Optical Frequency Domain Imaging der

Die endobronchiale OCT oder OFDI wird mithilfe dünner, flexibler Katheter durchgeführt, die mit Standard-Zugangsports eines Bronchoskops kompatibel sind. Das Bronchoskop wird innerhalb des tracheobronchialen Baums bis zum gewünschten Bronchialabschnitt vorgeschoben. Anschließend wird der OFDI-Katheter durch den Arbeitskanal des Bronchoskops in den Bronchialabschnitt vorgeschoben, um Bilder aufzunehmen.

Der innere optische Kern des OFDI-Katheters wird innerhalb der äußeren transparenten Hülle gedreht und gleichzeitig zurückgezogen, um dreidimensionale OFDI-Daten zu erzeugen. Ein nadelförmiger OFDI-Katheter wurde vom Sudor-Labor am Massachusetts General Hospital entwickelt und ist kompatibel mit Standard-Transbronchialnadeln, die routinemäßig zur Entnahme von Proben aus peripheren Massen verwendet werden. Das Bronchoskop wird innerhalb der Atemwege bis zur Zielmasse vorgeschoben.

Wenn der OFDI-Katheter sicher in die transbronchiale Nadel zurückgezogen ist, wird die Nadel in die Masse eingeführt. Anschließend wird die Nadel zurückgezogen, wobei der OFDI-Katheter an Ort und Stelle verbleibt. Wie beim endobronchialen OFDI wird der innere optische Kern des transbronchialen OFDI-Katheters innerhalb der äußeren transparenten Hülle gedreht und gleichzeitig zurückgezogen, um eine dreidimensionale OFDI-Aufnahme zu erzeugen.

Die in vivo gewonnenen histopathologischen Gegenstücke bestehen lediglich aus kleinen Biopsieproben, die schwer mit umfangreichen OFDI-Datensätzen zu korrelieren sind. Daher lassen sich spezifische bildgebende Merkmale der Lungenerkrankung im in-vivo-Setting nur schwer entwickeln. Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls besteht darin, exakt übereinstimmende, eins-zu-eins-Korrelationen zwischen OFDI und Histologie an ex-vivo-Gewebe zu erhalten, was entscheidend ist, um die in der OFDI beobachteten Merkmale präzise anhand der Histologie als Goldstandard zu bewerten.

Nachdem spezifische bildgebende Kriterien ex vivo mit einer eins-zu-eins-korrespondierenden Histologie entwickelt und validiert wurden, können diese Kriterien anschließend auf in-vivo-Bildgebungsstudien angewendet werden. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass eine direkte Korrelation zwischen Bildgebung und Histologie ermöglicht wird, wodurch die Interpretation bildgebender Merkmale verbessert wird. Um das System für die optische Frequenzbereichsbildgebung oder OFDI für das Experiment vorzubereiten, schalten Sie zuerst das Bildgebungssystem ein und stellen anschließend geeignete Bildgebungseinstellungen ein und dokumentieren diese.

Schließen Sie den Katheter an die Drehverbindung und die Rückzugsvorrichtung an. Dieser speziell angefertigte Katheter hat einen Durchmesser von 0,8 Millimetern. Drehen Sie den Katheter und überprüfen Sie die Bildqualität, indem Sie mit einer behandschuhten Fingerspitze sicherstellen, dass ein scharfes Bild vorhanden ist und das Signal-Rausch-Verhältnis ausreichend ist.

Um mit dem Verfahren zur Gewebepräparation zu beginnen, legen Sie eine handliche, entsorgbare absorbierende Unterlage auf die Arbeitsfläche und platzieren Sie die Lungenprobe auf der Unterlage. Aufgrund von Terminschwierigkeiten bei der Gewinnung von Gewebe von Patienten wird Schweinegewebe verwendet. In dieser Videodemonstration.

Identifizieren Sie die bronchiale Atemwegsstruktur, die am Hilus in das Resektionspräparat eintritt. Entfernen Sie mit einer Spritzenkanüle jeglichen sichtbaren Schleim aus dem Atemweg. Tasten Sie die äußere Oberfläche des Präparats ab, um einen Atemweg oder die interessierende Läsion zu identifizieren.

Öffnen Sie die Atemwege entlang der Sonde, bis die Läsion unter der Atemwegsschleimhaut mit einem Wattestäbchen sichtbar oder tastbar ist. Entfernen Sie vorsichtig Blut oder Schleim von der Atemwegsschleimhaut über der Läsion. Platziern Sie den OFDI-Katheter über der Atemwegsschleimhaut und gewinnen Sie ein Bild.

Dies dient dazu, zu bestätigen, dass sich die Läsion unterhalb der Atemwegsschleimhaut befindet, und um eine hochwertige bildgebende Region von Interesse für die histologische Korrelation zu identifizieren. Nach der Auswahl des Bereichs von Interesse in den Atemwegen wählen Sie zwei Punkte im Gewebe entlang der gewünschten Bildgebungslinie aus. In diesem Beispiel werden die Punkte parallel zur longitudinalen Ausrichtung der Atemwege gesetzt.

Die Sichtbarmachung der Farbmarkierungen sowohl in der OFDI als auch in der Histologie kann schwierig sein, weshalb wir sowohl Nadelmarkierungen als auch Farbe verwenden, um die Markierungen bei beiden Verfahren erkennen zu können. Sobald die beiden Punkte ausgewählt sind, tauchen Sie eine feine Hohlnadel mit offener Spitze vorsichtig in die Gewebefarbe ein und wischen Sie überschüssige Farbe mit Mull vom äußeren Nadelbereich ab, sodass sich die Gewebefarbe nur innerhalb der Nadelspitze befindet. Stechen Sie dann senkrecht zur Atemwegsschleimhaut am gewählten Punkt entlang der Bildgebungslinie in das Gewebe. Markieren Sie auf dieselbe Weise den zweiten Punkt an der Atemwegsschleimhaut und stellen Sie sicher, dass der zweite Punkt nicht mehr als 1,5 Zentimeter vom ersten Punkt entfernt ist.

Wenn die Tinte über die Schleimhautoberfläche weg von der Einstichstelle läuft, verwenden Sie einen mit Watte abgeschlossenen Applikator, um überschüssige Tinte vorsichtig zu entfernen. Abhängig vom gewünschten Ergebnis können die beiden Punkte auch parallel zur zirkumferentiellen Ausrichtung der Atemwege gesetzt werden, wie hier gezeigt. Um das Gewebe abzubilden, platzieren Sie den OFDI-Katheter über jede Tintenmarkierung und nehmen Sie eine Aufnahme auf, um sicherzustellen, dass die Markierungen auf der OFDI sichtbar sind.

Die Markierungen sollten als fokale Störungen innerhalb der Gewebestruktur erscheinen, mit darüberliegenden stark streuenden Partikeln und einer darunterliegenden schnellen Signalabschwächung, was den Tintenpartikeln an der Einstichstelle entspricht. In diesem OFDI-Bild der Schweineluftwegen sind beide Tintenmarkierungen mit einem Sternchen gekennzeichnet. Platziere den Katheter parallel zu den beiden Tintenmarkierungen auf der Schleimhautoberfläche der Atemwege, sodass die Katheteroptik das Gewebe jenseits der ersten Tintenmarkierung überdeckt.

Fahren Sie mit der Aufnahme einer OFDI-Pullback-Ansicht fort, und überprüfen Sie die OFDI-Pullback-Bilder, um sicherzustellen, dass beide Tintenmarkierungen in der Bildgebung sichtbar sind, und prüfen Sie vor der Gewebegewinnung auf Bewegungsartefakte. Setzen Sie einen grünen Tintenpunkt 0,3 Zentimeter entfernt von der Tintenmarkierung auf das Atemwegsschleimhautgewebe, die zuerst in der bildgebenden Pullback-Ansicht erscheint. Dies dient der Orientierung des Beginns der Bildgebungsaufnahme.

Entfernen Sie nun das Gewebe, das die beiden schwarzen Tintenmarkierungen und die grüne Tintenmarkierung umgibt. Schneiden Sie das Gewebe so zurecht, dass es in eine Standard-Histologiekassette passt. Legen Sie das Gewebe in eine Histologiekassette und fixieren Sie es mindestens 48 Stunden lang in 10 % Formalin.

Anschließend wird das Gewebe wie im Protokolltext beschrieben verarbeitet. Ein repräsentatives Ergebnis der OFDI wird durch diese In-vivo-Bilder gezeigt, die von der Luftwegen eines Schweins unter mechanischer Beatmung aufgenommen wurden. Abbildung A ist ein OFDI-Querschnitt der proximalen Atemwege und Abbildung B ein OFDI-Querschnitt der distalen Atemwege.

Panel E zeigt einen OFDI-Längsschnitt der Atemwege, wobei proximal links und distal rechts liegt. Panel C ist eine Aufnahme des rot hervorgehobenen Bereichs aus Panel E mit höherer Vergrößerung. Panel D ist eine Aufnahme des grün hervorgehobenen Bereichs aus Panel E mit höherer Vergrößerung. Der Katheterdurchmesser beträgt 0,8 Millimeter, und die Teilstriche entsprechen 0,5-Millimeter-Schritten. Obwohl verschiedene Schichten der Atemwegswand und alveoläre Anhänge in den OFDI-Bildern erkennbar sind, ist es schwierig, die anatomischen Entsprechungen der OFDI-Signale präzise zu interpretieren, ohne direkt registrierte Histologie. E kennzeichnet das Epithel, lp die Lamina propria, SM die Submukosa, C den Knorpel und a die alveolären Anhänge.

Mithilfe des hier demonstrierten Protokolls wird eine genaue Korrelation zwischen OFDI und Histologie erreicht. Dieses OFDI-Bild einer Schweineluftstraße zeigt eine präzise Übereinstimmung mit der Histologie von Gewebeschnitten, die mit H und E oderme gefärbt wurden. Die Sternchen markieren die schwarzen Tintenmarkierungen, die auf dem respiratorischen Epithel sichtbar sind.

Die Schichtung der Atemwege ist in den H- und E- sowie Tri-RME-Färbungen sichtbar. Hier wird eine Ansicht der OFDI-Aufnahme mit höherer Vergrößerung gezeigt, zusammen mit der entsprechenden Histologie, die mit H und E sowie Tri RME gefärbt ist. E kennzeichnet das respiratorische Epithel, EL das dichte Kollagen- und elastische Gewebe, SM die glatte Muskulatur C. Die Knorpelringe G, das Speicheldrüsengewebe und D, der Speichelductus, der in das Epithel eintritt. Glatte Muskulatur erscheint als diskontinuierliche, verstreute Fasern und ist daher in der OFDI nicht identifizierbar.

Auf ähnliche Weise wird an menschlichem Atemwegsgewebe eine exakte Korrelation zwischen OFDI und Histologie demonstriert. In diesem OFDI-Bild des menschlichen proximalen Atemwegs sind beide Tinte-Markierungen sichtbar und durch einen Sternchen markiert. Es besteht eine präzise Übereinstimmung mit der Histologie von Gewebeschnitten, die mit H und E sowie Trichrom gefärbt wurden, und zwar in der H-und-E-Färbung.

Die schwarzen Tintenmarkierungen sind auf dem Atemepithel sichtbar, das durch einen Stern (*) gekennzeichnet ist; vergrößerte Ansichten des OFDI-Bildes und der entsprechenden Histologie werden gezeigt. Die mit H und E sowie TriCHRO gefärbten Proben sind in den Einzelbildern dargestellt. E kennzeichnet das Atemepithel, lp die Lamina propria, G das Speicheldrüsengewebe, C die Knorpelringe und pc das Perichondrium in der menschlichen Atemwegswand.

Es ist eine typische Schichtung erkennbar. In das lockere Bindegewebe sind in den Abbildungen C und F rote, glatte Muskelanteile eingelagert, die jedoch kein durchgängiges Band bilden und daher in der OFDI nicht als eigenständige Schicht sichtbar sind. Diese beiden Bilder zeigen die OFDI-Ergebnisse eines menschlichen distalen Atemwegs sowie die exakt korrelierte histologische Aufnahme im H- und D-Färbung.

Die schwarzen Tintenmarkierungen, die auf dem respiratorischen Epithel sichtbar sind, werden durch einen Stern (*) gekennzeichnet; alveoläre Anhänge, die durch einen Buchstaben a markiert sind, sind als signallintensive, gitterartige Alveolarwände mit signalfreien Alveolarräumen sichtbar. Vaskuläre Räume innerhalb der Lamina propria sind ebenfalls als signalfreie Strukturen mit darunterliegender leichter Abschattung, durch Pfeile gekennzeichnet, sichtbar. E ist das Epithel und LP ist die Lamina propria.

Die hohen Aufnahmegeschwindigkeiten, die der OFDI inhärent sind, ermöglichen die Abbildung großer Bereiche. Die Daten können sowohl im Querschnitt als auch im Längsschnitt betrachtet werden, um zusätzliche architektonische Informationen über das Gewebe zu erhalten. Sobald mit dieser Technik bildgebende Merkmale etabliert wurden, können diese verwendet werden, um Bildgebungsregionen zu interpretieren, für die keine korrespondierende Histologie vorliegt.

Diese Technik bietet eine Methode, bildgebende Merkmale mit direkt registrierter Histologie zu interpretieren. Obwohl diese Technik anhand der OFDI und von Lungengewebe demonstriert wurde, kann sie auf zahlreiche bildgebende Verfahren und Gewebetypen angewendet werden. Sobald die bildgebenden Merkmale von normalem und krankem Gewebe mit dieser Technik etabliert wurden, können diese anschließend zur Interpretation von In-vivo-Bildern verwendet werden, bei denen eine direkt korrelierte Histologie möglicherweise nicht verfügbar ist.