Predicting carbon spectrum in heteronuclear single quantum coherence spectroscopy for online feedback during surgery

1H Yüksek Çözünürlüklü Sihirli Açı Döndürmeli (HRMAS) Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) katı numunelerde metabolitlerin bulunmasını sağlayan güvenilir bir teknolojidir. Hızlı geri dönüş süresi ile tümör ameliyatları sırasında, tümörün çıkarıldığı bölgede artakalmış olabilecek kanserli hücrelerin belirlenmesi ve cerrahın gerçek zamanlı olarak yönlendirilmesinde kullanılabilir. Fakat, tek boyutlu NMR verilerinde sinyallerin üst üste binme olasılığı olduğundan, bu durum metabolitlerin birbirinden ayrılmasını imkansızlaştırabilir. Bu durumda, Heteronükleer Tek Kuantum Uyumluluk Spektroskopisi (HSQC) NMR teknolojisi verilerin iki boyutlu halini oluşturmak için kullanılır (Hidrojen ve Karbon boyutları). Bu yüzden, bu iki boyutlu spektrumu hızlı bir şekilde elde etmenin tıbbi açıdan büyük bir önemi vardır. Fakat, ne yazık ki, bu spektrumu oluşturmak uzun süreler almaktadır ve bu durum gerçek zamanlı analizi imkansız kılmaktadır. Bu çalışmada, çoklu varyasyonlu bağlanım (NSPLR) ve istatistiksel tüm korelasyon spektroskopi (STOCSY) yöntemleri ile, HSQC'nin hidrojen ve karbon boyutları arasındaki bağlantıyı öğrenebileceğimizi gösterdik. Bu öğrenmenin küçük veri miktarına rağmen mümkün olduğunu ve HSQC metodunu kullanmak zorunda kalmadan sadece hidrojen boyutu ile karbon boyutunun tahmin edilebileceğini bulduk. Elimizde bulunan fare kohortumuz ile (80 adet, 5 farklı organ) NSPLR'yi kullanarak 0.971 ve STOCSY ile 0.957'lik ortalama R2 değerleri elde ettik. 15 insan numunesinde yaptığımız deneyler sonucunda 104 gruptan 39 farklı metabolitin %97 gibi yüksek bir doğruluk oranıyla bulunabileceğini gösterdik. Son olarak, Kreatin gibi hastanın ilaç ve tedaviye cevap vermesini ileriki safhalarda engelleyebilecek bir metaboliti, sinyali gizlenmiş olmasına rağmen, sadece hidrojen NMR teknolojisi ile bulabileceğimizi gösterdik. Pratikte bu bilgi cerrahın tümor bölgesinden daha fazla çıkarım yapmasını ve hastalığın ileride tekrarlanmasının önüne geçmesini sağlayabilir.