Zusammenfassung
Das Thema dieser Untersuchung ist der klinische Einsatz der Photodiagnose nach R.
Jindra, einer neuartigen photophysikalischen Untersuchungsmethode der weiblichen Brust.
Licht (670 nm, 0,8 mW) wird von einem Laser in Gewebe eingebracht. Das vom Gewebe
rückgestreute Licht wird in ein elektrisches Signal gewandelt, verstärkt, und als
Kurve am Oszilloskop angezeigt. Die fraktale Dimension (FD) der Kurve, die den Stoffwechsel
des untersuchten Gewebes anzeigt, wird mit einer speziell entwickelten Software berechnet.
Rückschlüsse über die Gewebsstruktur sind damit möglich.
Durch 96 schmerzfreie und nicht invasive Messungen an 12 gesunden, prämenopausalen
Frauen haben wir die durchschnittliche FD von gesundem Brustgewebe mit 2,37 ± 0,18
bestimmt. Zwischen perimamillärem und peripherem Brustgewebe bestanden keinerlei statistisch
signifikante Unterschiede. Als pathologisch haben wir die FD dann angesehen, wenn
ihr Wert gleich der ersten Standardabweichung unter dem evaluierten Wert für gesundes
Brustdrüsengewebe lag oder kleiner war (FD ≤ 2,19). Dieses Verfahren wurde an prämenopausalen
Patientinnen mit Brusttumoren angewandt (die Tumoren waren zuvor durch Palpation oder
durch Mammographie entdeckt worden und wurden anschließend histologisch verifiziert).
Es zeigte eine Sensitivität von 83,3 % und eine Spezifität von 72,7 %.
Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass Wechselwirkungen zwischen Licht und Gewebe
abhängig vom Stoffwechsel durch deterministisches Chaos dargestellt und durch die
FD beschrieben werden kann. Mittels der FD ist die Differenzierung zwischen gesundem
und malignem Gewebe möglich.
Abstract
The subject of this survey is Jindra's use of photodiagnosis, a new method for investigating
conditions of the female breast. Light, produced by a laser (670 nm, 0.8 mW) and backscattered
from tissue is converted into an electrical signal, amplified and displayed as a curve
on an oscilloscope. The curve's fractal dimension (FD), which indicates the metabolism
of the tissue under investigation, is calculated using specially developed software,
allowing conclusions about the tissues structure to be drawn.
By means of 96 painless measurements on 12 healthy premenopausal women, the average
FD of healthy tissue was established as 2.37 ± 0.18. No statistically significant
differences were detected between paramamillary measurements taken on the glandular
body and those made on the breast parenchyma. Tissue was defined pathological if the
FD value was equal to or more than one standard deviation below than this mean (FD
≤ 2.19). This procedure was applied to seventeen patients with various breast conditions
(previeously diagnosed by imaging techniques and palpation and afterwards verfied
by histology), yielding a sensitivity of 83.3 % and a specifity of 72.7 %.
We have found that the metabolism of biological tissue acts in a chaotic mode visible
by fractal response and that differentiation of healthy from malignant tissue is possible
by the fractal dimension.
Literatur
1
Andersson-Engels S, Canti G, Cubeddu R, Eker C, Klinteberg C, Pifferi A, Svanberg K,
Svanberg S, Taroni P, Valentini G, Wang I.
Preliminary evaluation of two fluorescence imaging methods for the detection and the
delineation of basal cell carcinomas of the skin.
Lasers Surg Med.
2000;
26
76-78
2
Cerussi A E, Berger A J, Bevilacqua F, Shah N, Jakubowski D, Butler J, Holcombe R F,
Tromberg B J.
Sources of absorption and scattering contrast for near-infrared optical mammography.
Acad Radiol.
2001;
8
211-218
3
Cubeddu R, D'Andrea C, Pifferi A, Taroni P, Torricelli A, Valentini G.
Effects of the menstrual cycle on the red and near-infrared optical properties of
the human breast.
Photochem Photobiol.
2000;
72
383-391
4
Cubeddu R, Pifferi A, Taroni P, Torricelli A, Valentini G.
A solid tissue phantom for photon migration studies.
Phys Med Biol.
1997;
42
1971-1979
5
Dormeier A, Bähre M, Lauer I, Germer U, Meller B, Geipel A, Diedrich K.
Die Positronen-Emissionstomographie in der Diagnostik von Mammatumoren.
Geburtsh Frauenheilk.
2000;
60
59-62
6
Frank C J, McCreery R L, Redd D C.
Raman spectroscopy of normal and diseased human breast tissues.
Anal Chem.
1995;
67
777-783
7
Goral J, Zichy V.
Fourier transform raman studies of materials and compounds of biological importance.
Spectrochim Acta.
1990;
46
253-275
8
Grassberger P.
Problems in quantifying self-organized complexity.
Helv Phys Acta.
1989;
62
498-511
9
Grassberger P, Procaccia I.
Characterization of strange attractors.
Phys Revi Lett.
1983;
50
346-349
10
Hutchinson J.
Fractals and self-similarity.
Indiana Univ Math J.
1981;
30
713-747
11
Jindra R H.
Non-invasive in vivo diagnostic by means of statistical optics.
Spie.
1995;
2323
360-364
12
Jindra R H.
Tissue discrimination by means of stochastic analysis of backscattered light.
Spie.
1995;
2371
356-360
13
Lenci F, Angelini N, Ghetti F, Sgarbossa A, Losi A, Vecli A, Viappiani C, Taroni P,
Pifferi A, Cubeddu R.
Spectroscopic and photoacoustic studies of hypericin embedded in liposomes as a photoreceptor
model.
Photochem Photobiol.
1995;
62
199-204
14
Liu C H, Das B B, Sha Glassman W L, Tang G C, Yoo K M, Zhu H R, Akins D L, Lubicz S S,
Cleary J, Prudente R, Celmer E, Caron A, Alfano R R.
Raman, fluorescence and time-resolved light scattering as optical diagnostic techniques
to separate diseased and normal biomedical media.
J Photochem Photobiol B.
1992;
16
187-209
15
Madsen S J, Anderson E R, Haskell R C, Tadir Y, Tromberg B J.
A portable, high-frequency-domain photon migration instrument for tissue spectroscopy.
Opt Lett.
1994;
19
1934-1936
16
Mandelbrot B B.
Fractal aspects of the iteration of z → λz(1-z) for complex and z.
Ann NY Acad Sci.
1980;
357
249-259
17
Manoharan R, Shafer K, Perelman L, Wu J, Chen K, Deinum G, Fitzmaurice M, Myles J,
Rowe J, Dasari R R, Feld M S.
Raman spectroscopy and fluorescence photon migration for breast cancer diagnosis and
imaging.
Photochem Photobiol.
1998;
67
15-22
18
Monnier P, Savary M, Fontolliet C, Wagnières G, Châtelain A, Cornaz P, Depeursinge C,
van den Bergh H.
Photodetection and photodynamic therapy of „early“ squamous cell carcinomas of the
pharynx, oesophagus and tracheo-bronchial tree.
Lasers Med Sci.
1990;
5
149-169
19
Moon W K, Im J G, Koh Y H, Noh D Y, Park I A.
US of mammographically detected clustered microcalcifications.
Radiology.
2000;
217
849-854
20
Puls H, Kretschmer K-H, Nowotny K, Bohndorf K, Wischnik A.
Galaktographie. Reevaluation einer vergessenen Methode.
Geburtsh Frauenheilk.
1999;
59
111-116
21
Schmidt S.
Photodynamische Lasertherapie bei fortgeschrittenen Mammakarzinomen.
Geburtsh Frauenheilk.
1996;
56
M153-M156
22
Schmidt S, Sierra F, Spaniol S.
Photodynamische Lasertherapie der Zervix.
Geburtsh Frauenheilk.
2000;
60
407-411
23
Shah N, Cerussi A, Eker C, Espinoza J, Butler J, Fishkin J, Hornung R, Tromberg B.
Noninvasive functional optical spectroscopy of human breast tissue.
Proc Natl Acad Sci USA.
2001;
98
4420-4425
24
Sommer H, Tiling R, Camerer B, Friedl L, Heiss D, Hatzinger S, Hoernstein M, Willgeroth F,
Hahn K, Kindermann G.
Mammaszintigraphie als Surrogatmethode zur Differenzierung mammographisch unklarer
Läsionen.
Geburtsh Frauenheilk.
1999;
59
12-18
25
Tromberg B J, Shah N, Lanning R, Cerussi A, Espinoza J, Pham T, Svaasand L, Butler J.
Non-invasive in vivo characterization of breast tumors using photon migration spectroscopy.
Neoplasia.
2000;
2
26-40
26
Wierrani F, Fiedler D, Grin W, Henry M, Dienes E, Gharehbaghi K, Krammer B, Grünberger W.
Clinical effect of meso-tetrahydroxyphenylchlorine based photodynamic therapy in recurrent
carcinoma of the ovary: preliminary results.
Br J Obstet Gynaecol.
1997;
104
376-378
27
Wierrani F, Fiedler D, Schnitzhofer G, Stewart J C, Gharehbaghi K, Henry M, Grin W,
Grünberger W, Krammer B.
A new approach to cancer therapy due to appropriate uptake and retentionkinetics of
meta-tetrahydroxy-phenylchlorin in a human fibroblast cell line.
Cancer Biochem Biophys.
1996;
15
171-176
28
Wierrani F, Kubin A, Jindra R, Henry M, Gharehbaghi K, Grin W, Soltz-Szotz J, Alth G,
Grünberger W.
5-aminolevulinic acid-mediated photodynamic therapy of intraepithelial neoplasia and
human papillomavirus of the uterine cervix - a new experimental approach.
Cancer Detect Prev.
1999;
23
351-355
29
Zambella D, Grassberger P.
Complexity of forecasting in a class of simple models.
Comp Sys.
1988;
2
269-303
30
Zhu Q, Conant E, Chance B.
Optical imaging as an adjunct to sonograph in differentiating benign from malignant
breast lesions.
J Biomed Opt.
2000;
5
229-236
31
Zöpf T, Riedmann J F.
Wandel der Laseranwendung in der Gastroenterologie - Stand 1997.
Z Gastroenterologie.
1997;
35
987-997
Univ. Doz. Dr. Franz Wierrani
Krankenanstalt Rudolfstiftung
Juchgasse 25
A-1030 Wien
Österreich
Email: franz.wierrani@kar.magwien.gv.at