Microdifracción de rayos X aplicada al diagnóstico de carcinoma ductal de mama

Abstract

El cáncer es una enfermedad que se caracteriza por un crecimiento descontrolado de células que provoca millones de muertes en el mundo. Uno de los más comunes es el cáncer de mama cuyo diagnóstico temprano permite mayores posibilidades de curación. Para aumentar la eficiencia del diagnóstico la incorporación de técnicas instrumentales basadas en la detección de la dispersión de rayos X ha mostrado ser de gran ayuda. A lo largo del presente trabajo se llevó a cabo una serie de actividades cuyo principal objetivo fue encontrar un método para clasificar tejidos mamarios utilizando la dispersión de rayos X. La atenuación de los rayos X dispersados fue estudiada cuidadosamente mediante la medición y análisis de los coeficientes lineales de atenuación de cada tipo de tejido mamario. Además, la forma de los perfiles de dispersión obtenidos mediante microdifracción de rayos x dispersiva en energía fue también analizada. Un método de preparación original de muestras fue desarrollado que permitió combinar el análisis histopatológico tradicional con el microanálisis por difracción de rayos X. Esta metodología fue aplicada sobre un grupo de 35 muestras de tejido mamario humano que incluían tejidos adiposos, fibroglandulares y carcinomas. Las muestras fueron previamente caracterizadas en el Servicio de Anatomía Patológico del Hospital Materno Provincial Dr. Raúl Felipe Lucini de la provincia de Córdoba, Argentina. Una vez recabada la mayor cantidad de información preliminar posible, se comenzó a desarrollar un método para clasificar tejidos mamarios utilizando la microdifracción dispersiva en energía en geometría confocal. Esta técnica fue implementada empleando monocapilares de vidrio con baja divergencia angular tanto en el canal de excitación como en el de detección. El microdifractómetro desarrollado opera con un ángulo de dispersión de (20,3 ± 0,9) º que define una sección transversal de análisis de (0,178 mm × 0,175 mm), con una resolución en profundidad de 1,18 mm. La resolución en momento transferido entre 3,9-10,9% fue encontrada muy útil para identificar perfiles de dispersión de tejidos adiposos con un mínimo procesamiento de datos. La diferenciación entre tejidos con perfiles de dispersión similares, tales como tejidos fibroglandulares y neoplásicos, ha sido alcanzada mediante el procesamiento de los espectros en el marco de la teoría de difracción de la intensidad dispersada. Los resultados obtenidos permitieron el desarrollo de un modelo determinístico de diagnóstico basado en la evaluación del análisis de perfiles de profundidad por micro-XRD. En este modelo, la modulación de los perfiles de dispersión causada por la atenuación de los rayos X fue cuidadosamente analizada para diferenciar tejidos neoplásicos. La resolución espacial de la técnica fue el aspecto clave del proceso, ayudando a detectar las variaciones en la atenuación de rayos X y permitiendo seleccionar un volumen uniforme de análisis sin la superposición de perfiles de dispersión.

Cancer is a disease characterized by an uncontrolled growth of cells that causes millions of deaths worldwide. One of the most common is breast cancer whose early diagnosis allows a greater chance of cure. To increase the efficiency of the diagnosis, the inclusion of instrumental techniques based on X-ray scattering detection has proven to be helpful. Along this work, a series of activities were undertaken whose main goal was find out a method to classify mammary tissues using the X-ray scattering. Attenuation of scattering beams was carefully studied by means of the measurement and analysis of lineal attenuation coefficients for each type of mammary tissue. In addition, the shape of the scattering profiles obtained by energy dispersive micro-X-ray diffraction was analyzed as well. An original sample preparation method was developed which allows combining the traditional histological analysis with the microanalysis by X-ray diffraction. The methodology was applied over a group of 35 human mammary samples which includes adipose, fibroglandular and carcinomas tissues. The samples were previously characterized in the Pathological Anatomy Service of the Maternal Provincial Hospital Dr. Raúl Felipe Lucini of the Córdoba Province (Argentina). Once the most amount of available preliminary information was collected, the development of a classification method of mammary tissues using energy dispersive micro-X-ray diffraction in confocal geometry was started. This technique was implemented with low angular divergence glass monocapillaries in the excitation and detection channels. The microdiffractometer operates with a scattering angle of (20.3 ± 0.9) º that defines a cross section for analysis (0.178 mm×0.175 mm), with a depth resolution of 1.18 mm. The obtained momentum transfer resolution between 3.9-10.9% was found to be highly useful to identify scattering profiles of adipose tissues without any data processing. Differentiation between tissues with similar scattering profiles, such as fibroglandular and neoplastic tissues, has been achieved by processing the spectra within the framework of diffraction theory for scattering intensity. The obtained results allowed the developing of a deterministic diagnostic model based on the evaluation of the depth profiles analysis by confocal micro-X-ray diffraction. In this model, the modulation of the scattering profiles caused by X-ray attenuation was analyzed to differentiate neoplastic tissues. The spatial resolution of the technique was the key aspect of the process, helping to detect variations in X-ray attenuation and to select uniform volume of analysis without superimposed scattering profiles.