Truscreen Nasıl Çalışır ?



Truscreen Çalışma Prensibi
Servikal doku analizinde son yıllarda birçok yeni teknoloji geliştirilmiştir. Bunlar arasında sıvı-bazlı sitoloji, HPV DNA testi ve eş-zamanlı elektronik cihazlar örnek gösterilebilir.TruScreen objektif ve anında sonuç veren dünyadaki tek servikal tarama cihazıdır. Geliştirilen bu teknolojilerde amaç hasta tanılarındaki sensitivite ve spesifisite değerlerinin arttırılarak servikal kanser mortalite değerlerinin düşürülmesidir[1].
Truscreen eş-zamanlı opto-elektronik bir cihaz olmakla beraber temel olarak iki farklı doku diskriminasyonu tekniğini birleştirmektedir. Bu iki teknik “Elektriksel Doku Diskriminasyonu” ve “Optik Doku Diskriminasyonu” teknikleridir.

Elektriksel Doku Diskriminasyonu
Empedans bir materyalin normal rezistansı ile elektriksel rezistansın frekanstan bağımsız bileşeninin toplamıdır. Biyolojik dokular, bileşenlerindeki dielektrik özellikler nedeniyle intrinsik bir rezistans ve kapasitans göstermektedirler.[3,5]

Bir dokunun karakteristik empedans spektrumu dokuyu oluşturan hücrelerin yapısıyla şekillenmektedir. Akımların elektrik mühendisliği analizlerinde bir dokunun impedansının fazı ve büyüklüğü genelde kompleks sayılarla ifade edilir. Kompleks impedans değerleri materyalin dielektrik özelliklerine bağlı olan Debye dielektrik relaksasyonu için olan eşitlikte modellenir. Hücrenin bu intrinsik dielektrik özellikleri bileşen hücre membranlarının büyüklük ve spesifik kapasitansları, çekirdek, mitokondri ve hücre proteinlerinden gelmektedir

Kanseröz dokuda morfolojik atipi ile birlikte görülen en önemli patolojik bulgulardan biri çekirdek/sitoplazma oranındaki artıştır. Kanseröz ve kanseröz olmayan dokulardaki öngörülen empedans spektrumundaki farklılıklar kısmen intrasellüler empedansta artışa neden olan bu internal yapılardaki büyümedir. Bazı kanseröz dokulardaki empedans farklarına neden olan diğer bir faktör de ekstrasellüler empedansta artışa neden olan ekstrasellüler boşluk büyümeleridir[3]. Bu iki değer empedansın Cole Eşitliği ile toplam frekans bağımlılığını modellemede(Bkz. Şekil-1) kullanılabilir. 
 Cole Eşitliği aşağıdaki gibidir:


Burada fc değeri empedans düşüşünün köşe frekansı, α dokunun homojenitesini belirten bir sabit, C dokunun membran kapasitansı, ve Re ve Ri  de sırasıyla eksternal ve internal sellüler empedans değerleridir.


Şekil - 1  Normal skuamöz, mid-grade ve high-grade CIN için tipik rezistans ve kapasitans parametreleriyle birlikte Cole eşitliği modeli.
Serviks bölgesinde bulunan doku içerisindeki diskriminasyon, elektriksel kapansitans ölçümleri ile sağlanabilir. Yapılan çalışmalar göstermektedir ki normal, prekanseröz ve kanserli dokular farklı bio- empedans değerlerine sahiptir.

Şekil-2 Polarprobe probunun uç kısmı.

Quek et al’in yaptığı çalışmada dokuya uygulanan 1.25 volt değerlerindeki 260 µs’lik elektriksel pulslarla dokuların farklı sönümleme eğrileri gösterdiği görülmüştür. Çalışmada kullanılan prob ucundaki (Bkz. Şekil-2) üç elektrotun farklı kombinasyonlarla uyguladığı pulslar Polarprobe’un barındırdığı ileri algoritma ile değerlendirilmiş ve dokular diskriminasyonu gerçekleştirilmiştir.
Bunun sayesinde dokulara ait sönümleme eğrileri farklılık gösterir(Bkz. Şekil-3),
Optik Doku Diskriminasyonu

Servikal dokunun diskriminasyonunda bioimpedans özelliği yeterli bir parametre olamamaktadır. Bunun en büyük nedeni bu bölgedeki farklı dokuların bazılarının sönüm eğrilerindeki çakışmalardır. Bu sebeple seçili dalgaboylu optik spektroskopi yöntemi ile doku hakkında tamamlayıcı bilgi elde edilebilir.

Şekil-4 Dokudan ışığın yansıma ve geri-saçılım karakteristiği.

Optik biyosensörler konsept olarak vizüel kolposkopi metodlarının otomatlaştırılmış ekstansiyonlarıdır. Diyagnostik kolposkopide vaskülarizasyon, sınırlar ve servikal lezyonların renklerinin tespitinde kontrast maddeler, büyütme ve viz-üel filtreler yöntem olarak kullanıl-maktadırlar. Optik biyosensörler ise lezyon morfolojisi ya da lezyon yapısını değerlendirmek için dokunun spektral karakteristiklerin-den faydalanır.

Optik biyosensörlerin karakteristiğini kullanılan sprektral ekzitasyon ve spektral tepkinin ölçüldüğü frekanslar belirlemektedir. Eş-zamanlı cihazlarda en çok kullanılan frekanslar elektromanyetik spektrumun ultraviyole, görünür ışık ve kızılötesi bölgeleridir.

Servikal doku sınıflandırması için şu anki literatürde etkin bir biçimde kullanılan üç farklı optik teknik vardır. Bunlar floresans spektroskopisi, direkt reflektans ve optik gerisaçılımdır. Dokudan yansıyan ışınlar yüzeyde direkt ya da Frensel refleksiyonundan, doku içerisinden ise gerisaçılıma uğramış ışınlardan oluşmaktadır(Şekil-4). Direkt reflektans doku ve hava arasında refraktif indekstedeki basamak değişiminden kaynaklamaktadır ve yüzey topolojisi ve yapısı hakkında bilgi içermektedir. Gelen ışınların bir kısmı ise doku içerisine nüfuz etmektedir. Burada absorpsiyon ve saçılım prosesleri birlikte penetrasyon derinliğini belirlemektedir. Gelen ışınların büyük bir kısmı absorbe edilmeden ya da gerisaçılıma uğramadan önce birçok kez saçılıma ve yeniden yönlendirmeye maruz kalacaktır(Frank et al., 1989). Saçılım prosesi bulk doku yapıları, intrasellüler organeller vaskülarite ve biyokimyasal değişimler hakkında bilgi sağlamaktadır(Anderson, 1991; Richards-Kortum & Servick-Muraca, 1996; Drezek et al., 2003a).

Doku eksitasyonu geometrisi ve gerisaçılıma uğramış ışınlar dokuyla temas eden optik fiber bir probla ya da dokuyla temas etmeyen optik dizin algılayıcı ile kontrol edilebilmektedir. Burada ışık kaynağı ve detektörler arasındaki mesafenin fazla kısa olması durumunda detektöre gelen ışınların büyük kısmı direkt yansıma formunda olacak ve gerisaçılım gibi olaylar daha az gözlemlenecektir. Bu yüzden ışık kaynağı ve optik detektör arasındaki mesafe bu tip cihazlarda gerisaçılım olayının optimum olarak algılanabilmesi için önemlidir.

Truscreen Çalışma Prensibi
Truscreen teknik olarak servikal dokunun incelenmesinde dokunun optik ve elektriksel diskriminasyon yöntemlerinin her ikisinden de yararlanır. Optik diskriminasyon yöntemlerinden gerisaçılım ışınların analizi yöntemi üç ayrı LED ile sağlanmaktadır. LEDler prob ucuyla fiber bağlantılı olarak 4 farklı dalga boyunda (Kırmızı, Yeşil, Irak Kırmızı, Kızılötesi) ışık yardımıyla servikal dokuyu analiz eder(Bkz. Şekil-6). Bununla beraber tamamlayıcı olarak dokunun biyoempedans değerlerinden yola çıkarak elektriksel diskriminasyonunu sağlayan bir algoritmayla dokunun durumunu belirler. Ölçümler saniyede 14 kez tekrar eder (elektriksel ve optik veri alımı) ve sonuçlar her bir nokta için ayrı ayrı değerlendirmeye tabi tutulur. Sistemin algoritması basitleştirilmiş haliyle Şekil – 5’de gösterilmiştir.
Yapılan ölçümlerde değerler cihaz içerisindeki bir bilgisayar tarafından farklı etnik gruplardan ve coğrafi bölgelerden histolojik tanısı konmuş olan 2000 hastanın verileriyle karşılaştırılır. Elde edilen sonuca göre hastanın durumu anında bir çıktı halinde cihazdan alınır.

Cihazın Şekil – 5’deki genel algoritmasından da görüldüğü üzere cihaz rapor alımı sürecine kadar verileri oldukça sıkı bir süzgeçten geçirmektedir. Cihazın sürekli bir gelişim içinde olması da ileride çok daha yüksek sensitivite ve spesifisite değerlerinin elde edileceğini göstermektedir.

Truscreen elektrik sinyalleri ve farklı dalga boylarına sahip 4 farklı ışığı kullanarak servikal taramayı gerçekleştirir. Elde edilen veriler, dahilinde farklı etnik kökenden ve coğrafi bölgelerden 2000 adet histolojik tanı konmuş hastanın bilgisini barındıran bir veritabanıyla bilgisayar tarafından karşılaştırılır. Görüldüğü gibi her ışığın dokular üzerinde dağılımı ve farklı geri saçılımı vardır. Bu saçılım sayesinde kesit alımına ihtiyaç duyulmadan dokunun spektroskopik analizi mümkün olmaktadır.


Şekil – 6 Truscreen optik tarama prensibi

Uygulamada asetik asit uygulamasına gerek kalmamaktadır. Probda bulunan uyarıcı lambalar taramanın doğru yapılıp yapılmadığı konusunda kullanıcıyı uyarmaktadır. Algoritmanın kendini denetleme mekanizması cihaz içerisinde bulunan bilgisayar tarafından denetlenir. Bu mekanizma sayesinde kişiye bağlı hatalar elimine edilmiş olur.

Kaynaklar

• 1 - Singer A., Pisal N., Canfell K., Skladnev V., “New Technology in Diagnosis”,11th World Congress of Cervical Pathology and Colposcopy, Barcelona, Spain, June 9-3 (2002), pp.117-120.

• 2 - Stoy R., Foster K., Schwan H., “Dielectric properties of mammalian tissues” from 0.1 to 100 MHz: a summary of recent data. Phys Med Biol 1982;27(4): 501–13.
  
  
• 3 - Barrow A.J., Wu S.M., “Impedance measurements for cervical cancer diagnosis”, Gynecologic Oncol. 2007 Oct;107(1 Suppl 1):S40-[3]. Epub 2007 Aug 28.
  
  
• 4 - Quek S.C., Mould T., Canfell K., Singer A., Skladnev V., Coppelson M., “The Polarprobe-Emerging Technology for Cervical Cancer Screening”, Cervical Screening Vol.27 No.5(1998), pp. 717-721.
  
  
• 6 -Karen C., Carl C.,”Real-time devices for the screening and diagnosis of cervical neoplasia”. 
  
  
• 7 -Abdul S, Brown B, Milnes P, Tidy J. The use of electrical impedance spectroscopy in the detection of cervical intraepithelial neoplasia. Int J Gynecol Cancer 2006;16(5):1823–32.