In vivo Raman spectroscopic characterization of papillary thyroid carcinoma

Abstract

The increasing incidence of lesions in the thyroid gland requires great attention due to the difficulty of diagnosis in some cases, which often leads to inadequate treatments. The diagnosis is commonly based on clinical perceptions and ultrasonography-guided fine needle aspiration (FNAB), often presenting inconclusive results which may indicate surgery as the main treatment for these cases. Therefore, the need to biochemically characterize the thyroid gland during surgery is extremely important. In this context, Raman spectroscopy is considered as a potential technique for the characterization of structures and identification of neoplasms. This study aimed at structuring and implementing a Raman system for the differentiation between normal and altered tissues in the thyroid gland in vivo. We used a HOLOSPEC f/1.8i system coupled to a laser of 785 nm wavelength and 70 mW power as an excitation source, and a 100 μm optical fiber. The spectra were collected during the surgical procedure under the supervision of the responsible physician, from 8 patients who were diagnosed with papillary thyroid cancer (PTC). Spectral analysis revealed several peaks characteristic of cancer, such as 834, 947, 1255, 1451 and 1601 cm−1. A high similarity was observed between ex vivo and in vivo spectra of papillary carcinomas, confirming the efficacy of the technique in the biochemical identification of the analyzed tissue. In this first phase of study, besides observing that in vivo PTC spectra are compatible with ex vivo PTC obtained in previous studies, it was possible to establish a calibration protocol for the in vivo analysis process. In this way, we conclude that the use of Raman spectroscopy in vivo can aid in the diagnosis of thyroid pathologies, as well as assist the physician during surgical procedures. © 2018

O aumento da incidência de lesões na glândula tireóide requer muita atenção devido à dificuldade de diagnóstico em alguns casos, o que geralmente leva a tratamentos inadequados. O diagnóstico é comumente baseado em percepções clínicas e aspiração por agulha fina guiada por ultrassonografia (PAAF), apresentando frequentemente resultados inconclusivos que podem indicar a cirurgia como o principal tratamento para esses casos. Portanto, a necessidade de caracterizar bioquimicamente a glândula tireóide durante a cirurgia é extremamente importante. Nesse contexto, a espectroscopia Raman é considerada uma técnica potencial para a caracterização de estruturas e identificação de neoplasias. Este estudo teve como objetivo estruturar e implementar um sistema Raman para a diferenciação entre tecidos normais e alterados na glândula tireóide in vivo . Usamos um HOLOSPECSistema f / 1.8i acoplado a um laser de comprimento de onda de 785 nm e potência de 70 mW como fonte de excitação e uma fibra óptica de 100 μm. Os espectros foram coletados durante o procedimento cirúrgico, sob a supervisão do médico responsável, de 8 pacientes diagnosticados com câncer de tireóide papilar (PTC). A análise espectral revelou vários picos característicos do câncer, como 834, 947, 1255, 1451 e 1601 cm- 1 . Foi observada uma alta similaridade entre os espectros ex vivo e in vivo de carcinomas papilares, confirmando a eficácia da técnica na identificação bioquímica do tecido analisado. Nesta primeira fase do estudo, além de observar que os espectros de PTC in vivo são compatíveis com ex vivo PTC obtido em estudos anteriores, foi possível estabelecer um protocolo de calibração para o in vivoprocesso de análise. Dessa forma, concluímos que o uso da espectroscopia Ramanin vivo pode auxiliar no diagnóstico de patologias da tireóide, além de auxiliar o médico durante procedimentos cirúrgicos.