ESTUDIO DE LESIONES CUTÁNEAS PIGMENTADAS MEDIANTE

ESTUDIO DE LESIONES CUTÁNEAS PIGMENTADAS MEDIANTE

ESTUDIO DE LESIONES CUTÁNEAS PIGMENTADAS MEDIANTE
ESPECTROSCOPIA DE REFLEXIÓN ÓPTICA DIFUSA
M. Cordo Chinea1,3, J.R. Sendra Sendra1,3, S.M. López Silva1,3 y A. Viera Ramírez2
1
Instituto Universitario de Microelectrónica Aplicada, Univ. Las Palmas de G.C.
2
Dermocanarias Médico Quirúrgica S.L., Las Palmas de G.C.
3
Instituto Canario de Investigación del Cáncer
1. Resumen.
Lesiones cutáneas pigmentadas han sido estudiadas mediante espectroscopia de
reflexión óptica difusa. El sistema de medida consta de un espectrómetro visible infrarrojo cercano (550-1000 nm) portátil, lámpara de tungsteno – halógeno y sondas de
fibra óptica. El sistema fue comprobado en condiciones estacionarias utilizando filtros
neutrales y blancos de referencia y se realizó un estudio de reproducibilidad de
espectros de piel tanto normal como pigmentada en un voluntario. A continuación se ha
realizado un estudio en un pequeño grupo de voluntarios con diferentes lesiones
evaluadas clínicamente por un dermatólogo y se han analizado los espectros registrados.
2. Introducción.
El incremento en la incidencia de las lesiones cutáneas pigmentada en la última
década junto con el hecho de que un diagnóstico temprano ayuda a la reducción de la
mortalidad, han propiciado la aplicación de técnicas espectrométricas en el diagnóstico
dermatológico1-6. Estas técnicas se basan en la evidencia de que la presencia de células
malignas altera las características de la epidermis con respecto a una sana, originando
un espectro de reflexión diferente. De esta forma la subjetividad de la observación
clínica puede ser sustituida por una técnica objetiva, mejorando la especificidad y la
sensibilidad. Por tales razones, el objetivo de este trabajo es estudiar los espectros de
reflexión óptica difusa de lesiones cutáneas pigmentadas y evaluar su potencialidad para
mejorar el diagnóstico diferencial. Primeramente se han evaluado los parámetros del
sistema de medida y su variabilidad en condiciones estacionarias y se han estudiado la
reproducibilidad de los espectros de reflexión difusa en piel normal y pigmentada de un
voluntario7, 8. A continuación se han estudiado los espectros de lesiones pigmentadas
evaluadas clínicamente por un dermatólogo en un grupo de voluntarios8.
3. Materiales, métodos y montaje experimental.
El sistema de medidas consta de un espectrómetro visible - infrarrojo cercano
(AVS-USB2000, Avantes) portátil, una lámpara de tungsteno – halógeno (HL-2000,
Avantes) y sondas de fibra óptica. Los espectros de reflexión (550-1000 nm) fueron
registradas empleando sondas de fibra óptica, de tipo estándar (FCR-7IR-200-2) de 6,35
mm de diámetro o con una sonda de punta muy fina (FCR-7IR-200-1,5x2-2) de 1,5 mm
de diámetro. Ambos tipos de sonda poseen 7 fibras individuales distribuidas 6 en
disposición hexagonal alrededor de una fibra central, que se bifurcan y permiten que la
fibra central sea acoplada a la lámpara mientras que las 6 fibras restantes son conectadas
al espectrómetro. Cada fibra tiene un núcleo de 200 µm diámetro, una apertura
numérica de 0,22 y transmite desde el visible hasta el infrarrojo cercano (350-2000 nm).
Debido a que el período de estabilización de la lámpara es de 5 minutos, ésta se
encendió 15 minutos antes de realizar las mediciones de reflexión en función de la
longitud de onda. Las medidas de las señales de oscuridad (D) y referencia (Sref (λ)) se
repitieron para cada individuo. Como estándar o blanco de referencia se utilizó una
pastilla de teflón difuso WS-2 (Avantes). La señal espectral de la radiación óptica
reflejada (S(λ)) es expresada en términos de porcentaje de reflexión con respecto al
blanco de referencia tras una corrección debida a la señal D como:
R(λ) = [(S(λ)-D)/(Sref(λ)-D)]
(1)
Para cada medición espectral se registró el promedio de varias lecturas calculado
en tiempo real. La cantidad de valores promediados resulta del compromiso entre la
reducción del ruido espectral y el incremento del tiempo de muestreo. El sistema de
medida se evaluó en condiciones estacionarias7 empleando un filtro neutral NG9-1
(Avantes) y un blanco de referencia WS-2, para diferentes valores de tiempo de
integración (IT = 3-6 ms) y espectros promediados (AV = 2-50). El análisis de 1000
espectros permitió obtener su valor medio, desviación estándar (SD), varianza, log SD
vs. log AV y considerar los valores óptimos de IT y AV. Las medidas de D no
mostraron dependencia con la longitud de onda y sí una ligera variación con IT.
Los espectros de reflexión óptica difusa S(λ) se registraron colocando la sonda de
fibra óptica en contacto con las siguientes zonas:
a) Piel normal – tres espectros de la parte interior del brazo.
b) Piel normal expuesta al sol – tres espectros de la parte exterior del brazo.
c) Piel adyacente - tres espectros del área que rodea la lesión.
d) Lesión – tres espectros de cada lesión o de cada una de las diferentes zonas de la
lesión, según sus características (asimetría, bordes, color, dimensión y elevación).
4. Resultados.
Los espectros de reflexión óptica difusa de 17 lesiones cutáneas evaluadas
clínicamente y seleccionadas por el especialista en dermatología se registraron siendo
AV = 10, IT = 6 ms para el blanco de referencia, e IT = 30 ms para las zonas estudiadas
(muestra). En la Tabla 1 se resumen las lesiones y su localización.
Tabla 1. Lesiones estudiadas.
Lesión No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Diagnóstico Clínico de la Lesión
Nevus nevocítico benigno
Nevus nevocítico benigno congénito
Nevus nevocítico intradérmico benigno
Nevus juntural benigno
Angioma
Nevus nevocítico dermoepidérmico benigno
Efelide
Dermatofibroma
Nevus nevocítico ligeramente atípico
Nevus nevocítico dermoepidérmico
Nevus dermoepidérmico
Efelide
Nevus dermoepidérmico
Nevus clinicamente atípico (8,5 mm)
Lentigo
Nevus nevocítico intradérmico benigno
Angioma
Paciente
P01
P02
P03
P04
P04
P04
P05
P06
P07
P08
P09
P10
P11
P12
P13
P14
P16
Localización
Frente
Cuello
Rodilla
Brazo externo
Abdomen
Espalda
Espalda
Cuello
Abdomen
Pecho
Frente
Brazo externo
Cuello
Espalda
Espalda
Espalda
Pecho
En la Figura 1 (a, b) se muestran los resultados del promedio de los espectros
tomados en varios sitios de un voluntario (lesiones No. 3 y 5 en la Tabla 1). La piel
normal posee mayor reflexión en la parte interior (IA) que en la parte exterior del brazo
(OA). El espectro de la piel adyacente a la lesión (AL3 y AL5 en Fig. 1 para No. 3 y 5
en Tabla 1) puede ser similar a la de la piel normal según sean su localización,
pigmentación y exposición al sol. Estos espectros tienen elementos similares como
valores más bajos a 600 nm. Los espectros de las lesiones (LL4, LL5, LL13 y LL14 en
la Fig. 1b para 4, 5, 13 y 14 en la Tabla 2) son diferentes para cada una estas y con
respecto a los de la piel normal. Elementos distintivos entre unas y otras lesiones
también se pueden apreciar analizando la primea derivada de los espectros (Figura 1c).
a)
b)
c)
Figura 1. Espectros de reflexión difusa de los pacientes y lesiones de la Tabla 1: a) interior del brazo
(IA), exterior del brazo (OA) y adyacente a la lesión (AL); y b) lesiones (LL). c) Primera derivada de los
espectros de diferentes lesiones (LL).
Bibliografía.
[1] R. Marchesini, M. Brambilla, C. Clemente, M. Maniezzo, A.E. Sichirollo, A.
Testori, D.R. Venturoli and N. Cascinelli, Photochem. Photobiol. 53 (1991) 77.
[2] R. Marchesini, N. Cascineli, M. Brambilla, C. Clemente, E. Pignoli, A. Testori and
D.R. Venturoli, Photochem. Photobiol. 55 (1992) 515.
[3] R. Marchesini, S. Tomatis, C. Bartoli, A. Bono, C. Clemente, C. Cupeta, I. del Prato,
E. Pignoli, A.E. Sichirollo and N. Cascinelli, Photochem. Photobiol. 62 (1995)
151.
[4] S. Tomatis, C. Bartoli, A. Bono, N. Cascinelli, C. Clemente and R. Marchesini, J.
Photochem. Photobiol. B. 42 (1998) 32.
[5] V.P. Wallace, D.C. Crawford, P.S. Mortimer, R.J. Ott and J.C. Bamber, Phys. Med.
Biol.45 (2000) 735.
[6] O.M. A'Amar, R.D. Ley, P.M. Ripley and I.J. Bigio, Proc. SPIE 4254 (2001) 144.
[7] M. Cordo Chinea, J.R. Sendra Sendra, S.M. López Silva. J. García García and A.
Viera Ramírez, Biophotonics (2002).
[8] M. Cordo Chinea, J.R. Sendra Sendra, S.M. López Silva and A. Viera Ramírez,
Proc. SPIE 5119 (2003).
Agradecimientos.
Este trabajo ha sido cofinanciado por el Fondo de Investigaciones Sanitarias (FIS
01/0046-01), el Instituto Canario de Investigación del Cáncer y la Universidad de Las
Palmas de Gran Canaria (UNI2002/15). MCC es becaria del proyecto FIS y SMLS es
investigadora del Programa Ramón y Cajal del Ministerio de Ciencia y Tecnología.