Terahertz Imaging and Characterization Protocol for Freshly Excised Breast Cancer Tumors

Dieses Protokoll verwendet Terahertz-Bildgebung und Spektroskopie, um die chirurgischen Ränder von Brusttumoren zu bewerten, mit dem Ziel, den Bedarf an einer zweiten Operation erheblich zu verringern. Terahertz-Bildgebung kann verwendet werden, um krebserkranken und nicht-kanzerösen Geweben basierend auf ihren optischen Eigenschaften in einer nicht-ionisierenden und biologisch sicheren Weise Zuverfahren zu unterscheiden. Diese Technik wurde für die Beurteilung der Brustkrebsmarge entwickelt, ist aber auf andere solide Tumoren anwendbar, die chirurgische Exzision und Margenbewertung erfordern.

Diese Methode ermöglicht die Abbildung des Inneren von FFPE-Gewebeblöcken ohne physikalisches Schneiden, was die Identifizierung von Tumorrändern in jeder tiefen Genauigkeit erleichtert. Dieses Protokoll erfordert die Durchführung kritischer Schritte wie Gewebehandhabung und Stufenausgleich, die ohne visuelle Demonstration schwer zu verstehen sind. Vor der Handhabung des Gewebes Abdeckung Edelstahl Metallschale mit einem Biohazard-Beutel und legen Sie alle entsprechenden Labormaterialien in Reichweite der abgedeckten Schale.

Als nächstes übertragen Sie die frische Tumorprobe in eine Petrischale auf dem Tablett und verwenden Sie die grobe Inspektion, um eine Seite des Tumors auszuwählen, die ausreichend flach ist und wenig Blut und wenig Blutgefäße hat. Platzieren Sie dann die zu bebilderte Seite auf Filterpapier der Stufe 1, um überschüssiges Bedarfsmedium zu entfernen und das Gewebe von Flüssigkeit oder Sekreten zu entfernen, und positionieren Sie den Tumor an einen trockenen Punkt, wenn das Papier gesättigt ist. Während Sie den Tumor fünf Minuten trocknen lassen, legen Sie eine 1,2 Millimeter dicke Polystyrolplatte mit einem Durchmesser von etwa 37 Millimetern auf das Scanfenster und legen Sie das Scanfenster und die Polystyrolplatte auf die Probenstufe des Terahertz-Bildsers.

Klicken Sie im Hauptfenster auf das Fixpunkt-Scan-Symbol, um die Terahertz-Antennen zu aktivieren und das reflektierte Terahertz-Signal von einem einzigen Punkt auf der Polystyrolplatte zu senden und zu empfangen. Klicken Sie auf das Dialogfeld Motorstage. Das Motor Control-Fenster öffnet sich.

Um den reflektierten Impuls aus dem Polystyrol im Hauptfenster zu zentrieren, klicken Sie auf die Pfeile der optischen Verzögerungsachse, um die optische Verzögerungsachse anzupassen. Klicken Sie auf die Schaltfläche Datenerfassungseinstellungen, um das Fenster Datenerfassungseinstellungen dialog zu öffnen und den optischen Verzögerungswert von fünf auf vier Volt zu ändern. Passen Sie die vertikale Position der Scanstufe mit der Mikrometerskala an, bis das Minimum des Sekundärimpulses am stärksten ist, und passen Sie die optische Verzögerung der Achse im Motor Control-Fenster an, um die primäre Reflexion außerhalb des Bereichs des gemessenen reflektierten Signals zu setzen.

Um die Probestufe zu ebnen und das Referenzsignal aufzuzeichnen, klicken Sie auf die Motorsteuerungsdialogtaste, um das Motorsteuerungsfenster zu öffnen und die Motorsteuerungs- und Hauptsoftwarefenster so neu zu positionieren, dass das Zeitbereichssignal beim Einstellen der Motorpositionen sichtbar ist. Um die A-Achse mithilfe der folgenden Schritte im Motorsteuerungsfenster zu nivellieren, ändern Sie den Wert der x-Achse von Null auf negativ 10, und drücken Sie Enter. Die Stufe bewegt sich in die Minus-10-Millimeter-Position der A-Achse und eine Verschiebung der Signalposition wird im Hauptfenster beobachtet.

Verwenden Sie die einstellbare Mikrometerskala, um die minimale Spitze des Signals zurück in die vorherige vertikale Position zu verschieben und den Wert der A-Achse auf plus 10 zu ändern. Klicken Sie auf Enter. Die Stufe bewegt sich in die plus 10 Millimeter Position auf der A-Achse und eine Verschiebung des Signals wird wieder beobachtet.

Beachten Sie, dass die Richtung und der Abstand, in dem sich das Signal von seiner vorherigen Position verschoben hat, und ändern Sie den Wert der A-Achse wieder auf minus 10. Das Signal kehrt in die ursprüngliche vertikale Position zurück. Drehen Sie die Navellierungsschraube auf der A-Achse der Scan-Stufe und verschieben Sie das Signal, um den Abstand in die gleiche Richtung zu verdoppeln, die Bühne bewegte sich von der ursprünglichen Position.

Verwenden Sie das Mikrometer auf der Scan-Stufe, um das Signal wieder in die ursprüngliche Position zu verschieben und die Einstellung zu wiederholen, bis das Signal bei plus 10 und minus 10 in der Spitze gleich ist, da beide Positionen an der ursprünglichen Position fokussiert sind. Sobald die Nivellierung der A-Achse erreicht wurde, ändern Sie den Wert der A-Achse auf Null, und wiederholen Sie das gleiche Verfahren für die B-Achse. Sobald beide Achsen eingeebnet sind, kehren Sie sowohl die A- als auch die B-Achse auf null Millimeter zurück, schließen Sie das Motorsteuerungsfenster ein, und überprüfen Sie dann, ob sich das Signal in seiner ursprünglichen Position befindet, falls es sich etwas verschoben hat.

Um dieses Signal als Referenz im Fenster Datenerfassungseigenschaften aufzuzeichnen, ändern Sie den Mittelwert auf fünf, und belassen Sie alle anderen Parameter bei den Standardeinstellungen. Klicken Sie dann auf eine neue Referenz. Der Mittelwertzähler wird von null bis 20 gezählt.

Sobald der Zähler 20 erreicht hat, ändern Sie den Mittelwert in 1, und klicken Sie auf OK. Das reflektierte Signal des Polystyrols wird als Referenz für alle nachfolgenden Scans gespeichert. Wenn alle Parameter festgelegt sind, übertragen Sie das Bildgebungsfenster von der Scanphase auf den Gewebebehandlungsbereich und montieren Sie den Tumor auf die Polystyrolplatte. Entfernen Sie alle Luftblasen innerhalb des Tumors mit einer Pinzette oder rollen Sie die Probe vorsichtig auf das Polystyrol, bis die Luftspalten minimiert sind.

Platzieren Sie absorptive Abstandshalter in regelmäßigen Abständen um die Testprobe und platzieren Sie eine weitere Polystyrolplatte über dem Tumor. Drücken Sie die Tumoroberfläche vorsichtig so flach wie möglich und verjüngen Sie die Tumor- und Polystyrolplattenanordnung im Probenfenster. Eine flache Gewebeoberfläche und ein guter Kontakt mit der Polystyrolplatte sind entscheidend, da Luftblasen, überschüssige Flüssigkeit und eine unebene Oberfläche die Tumorgewebe-Bildgebung ruinieren können.

Drehen Sie das Probenfenster und machen Sie Fotos von dem Tumor, um eine Aufzeichnung seiner Ausrichtung zu halten. Kehren Sie das Beispielfenster zur Scanphase zurück, und klicken Sie auf die Dialogschaltfläche bildparameter, um das Fenster der Bildaufnahmeparameter zu öffnen. Legen Sie die Werte der Achse ein Minimum, Achse ein Maximum, Achse zwei Minimum und Achse zwei maximal fest, um die Position des Tumors im Bildfenster vollständig einzuschließen.

Legen Sie die Achse für den Bildscan um einen Schritt und die Achse zwei Schritte auf 0,2 Millimeter fest. Wählen Sie dann im Menü Messen Flyback 2D-Scan aus und erstellen Sie einen Ordner und Dateinamen, unter dem die Scandaten im Pop-up-Fenster gespeichert werden sollen. In dieser Analyse wurde ein infiltrierendes duktales Karzinom der Klasse eins bis zwei einer 49-jährigen Frau über eine Operation der linken Brust-Lumpektomie untersucht.

Bei der Korrelation des Terahertz-Bildes mit dem Pathologiebild war klar, dass die Krebsregion eine höhere Reflexion aufwies als die Fettregion. Die tomographische Bildgebung zeigte, dass mit zunehmender Frequenz die berechneten Absorptionskoeffizientenwerte für den Krebs in Fettpixeln zunahmen, wobei die Krebspixel höhere Werte zeigten als das Fett bei beiden Frequenzen. Im Gegensatz dazu verringerte sich der Brechungsindex beider Gewebe mit zunehmender Häufigkeit.

Die Transmissionsspektroskopie-Analyse desselben Tumors zeigt eine gute Übereinstimmung für den Frequenzbereich sowohl des extrahierten Absorptionskoeffizienten als auch des Brechungsindexes für beide aus dem Tumor extrahierten Abschnitte. Beachten Sie, dass eine unzureichende Handhabung des Gewebes zu irreführenden bildgebenden Ergebnissen führen kann, was beispielsweise zu einer größeren Krebserkrankung im Tumor aufgrund des Vorhandenseins überschüssiger Flüssigkeit in der nicht riedierten Tumorprobe führt. Zusätzliche Charakterisierung kann auf den Terahertz-Bilddaten durchgeführt werden, um Informationen über die frequenzabhängigen Eigenschaften des Gewebes zu erhalten, und statistische Analysen können für die automatisierte Bildsegmentierung durchgeführt werden.

Diese Technik hat zur Entwicklung von bildgebenden und spektroskopienden Algorithmen zur Untersuchung der Signaturen von duktalem Karzinom in situ geführt, um minderwertige Tumoren von tödlichen hochgradigen Tumoren zu unterscheiden. Denken Sie daran, um Krebsgewebe und die Formalin-Lösung mit Vorsicht zu behandeln und dass alle Systemelemente oder Werkzeuge, die das Tumorgewebe kontaktieren, entsprechend gereinigt oder entsorgt werden müssen.