Hintergrund: Tumoren des zentralen Nervensystems zählen zu den seltenen Krebserkrankungen des Erwachsenenalters, aber haben eine vergleichsweise hohe Letalität. Bei allen Hirntumorerkrankungen inklusive der Hirnmetastasen bestehen zudem besondere Anforderungen aufgrund der intrakraniellen Lage hinsichtlich der chirurgischen Therapie. Eine Operation stellt meist eine Gratwanderung zwischen Tumorresektion und Schädigung des umgebenden Hirnparenchyms dar. Da maligne Hirntumoren das umgebende Hirngewebe infiltrieren, ist die optische und taktile Unterscheidung insbesondere von Gliomen und deren Infiltrationsrändern vom umgebenden Hirnparenchym durch Operierende aber nicht sehr sensitiv. Da der Residualtumor den größten prädiktiven Faktor des Patient:innen-Überlebens darstellt, wird klar, dass sensitive Methoden entwickelt werden müssen, um es Operierenden zu erleichtern, intraoperativ Residualtumor zu erkennen und zu resezieren. Neben den bereits etablierten Verfahren der intraoperativen Bildgebung wie der Neuronavigation, der intraoperativen MRT oder der 5-ALA-Fluoreszenzmikroskopie, ist die schnitt- und färbefreie Technik der Raman-Spektroskopie in den letzten Jahren zur Unterscheidung von Tumor und Hirnparenchym sowie zur Erkennung von infiltrativ wachsenden Tumoren hervorgetreten. Die Raman-Spektroskopie basiert auf der Detektion von inelastisch gestreutem Licht an Molekülen im Sinne des Raman-Effekts. So kann in Sekundenschnelle eine biochemische Signatur des untersuchten Gewebes erstellt werden. Darüber hinaus stellt die Raman-Spektroskopie ein Autofluoreszenzspektrum bereit, welches ebenso zur Analyse von Gewebe benutzt werden kann. Fragestellung: Aufgrund der Notwendigkeit einer besseren intraoperativen Visualisierung von Tumorgewebe in der Neurochirurgie, soll in dieser Arbeit das Potenzial der intraoperativen in-situ-Raman-Spektroskopie beurteilt werden. Neben den intraoperativ erhobenen Ramanspektren, sollen insbesondere die oft unbeachteten Autofluoreszenzeigenschaften von Tumor und umliegendem Gewebe auf mögliche Unterschiede genauer untersucht werden. Einerseits soll aufgrund der fehlenden Erfahrung mit der kommerziell erhältlichen fiberoptischen Sonde die spektrale Qualität untersucht werden sowie Validität und Reliabilität des Messsystems beurteilt werden. Für einen intraoperativen Einsatz muss andererseits die Prozedur der Sterilisation entwickelt sowie die Integration in bestehende Arbeitsabläufe und Störfaktoren bei Messungen im Operationssaal bewertet werden.:Inhaltsverzeichnis I
Abbildungsverzeichnis III
Tabellenverzeichnis VI
Abkürzungsverzeichnis VII
Symbolverzeichnis IX
1 Einleitung 1
1.1 Hintergrund 1
1.2 Intraoperative Bildgebung 2
1.2.1 Neuronavigation 2
1.2.2 Intraoperative MRT 3
1.2.3 5-ALA-Fluoreszenz-gestützte Resektion 3
1.2.4 Raman-Spektroskopie 4
1.3 Motivation des Projektes 6
2 Material und Methoden 7
2.1 Gewebe 7
2.2 Histologie 7
2.2.1 Fixierung und Einbettung 7
2.2.2 Gefrierschnitte 8
2.2.3 Färbungen 8
2.2.4 Bestimmung der Zellzahl und des Proliferationsindex 11
2.3 Autofluoreszenz- und Raman-Spektroskopie 12
2.3.1 Aufbau des faserbasierten Messsystems 12
2.3.2 Faserbasierte Autofluoreszenz- und Raman-Spektroskopie 14
2.3.3 Referenz-Raman-Spektroskopie mit mikroskopischem System 17
2.4 Datenverarbeitung und -aufbereitung 17
2.4.1 Bestimmung der Autofluoreszenzintensität 18
2.4.2 Prozessierung des Rohspektrums 18
2.4.3 Ramanbandenintensität 19
2.4.4 Statistische Analyse 19
2.4.5 Clusteranalyse 19
3 Ergebnisse 20
3.1 Testung des faserbasierten Messsystems und Etablierung von Messprotokollen 20
3.1.1 Qualitative Beurteilung des Spektrums 20
3.1.2 Artefaktelimination 24
3.1.3 Festlegung optimaler Messparameter 27
3.1.4 Messtiefe 30
3.2 Ex-vivo-Autofluoreszenz und Raman-Spektroskopie 31
3.2.1 Autofluoreszenzintensität 32
3.2.2 Ramanspektren 35
3.3 Intraoperative in-situ-Autofluoreszenz- und Raman-Spektroskopie 47
3.3.1 Sondenaufbereitung 47
3.3.2 Evaluation der Signalstärke nach 9, 16, 21 und 31 vollständigen Wiederaufbereitungszyklen 47
3.3.3 Spektrale Qualität im Operationssaal 48
3.3.4 Analyse der Spektren 53
3.3.5 Histopathologie 63
3.3.6 Zusammenfassung der Ergebnisse 64
3.3.7 Darstellung ausgewählter Patient:innen 66
4 Diskussion 74
4.1 Testung des faserbasierten Messsystems und Etablierung von Messprotokollen 74
4.2 Ex-vivo-Autofluoreszenz und Raman-Spektroskopie 79
4.3 Intraoperative in-situ-Autofluoreszenz- und Raman-Spektroskopie 81
4.4 Schlussfolgerung 89
5 Zusammenfassung 91
6 Summary 95
Literaturverzeichnis X
Danksagungen XVIII
Anhang XIX / :Inhaltsverzeichnis I
Abbildungsverzeichnis III
Tabellenverzeichnis VI
Abkürzungsverzeichnis VII
Symbolverzeichnis IX
1 Einleitung 1
1.1 Hintergrund 1
1.2 Intraoperative Bildgebung 2
1.2.1 Neuronavigation 2
1.2.2 Intraoperative MRT 3
1.2.3 5-ALA-Fluoreszenz-gestützte Resektion 3
1.2.4 Raman-Spektroskopie 4
1.3 Motivation des Projektes 6
2 Material und Methoden 7
2.1 Gewebe 7
2.2 Histologie 7
2.2.1 Fixierung und Einbettung 7
2.2.2 Gefrierschnitte 8
2.2.3 Färbungen 8
2.2.4 Bestimmung der Zellzahl und des Proliferationsindex 11
2.3 Autofluoreszenz- und Raman-Spektroskopie 12
2.3.1 Aufbau des faserbasierten Messsystems 12
2.3.2 Faserbasierte Autofluoreszenz- und Raman-Spektroskopie 14
2.3.3 Referenz-Raman-Spektroskopie mit mikroskopischem System 17
2.4 Datenverarbeitung und -aufbereitung 17
2.4.1 Bestimmung der Autofluoreszenzintensität 18
2.4.2 Prozessierung des Rohspektrums 18
2.4.3 Ramanbandenintensität 19
2.4.4 Statistische Analyse 19
2.4.5 Clusteranalyse 19
3 Ergebnisse 20
3.1 Testung des faserbasierten Messsystems und Etablierung von Messprotokollen 20
3.1.1 Qualitative Beurteilung des Spektrums 20
3.1.2 Artefaktelimination 24
3.1.3 Festlegung optimaler Messparameter 27
3.1.4 Messtiefe 30
3.2 Ex-vivo-Autofluoreszenz und Raman-Spektroskopie 31
3.2.1 Autofluoreszenzintensität 32
3.2.2 Ramanspektren 35
3.3 Intraoperative in-situ-Autofluoreszenz- und Raman-Spektroskopie 47
3.3.1 Sondenaufbereitung 47
3.3.2 Evaluation der Signalstärke nach 9, 16, 21 und 31 vollständigen Wiederaufbereitungszyklen 47
3.3.3 Spektrale Qualität im Operationssaal 48
3.3.4 Analyse der Spektren 53
3.3.5 Histopathologie 63
3.3.6 Zusammenfassung der Ergebnisse 64
3.3.7 Darstellung ausgewählter Patient:innen 66
4 Diskussion 74
4.1 Testung des faserbasierten Messsystems und Etablierung von Messprotokollen 74
4.2 Ex-vivo-Autofluoreszenz und Raman-Spektroskopie 79
4.3 Intraoperative in-situ-Autofluoreszenz- und Raman-Spektroskopie 81
4.4 Schlussfolgerung 89
5 Zusammenfassung 91
6 Summary 95
Literaturverzeichnis X
Danksagungen XVIII
Anhang XIX
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:90591 |
| Date | 04 June 2024 |
| Creators | Ziegler, Jonathan |
| Contributors | Galli, Roberta, Sobottka, Stephan B., Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.003 seconds