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  • IPEN-DOC 25945

    LIMA, CASSIO ; CORREA, LUCIANA; BYRNE, HUGH; ZEZELL, DENISE M. . FTIR spectroscopy: a valuable tool to diagnose cutaneous tumors. In: NEXT FRONTIERS TO CURE CANCER, 10-12 de maio, 2018, São Paulo, SP. Abstract... São Paulo: A.C.Camargo Cancer Center, 2018.

    Abstract: Biological molecular bonds with an electric dipole moment that can change by atomic displacement due to natural vibrations are infrared active and therefore are quantitatively measured by Fourier transform Infrared Spectroscopy (FTIR), which is a rapid and label-free analytical tool that has been used to study the chemical interactions between biomolecules. The potential of FTIR spectroscopy as a diagnostic tool to discriminate cancerous from healthy tissue in a non-subjective manner has been well demonstrated. However, translation into clinical practice has been relatively slow, mainly due to the expensive and fragile infrared substrates required to perform the measurements. Thus, this study aims to demonstrate the ability of FTIR microspectroscopy to discriminate healthy skin from hyperplastic, papilloma and squamous cell carcinoma using standard H&E stained samples placed on glass slides. After approval of the ethics committee for research on animals (Comite de Etica no Uso de Animais, CEUA) of Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) (project no. 164/15-CEUA-IPEN/SP), cutaneous neoplastic lesions were chemically-induced in the back of Swiss mice using a well- -stablished two-stage carcinogenesis protocol [1]. Healthy tissue was collected from animals non-exposed to chemicals and different diseased stages (hyperplastic epidermis, papillomatous lesions and squamous cell carcinoma (SCC)) were obtained by varying the exposure time of the animals to carcinogenenic factors.Tissue sections of 5 μm thickness were obtained from formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE), hematoxylin & eosin stained and placed on glass slides. FTIR images were acquired in transmission mode over the spectral range 3000-3800 cm-1 with a pixel size of 6.25 × 6.25 μm at a spectral resolution of 4 cm-1. Spectral data were vector normalised and subjected to smoothing using Savitzky–Golay filtering with a polynomial of second order in an eleven point window. Principal components analysis (PCA) was applied and the PC scores were used as input data for linear discriminant analysis (PC-LDA) in a binary classification test. The groups were pairwise compared and the method was validated by leave-one-out cross-validation (LOOCV). All pre-processing and spectral analysis were performed on Matlab® R2017. Considering the sensitivity as the proportion of spectra collected from healthy tissue correctly identified in the healthy group and specificity as the proportion of spectra measured from neoplastic skin correctly associated to neoplastic group, the performance of classification obtained by PC-LDA was calculated for each pairwise comparison: Healthy × Hyperplastic, Healthy × Papilloma, Healthy × SCC, Hyperplastic × Papilloma, Hyperplastic × SCC, Papilloma × SCC. Sensitivity and specificity values over 90% were obtained for all groups compared, indicating that the information retained by bands peaking at 3000-3700 cm-1 in the infrared spectra — associated with the stretching vibrational modes of N-H, O-H and C-H chemical bonds on biological tissue — can discriminate normal and malignant tissue using H&E stained samples placed on glass slides. Thus, FTIR spectroscopy associated to PC-LDA as a binary classification test may be used as a complementary tool to help physicians to detect early stages of skin cancer, as well as to differentiate different types of cutaneous tumors.

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  • IPEN-DOC 27996

    LIMA, CASSIO ; CORREA, LUCIANA; BYRNE, HUGH; ZEZELL, DENISE M. . Influence of the reference spectrum used as input to the RMieS-EMSC algorithm for correction of spectral distortions induced by Mie scattering in FTIR hyperspectral images. In: SBFOTON INTERNATIONAL OPTICS AND PHOTONICS CONFERENCE, October 7-9, 2019, São Paulo, SP. Abstract... Piscataway, NJ, USA: IEEE, 2019. p. 47-48.

    Abstract: Fourier transform infrared (FTIR) microspectroscopy has shown great promise as a tool to assess the histological architecture of tissue samples by providing morphochemical maps that enable the evaluation of both spatial and compositional information based on the signatures of molecular vibrations. However, FTIR datasets collected in transmission and transflection modes are subjected to undesired spectral contributions non-related to the phenomenon of light absorption that must be corrected prior any analysis. The algorithm so-called “Resonant Mie Scattering – Extended Multiplicative Scatter Correction (RMieS-EMSC)” has been well succeeded in vibrational spectroscopy in removing spectral distortions. The main idea of the algorithm is to reconstruct the datasets that present undesired spectral contributions based on a scatter-free reference spectrum. In this study, FTIR hyperspectral images acquired from cutaneous malignant lesions were submitted to RMieS-EMSC protocol using Matrigel and average spectrum in order to evaluate the influence of the reference spectrum in the final correction. False-color maps obtained after segmentation were compared in terms of image quality and consistency with standard histopathology in order to evaluate the ability of each method to reproduce the histological structures of the specimen. Our findings indicate that the choice of reference spectrum has very little difference on the outcome of image analysis. The images obtained by both spectra used as reference may not have resulted in identical false-color maps, but the differences between the morphochemical maps are relatively small.

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  • IPEN-DOC 25606

    LIMA, CASSIO ; CORREA, LUCIANA; BYRNE, HUGH; ZEZELL, DENISE . K-means and Hierarchical Cluster Analysis as segmentation algorithms of FTIR hyperspectral images collected from cutaneous tissue. In: SBFOTON INTERNATIONAL OPTICS AND PHOTONICS CONFERENCE, October 08-10, 2018, Campinas, SP. Proceedings... Piscataway, NJ, USA: IEEE, 2018. DOI: 10.1109/SBFoton-IOPC.2018.8610920

    Abstract: Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy is a rapid and label-free analytical technique whose potential as a diagnostic tool has been well demonstrated. The combination of spectroscopy and microscopy technologies enable wide-field scanning of a sample, providing a hyperspectral image with tens of thousands of spectra in a few minutes. In order to increase the information content of FTIR images, different clustering algorithms have been proposed as segmentation methods. However, systematic comparative tests of these techniques are still missing. Thus, the present paper aims to compare the ability of K-means Cluster Analysis (KMCA) and Hierarchical Cluster Analysis (HCA) as clustering algorithms to reconstruct FTIR hyperspectral images. Spectra for cluster analysis were acquired from healthy cutaneous tissue and the pseudo-color reconstructed images were compared to standard histopathology in order to assess the number of clusters required by both methods to correctly identify the morphological skin components (stratum corneum, epithelium, dermis and hypodermis).

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  • IPEN-DOC 26007

    LIMA, CASSIO ; BYRNE, HUGH; CORREA, LUCIANA; ZEZELL, DENISE . Molecular pathology via infrared spectral imaging for skin cancer diagnosis. In: ENCONTRO DE OUTONO DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE FÍSICA, 42., 26-31 de maio, 2019, Aracaju, SE. Resumo... São Paulo: Sociedade Brasileira de Física, 2019.

    Abstract: Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy is a rapid and label-free analytical technique that provide information about the overall biochemical pro¯le of biological samples based on the vibrations of its basic molecular components (carbohydrates, proteins, lipids and nucleic acids) that are infrared active. The potential biomedical applications of FTIR spectroscopy as a tool for cancer diagnosis have been well demonstrated over the last years. However, most studies have focused on evaluate the diagnostic ability of FTIR by comparing healthy tissue to cancers on advanced stage and few studies have centered on evaluating the early stages of cancer. Thus, the present study aims to demonstrate the ability of FTIR spectroscopy to discriminate healthy skin from advanced skin cancer (squamous cell carcinoma) as well as from early stages of malignancy using the information retained by spectral data. Cutaneous neoplastic lesions were chemically-induced on Swiss mice using a well-stablished two-stage carcinogenesis protocol. Healthy tissue was collected from animals non-exposed to chemicals and di®erent disease stages were obtained by varying the exposure time of animals to carcinogenenic factors. Tissue sections were obtained from formalin-¯xed para±n-embedded (FFPE) and placed on calcium °uoride substrates. FTIR hyperspectral images were acquired in transmission mode over mid-infrared spectral region and compared using Principal Components Analysis (PCA) associated to Linear Discriminant Analysis (PC-LDA). Satisfactory data discrimination (accuracy, sensitivity and speci¯city) was achieved by PC-LDA and the variables responsible by classi¯cation were evaluated in order to assess the spectral changes of skin components during the transition of healthy into diseased state. Our ¯ndings demonstrate the potential of FTIR spectroscopy not only for skin cancer diagnosis, but also to evaluate the biochemical events triggered by cancer without requiring laborious and time-consuming procedures or expensive labeled probes as biomarkers.

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Autor: Maprelian

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O gerenciamento do Repositório está a cargo da Biblioteca do IPEN. Constam neste RI, até o presente momento 20.950 itens que tanto podem ser artigos de periódicos ou de eventos nacionais e internacionais, dissertações e teses, livros, capítulo de livros e relatórios técnicos. Para participar do RI-IPEN é necessário que pelo menos um dos autores tenha vínculo acadêmico ou funcional com o Instituto. Nesta primeira etapa de funcionamento do RI, a coleta das publicações é realizada periodicamente pela equipe da Biblioteca do IPEN, extraindo os dados das bases internacionais tais como a Web of Science, Scopus, INIS, SciElo além de verificar o Currículo Lattes. O RI-IPEN apresenta também um aspecto inovador no seu funcionamento. Por meio de metadados específicos ele está vinculado ao sistema de gerenciamento das atividades do Plano Diretor anual do IPEN (SIGEPI). Com o objetivo de fornecer dados numéricos para a elaboração dos indicadores da Produção Cientifica Institucional, disponibiliza uma tabela estatística registrando em tempo real a inserção de novos itens. Foi criado um metadado que contém um número único para cada integrante da comunidade científica do IPEN. Esse metadado se transformou em um filtro que ao ser acionado apresenta todos os trabalhos de um determinado autor independente das variáveis na forma de citação do seu nome.

A elaboração do projeto do RI do IPEN foi iniciado em novembro de 2013, colocado em operação interna em julho de 2014 e disponibilizado na Internet em junho de 2015. Utiliza o software livre Dspace, desenvolvido pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT). Para descrição dos metadados adota o padrão Dublin Core. É compatível com o Protocolo de Arquivos Abertos (OAI) permitindo interoperabilidade com repositórios de âmbito nacional e internacional.

1. Portaria IPEN-CNEN/SP nº 387, que estabeleceu os princípios que nortearam a criação do RDI, clique aqui.


2. A experiência do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-CNEN/SP) na criação de um Repositório Digital Institucional – RDI, clique aqui.

O Repositório Digital do IPEN é um equipamento institucional de acesso aberto, criado com o objetivo de reunir, preservar, disponibilizar e conferir maior visibilidade à Produção Científica publicada pelo Instituto, desde sua criação em 1956.

Operando, inicialmente como uma base de dados referencial o Repositório foi disponibilizado na atual plataforma, em junho de 2015. No Repositório está disponível o acesso ao conteúdo digital de artigos de periódicos, eventos, nacionais e internacionais, livros, capítulos, dissertações, teses e relatórios técnicos.

A elaboração do projeto do RI do IPEN foi iniciado em novembro de 2013, colocado em operação interna em julho de 2014 e disponibilizado na Internet em junho de 2015. Utiliza o software livre Dspace, desenvolvido pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT). Para descrição dos metadados adota o padrão Dublin Core. É compatível com o Protocolo de Arquivos Abertos (OAI) permitindo interoperabilidade com repositórios de âmbito nacional e internacional.

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