הדמיה אופטית של תחום תדר
22 בינואר 2013
שיטה לתמונה Vivo לשעבר דגימות ריאת כריתה עם תדר אופטית תחום הדמיה (OFDI) ולהשיג מתאם מדויק ליסטולוגיה מתוארות, שהוא חיוני לפיתוח קריטריוני פרשנות OFDI ספציפיים לפתולוגיה ריאתית. שיטה זו ישימה לסוגי רקמות אחרים וטכניקות הדמיה כדי להשיג הדמיה מדויקת למתאם היסטולוגיה לפרשנות תמונה מדויקת והערכה. קריטריוני הדמיה מבוססות עם טכניקה זו היו אז להיות ישימים להערכת תמונה בעתיד In vivo מחקרים.
בדיקת OCT או OFDI אנדוברונכיאלית מבוצעת באמצעות קטטרים גמישים ודקים, התואמים לפתחי הגישה הסטנדרטיים של הברונכוסקופ. הברונכוסקופ מובא קדימה בתוך עץ הסימפונות והקנה עד לנתיב האוויר הרצוי. לאחר מכן, קטטר ה-OFDI מובא קדימה אל נתיב האוויר דרך תעלת העבודה של הברונכוסקופ כדי לאסוף תמונות.
הליבה האופטית הפנימית של קטטר ה-OFDI מסובבת ובמקביל נמשכת לאחור בתוך המעטפת השקופה החיצונית כדי להפיק נתוני OFDI תלת-ממדיים. קטטר OFDI מבוסס מחט פותח במעבדת Sudor בבית החולים הכללי של מסצ'וסטס, והוא תואם למחטים טרנס-ברונכיאליות סטנדרטיות המשמשות באופן שגרתי לדגימה של מסות פריפריאליות. הברונכוסקופ מוקדם בתוך דרכי הנשימה עד למסה המיועדת.
כאשר קטטר ה-OFDI נסוג בבטחה אל תוך המחט הטרנס-ברונכיאלית, מוחדרת המחט אל תוך המסה. לאחר מכן המחט נסוגה, מה שמותיר את קטטר ה-OFDI במקומו. בדומה ל-Endobronchial OFDI, הגלעין האופטי הפנימי של קטטר ה-Transbronchial OFDI מסובב ובמקביל נמשך לאחור בתוך המעטפת השקופה החיצונית כדי ליצור OFDI תלת-ממדי.
נתוני מקבילות היסטופתולוגיות שהושגו in vivo מורכבים מביופסיות קטנות בלבד, שקשה להקרין אותן על מערכי נתונים גדולים של OFDI. כתוצאה מכך, לא ניתן לפתח בקלות מאפייני דימות ספציפיים של פתולוגיה ריאתית במסגרת in vivo. המטרה הכוללת של פרוטוקול זה היא להשיג מתאמי OFDI והיסטולוגיה מדויקים של אחד-לאחד עם רקמה ex vivo, דבר החיוני להערכה מדויקת של המאפיינים הנראים ב-OFDI אל מול היסטולוגיה כסטנדרט הזהב.
לאחר שקריטריוני דימות ספציפיים פותחו ותוקפו ex vivo באמצעות היסטולוגיה תואמת באופן של אחד-לאחד, ניתן להחיל את הקריטריונים על מחקרי דימות in vivo. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת קורלציה ישירה בין הדימות להיסטולוגיה, דבר המשפר את פרשנות מאפייני התמונה. כדי להכין את מערכת הדימות בתחום התדר האופטי (OFDI) לניסוי, ראשית הפעילו את מערכת הדימות ולאחר מכן הגדירו ורשמו את פרמטרי הדימות המתאימים.
חבר את הקטטר למחבר הסיבובי ולמכשיר המשיכה. לקטטר המותאם אישית זה יש קוטר של 0.8 millimeters. סובב את הקטטר ובדוק את איכות התמונה באמצעות קצה אצבע עם כפפה, כדי לוודא שהתמונה ממוקדת ושיחס signal to noise ratio הוא הולם.
כדי להתחיל בהליך הכנת הרקמה, הניחו פד סופג חד-פעמי לשולחן העבודה על משטח העבודה והניחו את דגימת הריאה על הפד. בשל קשיים בתיאום להשגת רקמות ממטופלים, ייעשה שימוש ברקמה של חזיר בהדגמה בווידאו זה.
זהו את דרכי הנשימה הברונכיאליות הנכנסות לדגימת הכריתה בטריומה (hilum). בעזרת פיית מזרק, הסר רבב (mucus) נראה מתוך דרכי הנשימה. בצע מישוש של פני השטח החיצוניים של הדגימה כדי לזהות דרכי נשימה או את הנגע המבוקש.
פתחו את דרכי הנשימה לאורך הגשש עד שהנגע המדובר נראה לעין או ניתן למישוש תחת רירית דרכי הנשימה באמצעות מקלון צמר. הסירו בזהירות דם או ריר מרירית דרכי הנשימה המכסה את הנגע. מקמו את קטטר ה-OFDI מעל רירית דרכי הנשימה והשיגו תמונה.
פעולה זו נועדה לאשר כי הנגע נמצא מתחת לרירית דרכי הנשימה ולזהות אזור עניין בדימות באיכות גבוהה לצורך קורלציה היסטולוגית. לאחר בחירת אזור העניין בדרכי הנשימה, בחרו שתי נקודות ברקמה לאורך קו הדימות הרצוי. בדוגמה זו, הנקודות ייבחרו במקביל להיבט האורך של דרכי הנשימה.
הפיכת סימוני הדיו לנראים הן ב-OFDI והן בהיסטולוגיה עלולה להיות מאתגרת, וזו הסיבה לכך שאנו משתמשים הן בסימוני מחט והן בדיו, על מנת לראות את הסימונים בשתי הטכניקות. לאחר בחירת שתי הנקודות, טבלו מחט בעלת חור פתוח וקצה דק בצבע לסימון רקמות, נגבו בזהירות את עודפי הדיו מהחלק החיצוני של המחט באמצעות גזה, כך שיישאר צבע לסימון רקמות רק בתוך חור המחט, ודקרו את הרקמה בניצב לרירית דרכי הנשימה בנקודה שנבחרה לאורך קו ההדמיה. באותה דרך, סמנו את הנקודה השנייה על רירית דרכי הנשימה, תוך וידוא שהנקודה השנייה אינה רחוקה יותר מ-1.5 סנטימטרים מהנקודה הראשונה.
אם הדיו נשפך על פני השטח של הרירית הרחק מאתר הדקירה, השתמש במקלון צמרon כדי להסיר בזהירות את עודפי הדיו. בהתאם לתוצאות הרצויות, ניתן לסמן את שתי הנקודות גם במקביל להיקף של דרכי הנשימה, כפי שמוצג כאן. כדי לדגם את הרקמה, הנח את קטטר ה-OFDI מעל כל סימון דיו ובצע דגימה כדי לוודא שהסימונים נראים ב-OFDI.
סימונים צריכים להופיע כשיבושים מוקדיים בתוך מבנה הרקמה, עם חלקיקים בעלי פיזור גבוה מעליהם וניחות אות מהיר מתחתיהם, מה שמתאים לחלקיקי הדיו בתוך אתר הדקירה. בתמונת OFDI זו של דרכי הנשימה של חזיר, שני סימוני הדיו מסומנים בכוכבית. מקמו את הקטטר במקביל לשני סימוני הדיו על פני השטח של רירית דרכי הנשימה, כך שהאופטיקה של הקטטר תכסה את הרקמה שמעבר לסימון הדיו הראשון.
המשיכו בביצוע סריקת OFDI pullback וסייעו לבחינת תמונות ה-OFDI pullback כדי לוודא ששני סימוני הדיו נראים בדימות וכדי לבדוק אם קיימים ארטיפקטים של תנועה לפני איסוף הרקמה. הניחו נקודת דיו ירוקה על רקמת הרירית של דרכי הנשימה במרחק של 0.3 סנטימטרים מסימון הדיו שהופיע ראשון בסריקת ה-pullback. פעולה זו נועדה להגדיר את נקודת ההתחלה של סריקת הדימות.
כעת הסר את הרקמה המקיפה את שני סימוני הדיו השחור ואת סימון הדיו הירוק. קצץ את הרקמה כדי שתוכל להיכנס לקסטה סטנדרטית לעיבוד היסטולוגי. הנח את הרקמה בקסטה לעיבוד היסטולוגי וקבע ב-10% formalin למשך 48 שעות לפחות.
בהמשך, הרקמה מעובדת כפי שמתואר בטקסט של הפרוטוקול. תוצאה מייצגת של OFDI מודגמת בתמונות in vivo אלו שהתקבלו מדרכי הנשימה של חזיר תחת הנשמה מכנית. פאנל A הוא חתך רוחב של OFDI של דרכי הנשימה הפרוקסימליות, ופאנל B הוא חתך רוחב של OFDI של דרכי הנשימה הדיסטליות.
פאנל E הוא חתך אורך של דרכי הנשימה ב-OFDI, כאשר החלק הפרוקסימלי מופיע משמאל והדיסטלי מימין; פאנל C הוא הגדלה של האזור המסומן באדום מפאנל E. פאנל D הוא תמונת הגדלה של האזור המסומן בירוק מפאנל E. קוטר הקטטר הוא 0.8 millimeters וסימני המדידה מייצגים קפיצות של 0.5 millimeter. למרות שניתן להבחין בשכבות שונות של דופן דרכי הנשימה ובחיבורים אלבאולריים בתמונות ה-OFDI, קשה לפרש במדויק את המתאם האנטומי של אותות ה-OFDI ללא היסטולוגיה רשומה ישירות. E מציין את האפיתל, lp את ה-lamina propria, SM את הסוב-מוקוזה, C את הסחוס, ו-a את החיבורים האלבאולריים.
באמצעות הפרוטוקול המוצג כאן, מושג מתאם מדויק בין OFDI לבין היסטולוגיה. תמונת OFDI זו של דרכי נשימה של חזיר מראה מתאם מדויק עם היסטולוגיה של חתכי רקמה שנצבעו ב-H and E orme. הכוכביות מציינות את סימני הדיו השחורה הנראים על אפיתל הנשימה.
ניתן לדמיין את השכבות של דרכי הנשימה בצביעות H and e ו-tri RME. תצוגה בהגדלה גבוהה יותר של תמונת ה-OFDI מוצגת כאן עם היסטולוגיה תואמת שנצבעה ב-h and e ו-tri rme; E מציין את אפיתל הנשימה, el את רקמות הקולגן והאלסטין הצפופות, SM את השריר החלק, C את טבעות הסחוס, G את רקמת בלוטת הרוק, ו-D את צינור הרוק הנכנס לאפיתל. השריר החלק מופיע כסיבים מקוטעים ומפוזרים, ולכן אינו ניתן לזיהוי ב-OFDI.
באופן דומה, באמצעות סימון רקמה, מודגמת התאמה מדויקת בין OFDI להיסטולוגיה בדרכי הנשימה של בני אדם. בתמונת OFDI זו של דרכי הנשימה הפרוקסימליות של בני אדם, שני סימוני הדיו נראים ומסומנים בכוכבית. קיימת התאמה מדויקת להיסטולוגיה של חתכי רקמה שנצבעו ב-h and e וב-tri chrome בצביעת ה-H and e.
סימני הדיו השחור נראים על האפיתל הנשימתי המסומן בכוכבית בתצוגות בהגדלה גבוהה יותר של תמונת ה-OFDI וההיסטולוגיה התואמת. צביעות h and e ו-tri CHRO מוצגות בתמונות המובאות בתוך התמונה (inset). E מציין את האפיתל הנשימתי, lp את הלמינה פרופריה (Lamin propria), G את רקמת בלוטת הרוק, C את טבעות הסחוס, ו-pc את הפריכונדריום (perichondrium) בדרכי הנשימה האנושיות.
ניתן להבחין בשכבות טיפוסיות. בתוך הרקמה החיבורית הרפויה משובצים פלטים של שריר חלק הצבועים באדום, כפי שמוצג בפנלים C ו-F, אשר אינם יוצרים רצועה רציפה ולכן אינם נראים כשכבה נבדלת ב-OFDI. שתי תמונות אלו מציגות את תוצאות ה-OFDI של דרכי נשימה רחוקות (distal airway) אנושיות ואת ההיסטולוגיה התואמת להן במדויק ב-h ו-d.
סימני הדיו השחור הנראים על האפיתל הנשימתי מסומנים בנכוכיות (*), וחיבורי האלבאולים מסומנים ב-a ונראים כדפנות אלבאוליות דמויות סריג בעלות עוצמת אות גבוהה עם חללי אלבאולים נטולי אות. חללים וסקולריים בתוך הלמינה פרופריה נראים גם הם כמבנים נטולי אות עם הצללה קלה מתחתיהם המסומנת בחצים. E הוא האפיתל ו-LP היא הלמינה פרופריה.
קצבי הרכישה המהירים המובנים ב-OFDI מאפשרים דימות של שטחים נרחבים. ניתן לצפות בנתונים הן בהיבט החתך הרוחבי והן בהיבט האורכי כדי לספק מידע ארכיטקטוני נוסף על הרקמה. לאחר שמאפייני דימות פותחו באמצעות טכניקה זו, ניתן להשתמש במאפייני הדימות כדי לפרש אזורי דימות שאין עבורם היסטולוגיה תואמת.
טכניקה זו מספקת שיטה לפירוש מאפייני דימות באמצעות היסטולוגיה שנרשמה באופן ישיר. למרות שטכניקה זו הודגמה באמצעות OFDI ורקמת ריאה, ניתן להחיל אותה על טכניקות דימות וסוגי רקמות רבים. ברגע שמאפייני הדימות של רקמה נורמלית ורקמה חולה נקבעו באמצעות טכניקה זו, ניתן להחיל את מאפייני הדימות על פירוש תמונות in vivo, שבהן ייתכן והיסטולוגיה במתאם ישיר אינה זמינה.
סקירה כללית
מאמר זה מתאר שיטה לדימות של דגימות כריתה ריאתיות ex vivo באמצעות דימות בתחום התדר האופטי (OFDI) והצלבת תמונות אלו עם היסטולוגיה. טכניקה זו חיונית לפיתוח קריטריונים ספציפיים לפירוש נתוני OFDI עבור פתולוגיה ריאתית, וניתן ליישמה על סוגי רקמות שונים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- פתולוגיה
- דימות רפואי
רקע
- טכנולוגיית OFDI מאפשרת דימות מפורט של רקמות ריאה.
- מתאם היסטולוגי הוא חיוני עבור פירוש מדויק של הדימויים.
- שיטות דימוי in vivo קיימות נתקלות באתגרים בהקבלה של דגימות ביופסיה קטנות למערכי נתוני דימוי גדולים יותר.
- מחקר זה נועד לבסס שיטה מהימנה למתאם בין OFDI להיסטולוגיה.
מטרת המחקר
- להשגת מתאמים מדויקים של אחד-לאחד בין תמונות OFDI להיסטולוגיה.
- לשיפור הפרשנות של מאפייני דימוי בפתולוגיה ריאתית.
- לפיתוח קריטריונים של דימוי שניתן יהיה ליישם במחקרי in vivo עתידיים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- שימוש בקטטרים גמישים ודקים מסוג OFDI לצורך דימות.
- הכנת דגימות ריאה לדימות ולניתוח היסטולוגי.
- סימון רקמות להשגת קורלציה מדויקת בין הדימות להיסטולוגיה.
- איסוף נתוני OFDI תלת-ממדיים מהדגימות.
תוצאות עיקריות
- דימות מוצלח של נגעים ריאתיים עם מתאם ברור למאפיינים היסטולוגיים.
- הדגמה של הטכניקה באמצעות שימוש ברקמת חזיר כמודל.
- קביעת קריטריונים לדימות שניתן יהיה לתקף במחקרים עתידיים.
- הבנה משופרת של מאפייני דימות הקשורים לפתולוגיה ריאתית.
מסקנות
- טכניקת ה-OFDI מספקת שיטה מהימנה להקשר בין דימות להיסטולוגיה.
- ההקשר הזה חיוני להערכה ופירוש מדויקים של פתולוגיה ריאתית.
- יישומים עתידיים של שיטה זו עשויים לשפר מחקרי דימות in vivo.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
ביסוס מתאם מדויק של אחד-לאחד בין דימות אופטי להיסטולוגיה נותן מענה לפער קריטי בתיקוף של מטרות בפתולוגיה ריאתית, שבה דגימות ביופסיה מוגבלות מקשות על הפחתת סיכונים מכניסטיים. שיטה זו מאפשרת ביטחון חיזוי בביומרקרים של דימות על ידי אספקת קריטריונים מבוססי-היסטולוגיה לפירוש אותות OFDI ברקמת ריאה. הגישה תומכת ברציפות תרגומית משלב הגילוי להערכה פרה-קלינית על ידי ביסוס רישום אמין של דימות-היסטולוגיה לצורך פיתוח בדיקות בהמשך התהליך.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות באמצעות מתאם ישיר בין מאפיינים מיקרו-מבניים ב-OFDI לבין תוצאות הסטנדרט המוזהב של הפתולוגיה ההיסטולוגית.
- ערך תפעולי: מספק נהלי סימון והכוונה של רקמות הניתנים לשחזור, לצורך יישור עקבי בין הדימות להיסטולוגיה במגוון דגימות.
- ערך ניבוי: תומך בתיקוף של סמנים ביולוגיים (biomarkers) על ידי קביעת קריטריוני דימות המשקפים את הפתולוגיה הבסיסית של המחלה בדגימות כריתה.
סריקה ופיתוח בדיקות (Assay)
- ערך מדעי: יוצר נתוני OFDI כמותיים עם רזולוציית עומק, הרשומים להיסטולוגיה, לצורך סטנדרטיזציה של הבדיקה והערכת השחזוריות.
- ערך תפעולי: יוצר מערכות דימוי ביולוגיות מתוקפות המתאימות לתהליכי סריקה בעתירות תוכן הדורשים אישור היסטולוגי.
- ערך הפלטפורמה: מאפשר פרוטוקולי דימוי ניתנים להרחבה ולשימוש חוזר, הישמימים לסוגי רקמות מרובים מעבר לדגימות ריאה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מקל על מידול מערכות רלוונטי למחלה על ידי קישור מאפייני דימות עם נקודות סיום היסטופתולוגיות במודלים של סרטן ריאה ex vivo.
- ערך תפעולי: מבטיח המשכיות תרגומית באמצעות אספקת קריטריוני דימות המהושלים היסטולוגית והישימים למחקרים in vivo.
- הפחתת סיכונים: מפחית עמימות מכניסטית בקבלת החלטות פרה-קליניות באמצעות רישום ישיר של דימות-היסטולוגיה.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד
השיטה משתלבת ברצף הגילוי על ידי מתן אפשרות להדמיה המאוששת היסטולוגית לצורך תיקוף מטרות, מוכנות של הבדיקה והמשכיות פרה-קלינית, ובכך היא תומכת בהחלטות go/no-go בשלבים מוקדמים של פיתוח תרפיה ריאתית.
- ביולוגיית גילוי: תומכת בבדיקת היפותזות ובבירור מסלולים באמצעות קורלציה מדויקת של אותות OFDI עם הארכיטקטורה ההיסטולוגית של הרקמה.
- סריקה: מספקת פלטי דימות הניתנים לשחזור ומוכנים לבדיקה, עם אישור היסטולוגי להערכה מהימנה של תרכובות במודלים ריאתיים.
- אנליטיקה: מספקת מדידות OFDI כמותיות בעלות רזולוציה מרחבית, הרשומות ביחס להיסטולוגיה, לצורך השוואה אובייקטיבית של מצבים וכמימות של סמנים ביולוגיים.
- מחקר תרגומי: מקשרת בין דימות גילוי לאימות פרה-קליני באמצעות קריטריונים המקושרים להיסטולוגיה, המגשרים בין יישומים ex vivo ל-in vivo.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת מסגרת סטנדרטית וניתנת להתאמה לקורלציה בין דימות להיסטולוגיה, שניתן ליישמה על סוגי רקמות ושיטות אופטיות שונות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בביו-מרקרים של דימות על ידי הפחתת עמימות בפרשנות באמצעות רישום היסטולוגי ישיר.
- ערך תפעולי: מבטיח סטנדרטיזציה ושחזוריות באמצעות סימון רקמות, הגדרת אוריינטציה ופרוטוקולי דימות הניתנים ליישום במעבדות שונות.
- ערך אסטרטגי: משפר את איכות קבלת החלטות ה-go/no-go על ידי אספקת קריטריוני דימות המאומתים היסטולוגית, המפחיתים את הסיכון בקידום המטרה.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכונים של טיפולים ריאתיים באמצעות קורלציה אמינה בין דימות להיסטולוגיה לאישור מנגנון הפעולה.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במערכות הדמיה אופטית, הכנת רקמות וטכניקות של צביעה היסטולוגית לצורך קורלציה מדויקת.
- תלוי בקתטרים ייעודיים של OFDI, התקני חיבור סיבוביים/משיכה (rotary junction/pullback) ותשתיות לעיבוד היסטולוגי לצורך רכישת נתונים בתלת-ממד.
- מחייב סטנדרזציה חוצת-צוותים של נהלי סימון והכוונה של הרקמות כדי להבטיח רישום (registration) עקבי בין ההדמיה להיסטולוגיה.
- כולל שיקולי התאמה לסוגי רקמות שונים, כולל גודל הדגימה, צפיפות ותכונות אופטיות המשפיעות על חדירות האות.
- מוגבל בשל אופיו של הפרוטוקול כ-ex vivo, הדורש דגימות כריתה ועשוי שלא ללכוד תהליכים פיזיולוגיים דינמיים in vivo.
