의 광 주파수 도메인 영상

기관지 내 OCT 또는 OFDI는 표준 기관지경 액세스 포트와 호환되는 얇은 유연 카테터를 사용하여 수행합니다. 기관지경을 기관-기관지 나무를 따라 원하는 기도로 전진시킵니다. 그런 다음 OFDI 카테터를 기관지경 작업 채널을 통해 기도로 삽입하여 영상을 수집합니다.

OFDI 카테터의 내부 광학 코어는 외부 투명 시스 내에서 회전함과 동시에 뒤로 당겨져 3차원 OFDI 데이터를 생성합니다. 매사추세츠 종합병원의 Sudor 연구소에서는 주변부 종양 샘플링에 일상적으로 사용되는 표준 경기관침과 호환되는 바늘 기반 OFDI 카테터를 개발했습니다. 기관지경을 기도 내의 표적 종양까지 진입시킵니다.

OFDI 카테터를 경기관침(transbronchial needle) 내로 안전하게 후퇴시킨 상태에서, 침을 종괴 내로 삽입합니다. 이후 침을 후퇴시키면 OFDI 카테터만 해당 위치에 남게 됩니다. 기관지내 OFDI(Endobronchial OFDI)와 마찬가지로, 경기관 OFDI(Transbronchial OFDI) 카테터의 내부 광학 코어를 회전시키면서 동시에 외부 투명 시스(sheath) 내에서 뒤로 당겨 3차원 OFDI 영상을 생성합니다.

in vivo에서 얻은 조직병리학적 대응 데이터는 작은 생검 파편으로만 구성되어 있어, 대규모 OFDI 데이터 세트와 상관관계를 분석하기 어렵습니다. 그 결과, in vivo 환경에서는 폐 병변의 특정 영상 특징을 쉽게 도출할 수 없습니다. 본 프로토콜의 전반적인 목표는 ex vivo 조직을 사용하여 OFDI와 조직학적 상관관계를 정확하게 일대일로 매칭함으로써, 골드 스탠다드인 조직학적 검사를 통해 OFDI에서 관찰되는 특징들을 정확하게 평가하는 것입니다.

일대일 대응 조직학적 검사를 통해 특정 영상 기준이 ex vivo에서 개발 및 검증되면, 해당 기준을 in vivo 영상 연구에 적용할 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 영상과 조직학 간의 직접적인 상관관계를 가능하게 하여 영상 특성 해석을 향상시킨다는 점입니다. 광학 주파수 영역 영상 또는 OFDI 시스템을 실험에 맞게 준비하려면, 먼저 영상 시스템의 전원을 켜고 적절한 영상 파라미터를 설정하고 기록하십시오.

카테터를 회전 접합부와 후퇴 장치에 연결합니다. 이 맞춤 제작된 카테터의 직경은 0.8 millimeters입니다. 카테터를 회전시키고, 장갑을 낀 손끝을 이용해 초점이 맞은 이미지가 생성되는지 및 신호 대 잡음비가 적절한지 확인하여 이미지 품질을 점검합니다.

조직 준비 절차를 시작하려면, 실험대 위에 일회용 흡수 패드를 깔고 그 위에 폐 표본을 놓습니다. 환자로부터 조직을 얻는 일정 조정의 어려움으로 인해, 본 비디오 시연에서는 돼지 조직을 사용합니다.

폐문 부위에서 절제 표본으로 들어오는 기관지를 확인하십시오. 주사기 바늘을 사용하여 기도 내부에 보이는 점액을 제거합니다. 표본의 외면을 촉진하여 기도 또는 관심 병변을 확인하십시오.

프로브를 따라 기도를 개방하여 관심 병변이 보이거나 면봉으로 기도 점막 아래에서 촉진될 때까지 진행합니다. 병변 위에 덮인 기도 점막의 혈액이나 점액을 조심스럽게 제거합니다. OFDI 카테터를 기도 점막 위에 배치하고 이미지를 획득합니다.

이는 병변이 기도 점막 아래에 있음을 확인하고, 조직학적 상관관계를 분석하기 위한 고품질의 영상 관심 영역을 식별하기 위함입니다. 기도에서 관심 영역을 선택한 후, 원하는 영상 촬영 라인을 따라 조직 상의 두 지점을 선택하십시오. 본 예시에서는 기도 장축과 평행하게 지점을 설정하겠습니다.

OFDI와 조직학적 검사 모두에서 잉크 표시를 시각화하는 것은 까다로울 수 있으므로, 두 기술 모두에서 표시를 확인할 수 있도록 바늘 자국과 잉크를 함께 사용합니다. 두 지점을 선택한 후, 끝이 가는 개방형 보어 바늘(open bore needle)을 조직 표식용 염료에 담그고 거즈로 바늘 외부의 과잉 잉크를 조심스럽게 닦아내어 바늘 보어 내부에만 조직 표식용 잉크가 남도록 합니다. 영상 촬영 라인을 따라 선택한 지점에서 기도 점막에 수직으로 바늘을 찔러 조직을 천공합니다. 같은 방식으로 기도 점막의 두 번째 지점을 표시하되, 두 번째 지점이 첫 번째 지점에서 1.5 centimeters 이내에 위치하도록 합니다.

잉크가 천자 부위에서 벗어나 점막 표면으로 흘러내린 경우, 면봉을 사용하여 과도한 잉크를 조심스럽게 제거하십시오. 원하는 결과에 따라, 여기에서 보여주는 것처럼 두 지점을 기도의 원주 방향과 평행하게 만들 수도 있습니다. 조직을 영상화하려면, 각 잉크 표시 위에 OFDI 카테터를 배치하고 영상 촬영을 하여 표시가 OFDI에서 보이는지 확인하십시오.

표식은 조직 구조 내의 국소적 단절로 나타나야 하며, 그 위로는 강한 산란 입자가, 아래로는 급격한 신호 감쇠가 관찰되는데 이는 천자 부위 내의 잉크 입자에 해당합니다. 이 돼지 기도 OFDI 이미지에서 두 개의 잉크 표식은 별표로 표시되어 있습니다. 카테터 광학계가 첫 번째 잉크 표식을 넘어선 조직 위에 놓이도록, 기도 점막 표면의 두 잉크 표식과 평행하게 카테터를 배치하십시오.

OFDI 풀백(pullback) 수집을 진행하고, 조직을 채취하기 전에 OFDI 풀백 이미지를 검토하여 두 개의 잉크 표시가 모두 영상에 보이는지 확인하고 움직임 아티팩트(motion artifacts)가 있는지 점검하십시오. 영상 풀백에서 먼저 나타난 잉크 표시로부터 0.3 centimeters 떨어진 기도 점막 조직에 녹색 잉크 점을 찍으십시오. 이는 영상 스캔의 시작 지점을 설정하기 위함입니다.

이제 두 개의 검은색 잉크 표시와 녹색 잉크 표시가 포함된 조직을 제거하십시오. 표준 조직 처리 카세트에 들어갈 수 있도록 조직을 다듬습니다. 조직을 조직 처리 카세트에 넣고 10% formalin에 최소 48시간 동안 고정합니다.

그 후, 조직은 프로토콜 텍스트에 기술된 대로 처리합니다. 기계적 환기 하의 돼지 기도에서 얻은 이 in vivo 이미지들은 OFDI의 대표적인 결과를 보여줍니다. 패널 A는 근위부 기도의 OFDI 횡단면이며, 패널 B는 원위부 기도의 OFDI 횡단면입니다.

패널 E는 왼쪽의 근위부부터 오른쪽의 원위부까지 기도의 OFDI 종단면이며, 패널 C는 패널 E에서 빨간색으로 강조된 영역을 고배율로 확대한 것입니다. 패널 D는 패널 E에서 초록색으로 강조된 영역의 고배율 이미지입니다. 카테터 직경은 0.8 millimeters이며, 눈금 표시는 0.5 millimeter 증분 단위를 나타냅니다. OFDI 이미지에서 기도벽의 서로 다른 층과 폐포 부착부를 식별할 수 있지만, 직접 등록된 조직학적 분석 없이는 OFDI 신호의 해부학적 상관관계를 정확하게 해석하기 어렵습니다. E는 상피, lp는 고유층, SM은 점막하층, C는 연골, a는 폐포 부착부를 나타냅니다.

여기에서 시연된 프로토콜을 사용하면 OFDI와 조직학 사이의 정밀한 상관관계를 구현할 수 있습니다. 돼지 기도의 이 OFDI 이미지는 H & E 염색된 조직 절편의 조직학적 결과와 정밀하게 일치함을 보여줍니다. 별표는 호흡 상피에서 관찰되는 검은색 잉크 표시를 나타냅니다.

기도의 층 구조는 H&E 및 Trichrome 염색으로 시각화할 수 있습니다. 여기에 OFDI 이미지의 고배율 뷰와 그에 대응하는 H&E 및 Trichrome 염색 조직학적 영상이 제시되어 있습니다. E는 호흡 상피, el은 조밀한 콜라겐 및 탄성 조직, SM은 평활근, C는 연골륜, G는 침샘 조직, D는 상피로 진입하는 침샘관을 나타냅니다. 평활근은 불연속적으로 흩어져 있는 섬유 형태로 나타나므로 OFDI에서는 식별되지 않습니다.

마찬가지로, 조직 마킹을 사용하여 인간 기도에서 OFDI와 조직학 사이의 정밀한 상관관계를 입증하였습니다. 이 인간 근위 기도 OFDI 이미지에서는 두 개의 잉크 마커가 육안으로 확인되며 별표로 표시되어 있습니다. 이는 h 및 e와 tri chrome으로 염색된 조직 절편의 조직학적 결과와 정밀하게 일치하며, H 및 e 염색 결과가 이에 해당합니다.

OFDI 이미지의 고배율 뷰와 그에 해당하는 조직학적 분석에서 별표로 표시된 호흡 상피에 검은색 잉크 표시가 보입니다. 삽입 이미지에는 h and e 및 tri CHRO로 염색된 결과가 나타나 있습니다. E는 호흡 상피, lp는 고유층, G는 타액선 조직, C는 연골 고리, pc는 인간 기도의 연골막을 나타냅니다.

전형적인 층상 구조가 관찰됩니다. 느슨한 결합 조직 사이에는 패널 C와 F에 표시된 붉게 염색된 평활근 다발이 흩어져 있으며, 이는 연속적인 띠를 형성하지 않으므로 OFDI에서는 뚜렷한 층으로 보이지 않습니다. 이 두 이미지는 인간 원위 기도의 OFDI 결과와 정밀하게 상관 관계가 설정된 h 및 d 조직학 영상을 보여줍니다.

호흡 상피에서 보이는 검은색 잉크 표시는 별표(*)로 표시되어 있으며, a로 표시된 폐포 부착 부위는 신호 강도가 높은 격자 모양의 폐포 벽과 신호가 없는 폐포 공간으로 보입니다. 고유층 내의 혈관 공간 또한 화살표로 표시된 하단의 가벼운 섀도잉이 동반된 신호 공백 구조로 보입니다. E는 상피(epithelium)이며, LP는 고유층(lamina propria)입니다.

OFDI 고유의 빠른 획득 속도는 넓은 영역의 영상을 촬영할 수 있게 합니다. 데이터는 단면 및 종단적 관점 모두에서 확인할 수 있어 조직의 구조에 관한 추가적인 정보를 제공합니다. 이 기술을 통해 영상 특징이 개발되면, 해당 특징을 활용하여 조직학적 대조군이 없는 영상 영역을 해석할 수 있습니다.

본 기술은 직접 등록된 조직학적 분석을 통해 영상 특성을 해석하는 방법을 제공합니다. 이 기술은 OFDI와 폐 조직을 사용하여 입증되었으나, 다양한 영상 기술과 조직 유형에 적용 가능합니다. 본 기술을 통해 정상 조직과 질환 조직의 영상 특성이 확립되면, 직접적인 상관관계의 조직학적 분석을 얻기 어려운 생체 내(in vivo) 영상 해석에 해당 영상 특성을 적용할 수 있습니다.