Quantitative Chemical Imaging of Bone Tissue for Intraoperative and Diagnostic Applications

骨组织 生物医学工程 活检 医学影像学 放射科 病理 化学 显微镜 医学
作者
Kseniya Shin,Shuaiqian Men,Austin Wong,Colburn Cobb-Bruno,Eleanor Chen,Dan Fu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (9): 3791-3799 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.1c04354
摘要

Bone is difficult to image using traditional histopathological methods, leading to challenges in intraoperative pathological evaluation that is critical in guiding surgical treatment, particularly in orthopedic oncology. In this study, we demonstrate that a multimodal quantitative imaging approach that combines stimulated Raman scattering (SRS) microscopy, two-photon fluorescence (TPF) microscopy, and second-harmonic generation (SHG) microscopy can provide useful diagnostic information regarding intact bone tissue fragments from surgical excision or biopsy specimens. We imaged bone samples from 17 patient cases and performed quantitative chemical and morphological analyses of both mineral and organic components of bone. Our main findings show that carbonate content combined with morphometric analysis of bone organic matrix can separate several major classes of bone cancer-associated diagnostic categories with an average accuracy of 92%. This proof-of-principle study demonstrates that quantitative multimodal imaging and machine learning-based analysis of bony tissue can provide crucial diagnostic information for guiding clinical decisions in orthopedic oncology. Moreover, the general methodology of morphological and chemical imaging combined with machine learning can be readily extended to other tissue types for tissue diagnosis in intraoperative and other clinical settings.

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