liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Tissue identification for thyroid and parathyroid surgery: using optical coherence tomography and fluorescence spectroscopy
Linköping University, Department of Biomedical Engineering. Linköping University, Faculty of Science & Engineering.
2015 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [sv]

Bakgrund och Mål: Under sköldkörtel- och bisköldkörteloperationer är det viktigt att inte förstöra eller ta bort friska bisköldkörtlar för att inte påverka deras hormonproduktionen. Bisköldkörtlarna kan vara svåra att upptäcka eftersom de kan variera i storlek och placering samt att deras vävnad kan vara lik omkringliggande vävnad. Målet med den här studien var att undersöka möjligheterna att identifiera bisköldkörtlarna med hjälp av deras autofluorescens i det nära infraröda våglängdsområdet. Det har också undersökts om optisk koherenstomografi kan användas för att identifiera olika vävnader i halsen.

Material och Metod: Till den här studien har ett optiskt koherenstomografisystem som mäter signalerna i spektraldomänen används för att avbilda vävnadsprover. Bilderna har sedan segmenterats med två olika metoder, intensitetsbaserad och entropibaserad segmentering. Ett sätt att automatiskt räkna folliklarna utvecklades och jämfördes med visuell räkning på 10 bilder. Ett grafiskt användargränssnitt har också utvecklats för att visualisera bilderna. Autofluorescensen från bisköldkörtlarna och dess omkringliggande vävnader mättes med hjälp av ett fluorescensspektroskop och en laser med våglängden 785 nm.

Resultat: Efter avbildning och segmentering var den strukturella informationen från sköldkörtel- och fettvävnad urskiljbar medan den inte var det för bisköldkörtel- och lymfnodsvävnad. Bilderna av sköldkörtelvävnaden visade runda folliklar som inte de andra vävnaderna i halsen hade. Bilderna av fettvävnad visade ett fint nätverk av kollagenfibrer som inneslöt fettceller. Bisköldkörtel- och lymfnodvävnad hade en homogen struktur. Segmentationen av bilderna bekräftade dessa resultat och gjorde det möjligt att mäta antal och storlek av folliklarna. För mätning och analys av folliklarna var den entropibaserade segmentationsmetoden bättre än den intensitetsbaserade metoden. Rms-felet för antalet folliklar som hittades i bilderna var 10,9 st vilket kan jämföras med medeltalet som var 12,3. Storlekarna på folliklarna varierade mellan 45 och 827 μm i diameter. Genom segmenteringen var folliklar och andra håligheter markerade med vit färg och den andra vävnaden var svart. Kvoten mellan andelen vit och svart färg i olika vävnader var 0,85 för sköldkörtelvävnad och 0,15 för fettvävnad. De andra vävnaderna hade en ratio som var nära 0.

Användadet av autofluorescensdetektion av vävnadsproverna från bisköldkörtlar visade på en något högre intensitet än de flesta sköldkörtelvävnaderna. Vävnaderna från bisköldkörtlarna visade på en fluorescensintensitet mellan 108,13 och 834,09 enheter med ett medianvärde av 161 medans sköldkörtelvävnaderna hade mellan 9,81 och 192,68 enheter med ett medianvärde av 33.

Slutsatser: Från bilderna av olika vävnader kan fett- och sköldkörtelvävnader identifieras. Antalet och storlekarna på folliklarna i sköldkörtelvävnad kan analyseras med hjälp av entropibaserad segmentering. Genom att använda fluorescensspektroskopi har bisköldkörtelvävnad generellt sett en högre autofluorescens än sköldkörtelvävnad men variationerna för mätningarna av bisköldkörtlarna varierade ganska mycket.

Abstract [en]

Background and Objectives: During thyroid and parathyroid surgery it is important to not damage or remove healthy parathyroid tissue in order to not disturb hormone production. The parathyroid glands can be difficult to find due to their variation in size, location and similarity to the surrounding tissue. The aim of this thesis was to investigate the possibility of identifying the parathyroid glands using their autofluorescence in the near-infrared region and optical coherence tomography (OCT). It has also been investigated if optical coherence tomography could be used for identification of different tissues in the neck.

Material and Methods: For this study a spectral domain optical coherence tomography system was used to image the tissue samples. The images were segmented using two different segmentation methods, intensity based and entropy based segmentation. The follicles’ counts were derived and compared to the visual counting for 10 OCT image slices. A graphical user interface was developed to visualize the OCT images. The autofluorescence from the parathyroid glands and the surrounding tissue was measured with a near infrared fluorescence spectroscopy setup using a 785 nm laser for excitation.

Results: With imaging and segmentation, thyroid and fat tissues had a distinguishable structural information while the parathyroid and lymph node tissues were similar. The thyroid tissue showed round shaped follicles compared to the other tissues in the neck. The images of fat tissue showed a fine network of collagen fibers enclosing lipid cells. Parathyroid and lymph node tissues had a homogenous structure. The segmentation made it possible to measure number and sizes of the follicles. For this application the entropy based segmentation was superior to the intensity based segmentation. The rms error for the number of follicles found in OCT thyroid images was 10.9 regions compared to the mean number of 12.3 regions. The sizes of the follicles were in the range of 45 to 827 μm in diameter. Using the segmentation method the follicles and other cavities were marked with white and the other tissue was marked with black. The ratio between the white and black areas showed that thyroid tissue had a ratio of 0.85 and fat 0.15 while the other tissue types had a ratio of approximately 0.

Using the autofluorescence detection the parathyroid tissue samples showed a slightly higher fluorescence intensity than most of the thyroid tissue samples. Parathyroid tissue showed a fluorescence intensity in a range of 108.13 to 834.09 arbitrary units (median = 161) and thyroid tissue showed fluorescence intensity in a range of 9.81 to 192.68 arbitrary units (median = 33).

Conclusions: From the OCT images fat and thyroid tissue could be identified and distinguished. The number and sizes of follicles in thyroid tissue could be analyzed using entropy based segmentation in the OCT images. Using fluorescence spectroscopy parathyroid tissue generally had a higher autofluorescence than thyroid tissue but the variation among the parathyroid samples was relatively large.

Place, publisher, year, edition, pages
2015. , 56 p.
National Category
Medical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-119226ISRN: LiTH-IMT/BIT30-A-EX--15/522--SEOAI: oai:DiVA.org:liu-119226DiVA: diva2:820421
Subject / course
Biomedical Instrumentation
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-06-12 Created: 2015-06-12 Last updated: 2016-08-31Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(4257 kB)251 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4257 kBChecksum SHA-512
eae6b395aee1b1554076a3f8232f876ec459370822ece214690d3d14f3bc2620263c054cb8a071920792ad548b6c64dc0b00a8c51425c1a53dd30da78410d7cf
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Biomedical EngineeringFaculty of Science & Engineering
Medical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 251 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 266 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf