In vitro terahertz spectroscopy of malignant brain gliomas embedded in gelatin slab

In our work, we have performed in vitro terahert

In vitro terahertz spectroscopy of gelatin-embedded human brain tumors - a pilot study

We have performed the in vitro terahertz (THz) spectroscopy of human brain tumors. In order to x tissue

Cпектроскопия спонтанного комбинационного рассеяния для ex vivo диагностики внутричерепных опухолей

Neurosurgery of intracranial tumors, especially of glial origin, is a non-trivial task due to their infiltrative growth. In recent years, optical methods of intraoperative navigation have been actively used in neurosurgery. However, one of the most widely used approaches based on the selective accumulation of fluorescent contrast medium (5-ALA-induced protoporphyrin IX) by the tumor cannot be applied to a significant number of tumors due to its low accumulation. On the contrary, Raman spectroscopy, which allows analyzing the molecular composition of tissues while preserving all the advantages of the method of fluorescence spectroscopy, does not require the use of an exogenous dye and may become a method of choice when composing a system for intraoperative navigation or optical biopsy. This work presents the first results of using the principal component method to classify Raman spectra of human glioblastoma with intermediate processing of spectra to minimize possible errors from the fluorescence of both endogenous fluorophores and photosensitizers used in fluorescence navigation. As a result, differences were found in the principal component space, corresponding to tissue samples with microcystic components, extensive areas of necrosis, and foci of fresh hemorrhages. It is shown that this approach can serve as the basis for constructing a system for automatic intraoperative tissue classification based on the analysis of Raman spectra.Cпектроскопия спонтанного комбинационного рассеяния для ex vivo диагностики внутричерепных опухолей  Нейрохирургия внутричерепных опухолей, особенно глиального происхождения, представляет нетривиальную задачу в силу их инфильтративного роста. В последние годы в нейрохирургии активно используются оптические методы интраоперационной навигации, однако один из наиболее широко распространенных подходов, основанный на селективном накоплении опухолью флуоресцентного контрастного вещества (5-АЛК индуцированного протопорфирина IX), не может быть применен для значимой части опухолей вследствие его низкого накопления. Напротив, спектроскопия комбинационного рассеяния, позволяющая проводить анализ молекулярного состава тканей с сохранением всех достоинств метода флуоресцентной спектроскопии, не требует при этом введения экзогенного красителя и может быть вариантом выбора при построении системы интраоперационной навигации или оптической биопсии. В настоящей работе представлены первые результаты использования метода главных компонент для классификации спектров комбинационного рассеяния глиобластомы человека с промежуточной обработкой спектров для минимизации возможных ошибок от флуоресценции как эндогенных флуорофоров, так и фотосенсибилизаторов, используемых при флуоресцентной навигации. В результате были обнаружены различия в пространстве главных компонент, соответствующие образцам тканей с микрокистозными компонентами, обширными участками некрозов, фокусами свежих кровоизлияний. Показано, что данный подход может послужить основой для построения системы автоматической интраоперационной классификации тканей на основе анализа спектров комбинационного рассеяния

Nanoscale stiffness topography reveals structure and mechanics of the transport barrier in intact nuclear pore complexes

The nuclear pore complex (NPC) is the gate for transport between the cell nucleus and the cytoplasm. Small molecules cross the NPC by passive diffusion, but molecules larger than ∼5 nm must bind to nuclear transport receptors to overcome a selective barrier within the NPC1. Although the structure and shape of the cytoplasmic ring of the NPC are relatively well characterized2, 3, 4, 5, the selective barrier is situated deep within the central channel of the NPC and depends critically on unstructured nuclear pore proteins5, 6, and is therefore not well understood. Here, we show that stiffness topography7 with sharp atomic force microscopy tips can generate nanoscale cross-sections of the NPC. The cross-sections reveal two distinct structures, a cytoplasmic ring and a central plug structure, which are consistent with the three-dimensional NPC structure derived from electron microscopy2, 3, 4, 5. The central plug persists after reactivation of the transport cycle and resultant cargo release, indicating that the plug is an intrinsic part of the NPC barrier. Added nuclear transport receptors accumulate on the intact transport barrier and lead to a homogenization of the barrier stiffness. The observed nanomechanical properties in the NPC indicate the presence of a cohesive barrier to transport and are quantitatively consistent with the presence of a central condensate of nuclear pore proteins in the NPC channel

BOLD ФМРТ КАРТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО ЗНАЧИМЫХ ЗОН КОРЫ У ПАЦИЕНТОВ С ОПУХОЛЯМИ ГОЛОВНОГО МОЗГА С ПРИМЕНЕНИЕМ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Introduction. Preoperative fMRI often shows a reduced BOLD response in the areas located perifocal to brain tumors caused by pathological vasoreactivity as a result of neurovascular uncoupling.The aim of this study was an accurate identification of the eloquent cortical areas near brain tumors by measuring vasoreactivity using the breath holding test.Material and methods. 23 patients with brain tumors located near eloquent cortical areas underwent fMRI mapping of the language and / or motor cortical areas depending on the location of the tumor. Breath hold test was  also included, the design of which coincided with motor and language block paradigms.Results. A statistical dependency between motor, speech tasks and breath-hold BOLD-response was included into the BOLD analysis using coherence. fMRI activation maps generated by this method showed activation in the eloquent areas adjacent to brain tumors which were not detected by the standard analysis. This study shows that neurovascular uncoupling affects the accuracy of BOLD fMRI in brain tumors.Conclusion. The results of fMRI mapping can be partially improved by the incorporating vasoreactivity measurements into a standard analysis.Введение. Предоперационные BOLD фМРТ часто показывают понижение BOLD-ответа, вызванное патологической вазореактивностью вследствие нейроваскулярного разобщения в перифокальных опухолям зонах головного мозга.Цель исследования: разработать алгоритм получения карт BOLD-активации, учитывающий измененную гемодинамику у пациентов с внутримозговыми и внемозговыми опухолями, при сопоставлении карт BOLD-ответа на моторные и речевые задания с/без включения задачи задержки дыхания.Материалы и методы. В исследование включено 23 пациента с опухолями головного мозга, расположенными вблизи функционально значимых зон коры. Всем пациентам осуществлялось фМРТ-картирование речевых и/или двигательных зон коры головного мозга в зависимости от локализации опухоли, а также проводился тест с задержкой дыхания, дизайн которого совпадал с моторными и речевыми блоковыми парадигмами.Результаты. Полученная зависимость между моторными или речевыми заданиями и ответом на задержку дыхания была включена в постобработку данных фМРТ с использованием когерентного анализа. Карты, построенные этим методом, показали клинически значимые области активации, прилегающие к опухолям головного мозга, не выявлявшиеся с помощью стандартного метода анализа.Заключение. Результаты фМРТ-картирования можно частично улучшить включением данных измерения вазореактивности в стандартный анализ

АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ОПТИМИЗАЦИИ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

The authors stress the topicality of both the energy efficiency raising in buildings and structures and the decrease of energy consumption bills. The authors give the operation algorithm of information transducer and of the arrangement interface for temperature sensors and heat-carrier flow rate sensors in the buildings’ energy-saving systems. The article describes the advantages of using wireless information and measuring system with smart temperature sensors.Подчеркивается актуальность повешения эффективности использования энергетических ресурсов в зданиях и сооружениях и снижения платежей за потребленные ресурсы, приводится алгоритм функционирования преобразователя информации и интерфейса согласования датчиков температуры и скорости потока теплоносителя в системах энергосбережения зданий, описывается преимущества использования беспроводной информационно-измерительной системы с интеллектуальными датчиками температур

Navigation systems in neurosurgery

When preparing the review, we analyzed publications available at the Medline database; a total of 1,083 publications related to the review's subject were analyzed. After more careful analysis, we selected 117 publications devoted to the development of neuronavigation in craniocerebral surgery, historical prerequisites of neuronavigation emergence, current trends, and future perspectives of the technique

Wavelet-domain de-noising of OCT images of human brain malignant glioma

We have proposed a wavelet-domain de-noising technique for imaging of human brain malignant glioma by optical coherence tomography (OCT). It implies OCT image decomposition using the direct fast wavelet transform, thresholding of the obtained wavelet spectrum and further inverse fast wavelet transform for image reconstruction. By selecting both wavelet basis and thresholding procedure, we have found an optimal wavelet filter, which application improves differentiation of the considered brain tissue classes – i.e. malignant glioma and normal/intact tissue. Namely, it allows reducing the scattering noise in the OCT images and retaining signal decrement for each tissue class. Therefore, the observed results reveals the wavelet-domain de-noising as a prospective tool for improved characterization of biological tissue using the OCT

Spontaneous Raman spectroscopy for intracranial tumors diagnostics ex vivo

Neurosurgery of intracranial tumors, especially of glial origin, is a non-trivial task due to their infiltrative growth. In recent years, optical methods of intraoperative navigation have been actively used in neurosurgery. However, one of the most widely used approaches based on the selective accumulation of fluorescent contrast medium (5-ALA-induced protoporphyrin IX) by the tumor cannot be applied to a significant number of tumors due to its low accumulation. On the contrary, Raman spectroscopy, which allows analyzing the molecular composition of tissues while preserving all the advantages of the method of fluorescence spectroscopy, does not require the use of an exogenous dye and may become a method of choice when composing a system for intraoperative navigation or optical biopsy. This work presents the first results of using the principal component method to classify Raman spectra of human glioblastoma with intermediate processing of spectra to minimize possible errors from the fluorescence of both endogenous fluorophores and photosensitizers used in fluorescence navigation. As a result, differences were found in the principal component space, corresponding to tissue samples with microcystic components, extensive areas of necrosis, and foci of fresh hemorrhages. It is shown that this approach can serve as the basis for constructing a system for automatic intraoperative tissue classification based on the analysis of Raman spectra

Intraoperative fluorescence diagnostics in surgery of intracranial meningiomas: analysis of 101 cases

n/