대장 용종의 감별 진단을 위한 라만 분광법의 유용성

Abstract

hyperplastic and adenomatous colonic polyps. Results: Total of 152 Raman spectra were obtained from 37 colonic polyps which included 3 hyperplastic polyps, 27 adenomatous polyps with low grade dysplasia, and 7 adenomatous polyps with high grade dysplasia. Specific Raman peaks corresponding to colonic polyps were observed at the wavenumber 1004, 1335, 1445, and 1655 cm-1. These bands were commonly present in the Raman spectra of each colonic polyp type. However, Raman spectral features in the 1580 ~ 1500 cm-1 range were different between hyperplastic polyp and high-grade dysplasia. The ratio of the `Raman peak intensity at the wavenumber 1555 cm-1 to 1530 cm-1 provided the diagnostic accuracy of 87.5% for differentiation between high-grade dysplasia and hyperplastic polyp, whereas the diagnostic accuracy based on PCA were 92.5%, which was higher than the peak ratio. Conclusions: Raman spectroscopy can be utilized for the differential diagnosis of colonic polyps. However, the present study failed to predict the degree of dysplasia by analyzing Raman spectra in colonic polyps. Further studies should be conducted by a method which compares histopathologic data of more closely quantified degrees of dysplasia with Raman spectra obtained in colonic polyps by improved techniques.; 배경 및 목적: 대장 용종은 대장암으로 진행할 가능성이 있어 내시경을 이용하여 용종절제술을 시행하는 것이 대장암의 발생을 감소시키는 효과적인 방법이다. 대장의 모든 용종이 악성화되는 것은 아니기 때문에 악성화의 가능성이 높은 용종을 감별하면 불필요한 용종절제술로 인한 비용과 합병증을 방지할 수 있다. 대장 용종과 같은 위장관의 신생물을 진단하기 위해 빛을 이용하여 물질을 분석하는 분광학을 활용하려는 시도들이 진행되고 있다. 그 중에서 라만 분광법은 단색광이 물질에 입사되었을 때 발생하는 비 탄성 산란인 라만 산란이 그 물질을 구성하는 분자 구조 및 결합 상태에 관한 고유의 정보를 제공한다는 사실에 기초하고 있다. 라만 산란을 이용하여 물질에서 발생하는 파장을 도표로 나타낸 것이 라만 스펙트럼이다. 라만 스펙트럼을 분석하여 신생물에서 발생하는 분자 수준의 변화를 파악할 수 있다는 결과들이 발표되고 있다. 따라서, 대장 용종에 단색광인 레이저를 조사하여 얻은 라만 스펙트럼을 분석하면 용종이 악성화되기 전에 발생하는 분자 수준의 변화를 파악할 수 있을 것이다. 본 연구는 대장 용종의 라만 스펙트럼의 특징을 파악하고 용종의 종류에 따라 라만 스펙트럼에 차이가 있는지 알아보고자 하였으며, 용종의 이형성 정도를 반영하는 라만 스펙트럼의 차이를 이용해서 악성화의 가능성이 높은 용종을 감별할 수 있는지를 알아보고자 했다. 방법: 대장 용종이 진단되어 내시경적 용종절제술을 시행받기 위해 한양대학병원 소화기내과에 내원한 29명의 환자들로부터 절제한 37개의 용종에 라만 분광법을 적용하였다. 근적외선 라만 현미경분광기를 이용하여 절제된 용종의 표면에 785 nm의 레이저를 5 초간 조사하여 발생하는 라만 산란을 5 초간 측정하였다. 무작위로 선정한 용종 표면의 각 부위에서 5 회 반복하여 얻은 평균 라만 스펙트럼을 분석에 이용하였다. 병리 조직 검사를 통해 용종을 과형성 용종과 저도 및 고도 이형성의 선종성 용종으로 분류하여 라만 스펙트럼 결과와 비교하였다. 통계 분석은 라만 피크의 강도 비 (peak ratio)와 주인자 분석법 (principal component analysis, PCA)을 이용하였다. 결과: 총 29명에서 37개의 용종을 절제하여 152개의 라만 스펙트럼을 얻었다. 과형성 용종 3개, 저도 이형성의 선종성 용종 27개, 고도 이형성의 선종성 용종이 7개였다. 특징적인 라만 피크는 1004, 1335, 1445, 1655 cm-1 의 파수 (wave number)에서 나타났는데, 과형성 용종과 선종성 용종에서 모두 유사하게 관찰되었다. 파수 1580 ~ 1500 cm-1에서 과형성 용종과 고도 이형성의 선종성 용종사이에 차이가 발견되었다. 파수 1555 cm-1 대 1530 cm-1의 강도 비 (peak ratio)와 주인자 분석법 (PCA)에 의한 비교 결과에서 과형성 용종과 고도 이형성의 선종성 용종에서 각각 87.5%와 92.5%의 진단 정확도를 보여 주인자 분석법의 정확도가 더 높았다. 결론: 대장 용종의 라만 스펙트럼을 이용하여 용종을 감별할 수는 있으나 용종의라만 스펙트럼을 분석하여 선종성 용종의 이형성 정도를 예측하지는 못하였다. 향후 대장 용종에서 라만 스펙트럼을 얻는 방법을 개선하는 것과 더불어 이형성에 대한 조직 병리 검사 결과를 세밀하게 정량화하여 비교하는 연구가 필요할 것이다. |Backgrouds and Aims: Colonic polyps have potential to become malignant, therefore endoscopic resection of colonic polyps is an effective method to reduce the incidence of colorectal cancer. Because all colonic polyps do not progress to malignancy, differential diagnosis of colonic polyps with high risk of malignant transformation is essential to prevent complications and costs derived from unnecessary polypectomies. According to the recent studies, gastrointestinal neoplasia like colonic polyps can be diagnosed with spectroscopic methods which analyze a sample by using a light. Of many spectroscopic methods, Raman spectroscopy is one of vibrational spectroscopic methods providing biochemical characteristics induced from inelastic scattering of molecules when a monochromatic laser is incident on a sample. Raman scattering is expressed to Raman spectra as a function of the wavelength. Studies have found that analysis of Raman spectra aquired from neoplasia could provide information about the biomolecular characteristics of them. Likewise, it will be possible to know the biomolecular changes developed before malignant transformation of colonic polyps by analyzing Raman spectra obtained when a laser light is incident on colonic polyps. The purpose of the present study were to build a database of Raman spectra of colonic polyps and to determine whether there is a difference between hyperplastic and adenomatous polyps in Raman spectra and investigate whether colonic polyps with high potential to become malignant can be differentiated by different Raman spectra depending on the degree of dysplasia . Methods: A rapid-acquisition dispersive NIR Raman microspectroscopy was used for spectral measurements at 785 nm laser excitation. A total of 37 colonic tissue samples obtained from 29 patients who underwent snare polypectomy during colonoscopy at Hanyang University Hospital were utilized in the study. Raman spectra in the range of 800-1800 cm-1 wavenumber were acquired from each colonic polyp for 5 s. And for each sample, 5 Raman spectra were collected by illuminating a laser on different spots of the sample. The colonic polyps were classified as hyperplastic, low-grade dysplasia, and high-grade dysplasia by histopathological examinations and compared with the corresponding Raman spectra collected at the department of chemistry in Hanyang University. Both the peak ratio and principal component analysis (PCA) were employed to classify the collected Raman spectra into two groups; Backgrouds and Aims: Colonic polyps have potential to become malignant, therefore endoscopic resection of colonic polyps is an effective method to reduce the incidence of colorectal cancer. Because all colonic polyps do not progress to malignancy, differential diagnosis of colonic polyps with high risk of malignant transformation is essential to prevent complications and costs derived from unnecessary polypectomies. According to the recent studies, gastrointestinal neoplasia like colonic polyps can be diagnosed with spectroscopic methods which analyze a sample by using a light. Of many spectroscopic methods, Raman spectroscopy is one of vibrational spectroscopic methods providing biochemical characteristics induced from inelastic scattering of molecules when a monochromatic laser is incident on a sample. Raman scattering is expressed to Raman spectra as a function of the wavelength. Studies have found that analysis of Raman spectra aquired from neoplasia could provide information about the biomolecular characteristics of them. Likewise, it will be possible to know the biomolecular changes developed before malignant transformation of colonic polyps by analyzing Raman spectra obtained when a laser light is incident on colonic polyps. The purpose of the present study were to build a database of Raman spectra of colonic polyps and to determine whether there is a difference between hyperplastic and adenomatous polyps in Raman spectra and investigate whether colonic polyps with high potential to become malignant can be differentiated by different Raman spectra depending on the degree of dysplasia . Methods: A rapid-acquisition dispersive NIR Raman microspectroscopy was used for spectral measurements at 785 nm laser excitation. A total of 37 colonic tissue samples obtained from 29 patients who underwent snare polypectomy during colonoscopy at Hanyang University Hospital were utilized in the study. Raman spectra in the range of 800-1800 cm-1 wavenumber were acquired from each colonic polyp for 5 s. And for each sample, 5 Raman spectra were collected by illuminating a laser on different spots of the sample. The colonic polyps were classified as hyperplastic, low-grade dysplasia, and high-grade dysplasia by histopathological examinations and compared with the corresponding Raman spectra collected at the department of chemistry in Hanyang University. Both the peak ratio and principal component analysis (PCA) were employed to classify the collected Raman spectra into two groups