώπισης. Η συγκεκριμένη πρακτική δεν παύει να είναι χρονοβόρα, με συχνά αυξημένο κόστος, ενώ επιπλέον αδυνατεί να αναδείξει την παρουσία παθολογικών κυττάρων σε πραγματικό χρόνο. ΣΚΟΠΟΣ: Παρουσιάζεται καινοτόμος ιατρική διαγνωστική συσκευή που βασίζεται στη μέθοδο της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας, με σκοπό να αποδειχθεί η χρησιμότητά της ως τεχνικής πρώιμης ανίχνευσης νεοπλασματικών βλαβών (screening test) σε πραγματικό χρόνο (real time). ΜΕΘΟΔΟΣ: Με τη χρήση ειδικού λογισμικού η κυτταρική μεμβράνη προσομοιώνεται με ισοδύναμο ηλεκτρικό κύκλωμα. Κατόπιν είναι δυνατός ο πειραματικός υπολογισμός σε πραγματικό χρόνο της απόκρισης διέγερσης των υπό εξέταση βιολογικών ιστών κατά την εφαρμογή πεδίου εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος με μεγάλο εύρος συχνοτήτων, σύμφωνα με τη μέθοδο της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας. Τα ιόντα του υγιούς κυττάρου ακολουθούν με ευκολία τις μεταβολές του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου κατά μήκος των δυναμικών γραμμών του, σε αντίθεση με το παθολογικό κύτταρο, το οποίο δεν μπορεί να ακολουθήσει τις δυναμικές γραμμές, αλλά εξαναγκάζεται σε ταλάντωση. Η παρουσία νεοπλασματικών κυττάρων ανιχνεύεται πειραματικά ως σημαντική αύξηση της συμβολής της χωρητικής αντίστασης στη συνολική εμπέδηση των υπό εξέταση ιστών, συγκριτικά με την αμιγή ωμική συμπεριφορά του υγιούς κυττάρου. ΥΛΙΚΟ: Η πρωτότυπη ιατρική διαγνωστική συσκευή χρησιμοποιήθηκε για τη συλλογή ικανού αριθμού μετρήσεων από βλάβες Κεφαλής-Τραχήλου καθώς και δερματικές βλάβες ασθενών των Κλινικών ΩΡΛ, ΣΓΠΧ και Δερματολογίας του ΠΓΝΠ μεταξύ των ετών 2020-2024. Οι μετρήσεις συγκρίθηκαν με την Ιστοπαθολογική έκθεση κάθε βλάβης και ακολούθησε στατιστική μελέτη με περισσότερες της μίας διαφορετικές μεθόδους για ενίσχυση της αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η καινοτόμος ιατρική διαγνωστική συσκευή εμφάνισε ευαισθησία και ειδικότητα 100% και 95,2% αντίστοιχα, αποδεικνύοντας την υψηλή αξιοπιστία της για χρήση ως τεχνικής πρώιμης ανίχνευσης νεοπλασματικών κυττάρων σε πραγματικό χρόνο.