Raman Spectroscopy Detects Differences Between Idiopathic Pulmonary Fibrosis and Other Interstitial Lung Disease Biopsies
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Rationale: The diagnosis of Idiopathic Pulmonary fibrosis (IPF) is inaccurate, complex, costly and time-consuming. Raman Spectroscopy (RS) is sensitive to molecular changes and able to classify different tissue states with modest analysis. We were able to detect RS differences between IPF and other interstitial lung disease (ILD) biopsies and decently predict new IPF and non-IPF samples. Methods: This study received approval of the University of Galway Research Ethics Committee. Ten IPF and 11 non-IPF ILD frozen biopsies from different patients from the IUCPQ Biobank Quebec Respiratory Health Research Network were serially sectioned for Masson's Trichrome (MT) and RS analysis. We gathered a total of 136 RS measurements using a Witec Alpha500 Raman microscope with a 785 nm laser source. Each measurement included nine individual spectra in 10 µm2 area. Spectra were processed for cosmic ray reduction, Savitzky-Golay smoothing and background correction. All spectra were normalized to the 1450 cm-1 peak. We removed outliers using the Euclidean distance (ED) to the spectral median. We trained our model by selecting the 50 most significant wavenumbers describing highly and low fibrotic areas using a Linear Mixed Effect Model (lmem). Then, we used principal component analysis (PCA) to establish a Fibrotic_PC_limit. We used the ED to this limit to classify new measurements as highly or low fibrotic and applied the same methodology to define an IPF_PC_limit. Finally, we adopted the leave-one-sample-out validation to predict new measurements as IPF or non-IPF by ED to the IPF_PC_limit. We averaged all the measurements in each sample to evaluate prediction performance. Results: We only detected 15 outliers of the total 136 RS measurements (Fig1a). The lmem identified the 857-953, 1244-1342, 1445 cm-1 peaks as the most significant for fibrosis. The ED to the Fibrotic_PC_limit classified a total of 71.43% of all the fibrotic measurements selected by MT staining. The lmem identified the 621-769, 851-1006, 1148, 1458, 1532 cm-1 peaks as being most descriptive of IPF in fibrotic areas (Fig1c). The leave-one-sample-out validation for the ED to the IPF_PC_limit resulted in IPF and non-IPF predictive values of 63.74% and 70% respectively (Fig1e). We are including more measurements per sample to further enhance prediction performance. Conclusions: RS was highly accurate at detecting fibrotic areas in ILD biopsies. We were able to detect spectral differences between IPF and non-IPF ILD biopsies and use these differences to decently predict new samples. The use of RS has potential to improve IPF diagnosis.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».