Bouw van een preklinisch Multimodaliteit Phantom Met Tissue-nabootsende Materialen voor Kwaliteitszorg in tumorgrootte Meting

Summary

Dit document beschrijft de interne procedures van de aanleg van een preklinisch multimodaliteit fantoom gemaakt van weefsel-nabootsen (TM) materialen voor de kwaliteitsborging (QA) van tumorgrootte meting in dierlijke beeldvormende modaliteiten zoals echografie (US), computertomografie (CT) en magnetische resonance imaging (MRI).

Abstract

World Health Organization (WHO) en Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) werkgroepen bepleit standaardcriteria voor radiologische beoordeling van solide tumoren in reactie op anti-tumor therapie in de jaren 1980 en 1990, respectievelijk. WHO criteria meten solide tumoren in twee dimensies, dat RECIST metingen alleen een afmeting die wordt beschouwd als meer reproduceerbaar ^{1, 2, 3,4,5.} Deze criteria zijn op grote schaal gebruikt als de enige beeldvorming biomarker door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) ⁶ goedgekeurd. Om tumor respons op anti-tumor drugs op de beelden nauwkeurig meten derhalve een robuuste kwaliteitsborging (QA) procedures en bijbehorende QA phantom nodig.

Om aan deze behoefte te pakken, de auteurs construeerden een preklinische multimodaliteit (voor ultrageluid (US), computertomografie (CT) en magnetische resonantie beeldvorming (MRI)) phantom met behulp van weefsel-nabootsende (TM)materialen op basis van het beperkte aantal doelletsels vereist door RECIST door een herziening van een Gammex Amerikaanse commerciële phantom ^7. De appendix in Lee et al.. Toont de procedures van fantoom fabricage ^7. In dit artikel worden alle protocollen geïntroduceerd in een stap-voor-stap wijze beginnend met procedures voor het bereiden van de siliconen mallen voor het gieten tumor gelijkend testobjecten in de fantoom, gevolgd door bereiding van TM materialen voor multimodale beeldvorming en uiteindelijk de bouw van de preklinische multimodaliteit QA fantoom. Het primaire doel van dit document is om de protocollen te bieden aan iedereen die geïnteresseerd is in het zelfstandig construeren van een fantoom voor hun eigen projecten toe te staan. QA procedures voor tumorgrootte meting en RECIST, WHO en volumemeting uit test voorwerpen op meerdere instellingen die deze technische fantoom getoond in detail in Lee et al.. ^8.

Introduction

Beoordeling van de verandering in tumorgrootte is een belangrijk eindpunt voor evaluatie van de activiteit van anti-tumor drugs in zowel tumor krimp en ziekteprogressie ^{9, 10.} World Health Organization (WHO) en de Response Evaluation Criteria bij solide tumoren (RECIST) zijn de gecodificeerde methoden voor de anatomische beoordeling van tumorlaesies in beeldvormende modaliteiten zoals echografie (US), computertomografie (CT) of magnetische kernspinresonantie (MRI). Voor de WHO-criteria, is het product van de tumor maximale diameter en zijn grootste loodrechte doorsnede in het dwarsvlak voor doelgebieden berekend ^4. In tegenstelling, voor RECIST, is de som van de langste diameters in het dwarsvlak voor een beperkt aantal doelletsels berekend ^4. Ondanks de steeds groeiende belangstelling voor tumor therapeutische respons evaluatie, is er geen preklinische kwaliteitsborging (QA) phantom / QA procedures voor de beeldvorming biomarker.

inhoud "> Gezien het feit dat tumorgrootte meting op basis van WHO-criteria en / of RECIST is de enige beeldvorming biomarker door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) goedgekeurd, als uitgangspunt van QA voor andere beeldvormende biomarkers, Lee et al.. ontworpen en gebouwd UTHSCSA / Gammex Mark 1 en Mark 2 fantomen voor QA van tumorgrootte metingen in samenwerking met de Gammex Inc ^7. De Mark 1 fantoom was een herziene versie van een Gammex commerciële Amerikaanse fantoom en dus, de grootte was te groot om te passen in dier CT-en MR-scanners. Ook enkele instrumenten in de Mark 1 phantom waren niet nodig voor tumorgrootte meting. De Mark 2 fantoom is ontworpen op basis van RECIST dat is de meest recente FDA-goedgekeurde beeldvorming biomarker. Echter, de grootte van de Mark 2 phantom nog te groot voor MR scanners en CT en MR beeldkwaliteit van het fantoom aanvaardbaar was voor nauwkeurige meting tumorgrootte ^7.

De QA fantoom beschreef hijrein werd opnieuw ontworpen om tekortkomingen van de vorige fantomen overwinnen en gebouwd met behulp van gemodificeerde tissue-nabootsende (TM) materialen en protocollen ontwikkeld in ons lab. Dit document beschrijft de details van de protocollen voor phantom bouw: Eerst worden werkwijzen ingevoerd voor het bereiden van de siliconen mallen nodig voor het gieten tumor gelijkend testobjecten en samenstellen van een rotator voor het roteren van een fantoom de zwaartekracht sedimentatie te voorkomen. Tweede, protocollen voor het bereiden van TM materialen gewijzigd van D'Souza et al.. 'S voor de VS, CT en MRI zijn beschreven ^11. De fysische eigenschappen van de TM materialen in elke modaliteit gecontroleerd worden om de TM materialen vertegenwoordigd menselijke zachte weefsels zoals waargenomen in de beelden opgenomen met verschillende modaliteiten, maar de resultaten zijn hier niet weergegeven. Ten derde, is het protocol voor fantoom beschreven constructie. Tenslotte zijn de VS, CT-en MR-beelden van de fantoom gepresenteerd als resultaten.

Protocol

1. Phantom Ontwerp

Een tekening van de preklinische multimodale fantoom getoond in figuur 1 ^{7, 8.} De grootte van het fantoom is 38 mm in diameter en 115 mm lengte, zodat het fantoom te scannen diverse dierlijke scanners. Het fantoom bevat vijf tumor gelijkend testobjecten (diameter: 14, 10, 7, 4 en 2 mm) geplaatst op een diepte van 10 mm in de fantoom.

2. Silicone Mold Construction

Siliconen mallen zijn bereid om de tumor-simulatie-test objecten gegoten zoals beschreven in deze sectie ^7. Alle acrylaat platen en stangen die nodig zijn voor de voorbereiding van de siliconen mallen worden gesneden met een nauwkeurigheid van 25 micrometer in de werkplaats aan de Universiteit van Texas Health Science Center in San Antonio (UTHSCSA).

1. Maak vijf gaten (diameter: 14, 10, 7, 4, 2 mm) voor de test objecten en andere vijf gaten (diameter: 6 mm) voor aanpassing staven in twee acrylbasisplaten (maat: 4,2 cm x 11,5 cm x 0,9 cm) (Figuur 2A).
2. Snij spacerparen met een hoogte van 7, 5, 3,5, 2 en 1 mm (afmeting: 1,0 cm x 5,5 cm) (Figuur 2B).
3. Bereid stalen kogels (diameter: 14, 10, 7, 4 en 2 mm, nauwkeurigheid: 2.5 micrometer).
4. Plaats twee spacer paren met een hoogte van 7 mm en een grondplaat op een dunne acrylaat plaat in de juiste volgorde aan en draai ze met behulp van C-klemmen (figuur 2C).
5. Plaats de stalen kogel met een diameter van 14 mm tot 14 mm gat van de bodemplaat en lijm deze met JB KWIK (figuur 2C). Herhaal de procedure voor de rest van de ballen (figuur 2D) en de andere grondplaat. Merk op dat de stalen ballen in twee grondplaten worden gelijmd als spiegelbeelden ^7.
6. Bevestig vier 2,5 cm-hoog acrylaat platen (afmetingen: 2,5 cm x 11,5 cm voor twee platen en 2,5 cm × 4,2 cm voor nog eens twee platen) op elke basis met behulp van afplakband, zoals hekken (Figure 3A).
7. Bevestig de bovenste plaat (afmeting: 4,2 cm x 11,5 cm, vijf gaten met 0,8 cm van diameter, tien gaten met een 1,2 cm diameter) in een van de bodemplaat assemblies tot vijf acryl staven (diameter voegen: 0.8 cm en de lengte: 0.5 cm) met 1 mm tips, en vijf uitlijning staafjes (diameter voegen: 0.9 cm en lengte: 5,0 cm) en siliconen (figuur 3A) giet.
8. Steek de acryl staven in het 0,8 cm gaten in de bovenste plaat helemaal naar de top van de stalen kogels en lijm ze met behulp van siliconen lijm. Steek aanpassing staven in de gaten van de grondplaat door grotere gaten in de bovenplaat (Figuur 3A).
9. Meng deel A van siliconen rubber compound deel B in de verhouding van 10 op 1 gew.
10. Giet de siliconen rubber compound in het samenstel en droog het samenstel bij kamertemperatuur gedurende 24 uur (figuur 3B).

3. Rotator Assembly

De rotator wordt bereid uit PVC pijp en een rotisserie motor.

1. Maal het einde van een bout met het gat van een rotisserie motor passen.
2. Schroef de grond bout aan het einde van de PVC-buis (lengte: 270 mm en inwendige diameter: 75 mm) met behulp van een moer en een wasmachine.
3. Buig metalen platen en lijm ze op een kunststof plaat met JB KWIK aan de PVC-buis te ondersteunen en om de hoogte van de PVC-buis ⁷ aan te passen.

4. TM Materiaal Voorbereiding

De protocollen voor het bereiden van de TM materialen gemodificeerd waren ontwikkeld in het laboratorium van Dr Ernest L. Madsen bij de Universiteit van Wisconsin Madison en meer details zijn in Lee et al.. ^8,11.

4.1 Achtergrond TM materiële voorbereiding

1. Pass commerciële volle melk (200 cc) met 20 micrometer en vervolgens 10 um mesh filters.
2. Ontbinden Thimerosal (0,2 g) in de gefilterde melk (100 cc).
3. Met behulp van huis vacuüm, ontgassen ditmelk oplossing gedurende 30 seconden bij kamertemperatuur.
4. Los droge agarose (2 g) in gedeïoniseerd water (18 MQ) (100 cc) bij kamertemperatuur.
5. Voeg vervolgens 1-propanol (7,9 cc) en _BaSO4 (1 g) aan de agaroseoplossing.
6. Degas de agarose-oplossing en verwarm het vervolgens in een 95 ° C waterbad tot de agarose oplossing wist.
7. Terwijl de agarose oplossing wist in het 95 ° C waterbad, warmte de gecondenseerde melk in een 55 ° C waterbad.
8. Verplaats de gesmolten agarose oplossing van het 55 ° C waterbad afkoelen.
9. Zodra beide oplossingen bij 55 ° C, mix agarose-oplossing (50 cc) met gecondenseerde melk (50 cc) de verhouding van 50 tot 50 maken het volume en langzaam roeren van het mengsel gevolgd door luchtbel verwijderen van het oppervlak.
10. Voeg EDTA (0.103 g) en _CuCl2 · 2H ₂ O (0,06 g) aan de agarose-melkmengsel gevolgd door voldoende roeren om homogeniteit te garanderen.
11. Voeg ten slotte glasparels (15-60 μm diameter, gemiddelde diameter: 35 um) (0,1 g) en roer het uiteindelijke mengsel herhaaldelijk. Voor gebruik genieten de glasparels in geconcentreerd salpeterzuur gedurende 24 uur om onzuiverheden te verwijderen en spoel het zuur.

4.2 Test object TM materiële voorbereiding

Het testobject TM materiaal wordt bereid op een soortgelijke wijze als de achtergrond TM materiaal uitzondering van de volgende verschillen in samenstelling:

1. Pass commerciële volle melk (20 cc) met 20 micrometer en vervolgens 10 um mesh filters.
2. Ontbinden Thimerosal (0,02 g) in de gefilterde melk (10 cc).
3. Los droge agarose (0,60 g) in een oplossing bij kamertemperatuur van gedeïoniseerd water (10 cc) en 1-propanol (0,79 cc).
4. Degas de agarose-oplossing en verwarm het vervolgens in een 95 ° C waterbad tot de agarose oplossing wist.
5. Terwijl de agarose oplossing wist in het 95 ° C waterbad, warmte de gecondenseerde melk in een 55 ° C waterbad.
6. Bewegen the gesmolten agarose oplossing voor het 55 ° C waterbad.
7. Zodra beide oplossingen bij 55 ° C, meng de agarose-oplossing (5 cc) met gecondenseerde melk (5 cc) en langzaam roeren van het mengsel gevolgd door luchtbel verwijderen van het oppervlak.
8. Dan voeg EDTA (0,0017 g) en _CuCl2 · 2H ₂ O (0,0010 g) aan de agarose-melk, gevolgd door voldoende roeren.

5. Multimodaliteit Phantom Assembly

Met behulp van de siliconen mallen, worden de volgende stappen uitgevoerd om de multimodaliteit fantoom construeren.

1. Op de siliconen mal zonder 1 mm gaten, bevestig nylondraad langs het centrum van bollen en lijm deze aan beide uiteinden van de mal met behulp van siliconen lijm (Figuur 4A).
2. Met een zachte borstel, gelden siliconen vet op de oppervlakte van twee mallen (Figuur 4A) en monteer twee mallen met uitlijning staven.
3. Bereid testobject TM materiaal zoals beschreven in paragraaf 4.2 en pour het door 1 mm gaten van de siliconen mal met behulp van een 22-gauge naald van een injectiespuit.
4. Zodat de test objecten in te stellen, slaan de schimmels in de koelkast (5 ° C) gedurende ongeveer 30 minuten.
5. In elke zijde van een half-cilindrische houder (lengte: 115 mm en diameter: 38 mm), maken twee gaten van 1 mm op een diepte van 10 mm vanaf het fantoom oppervlak om nylon draad met testobjecten monteren. Maak een extra gat van 6 mm tot achtergrond TM materiaal giet.
6. Uitladen van de test objecten met nylon draad uit de mallen (figuur 4B) en monteer ze in de halve cilindrische houder (Figuur 4C).
7. Met behulp van 3M Scotch-Weld DP-100 en 3M tape, hechten dunne niet-geleidende aluminium (dikte: 0,12 mm) op de acryl container. Blokkeer de 1 mm gaten in de acrylcontainer met dezelfde lijm (figuur 4C).
8. Bereid achtergrond TM materiaal snel en giet deze langzaam in het gat van 6 mm van de container met behulp van een kleineplastic trechter.
9. Na verwijdering van eventuele luchtbellen, lijm de 6 mm gat met behulp van 3M Scotch-Weld DP-100.
10. Eenmaal gemonteerd, draait het fantoom bij 2 rpm in de rotator gedurende 4-5 uur bij kamertemperatuur geroerd.
11. Verwijder de nylon draad na de TM materialen in het fantoom volledig verhardt.

6. Multimodale beeldvorming

Het fantoom wordt gescand in preklinische echografie, CT en MRI en afbeeldingen in drie modaliteiten worden verworven. De beeldvormingsprotocollen zijn in detail beschreven in Lee et al.. ^{7, 8.}

Results

Figuur 3 B en figuur 5 tonen twee siliconen mallen voor het gieten van testobjecten, en de multimodaliteit fantoom, respectievelijk. De lengte x breedte x diepte van elke schimmel is 109 mm × 37 mm × 21 mm en twee mallen zijn identiek spiegelbeelden. Een schimmel heeft 1 mm gaten waar TM materiaal met behulp van een dunne naald kan worden ingebracht. Elke mal heeft een extra vijf gaten voor uitlijning staven. De lengte x breedte x diepte van het fantoom is 115 mm × 38 mm × 24 mm en de o...

Discussion

Het doel van dit artikel was om de methoden voor het maken van TM materialen voor multimodale beeldvorming en de bouw van een preklinisch multimodaliteit fantoom als QA-tool voor nauwkeurige tumorgrootte metingen met behulp van verschillende modaliteiten in meerdere instellingen. Zoals eerder vermeld, zijn TM materialen oorspronkelijk ontwikkeld door het laboratorium van Dr Ernest L. Madsen bij de Universiteit van Wisconsin Madison voor een multi-modaliteit prostate phantom. We pasten Dr Madsen's TM materiaal protoc...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Reagens/Materiaal
PVC-buis	N/A	N/A	Home Depot
Schroef, moer, sluiter en metalen platen	N/A	N/A	Home Depot
Acrylaat platen en staven	N/A	N/A	Kunststof leverancier in San Antonio, TX
Stalen kogels	Nordex, Inc.	AEC-M2-2, -4, -7, -10 en -14	2, 4, 7, 10 en 14 mm diameter
C-klemmen	Verstelbare klem	1420-C	2 inch lengte
Maskertape	3M Industriële Lijmen en Lint	2600
Plastertape	3M Industriële Lijmen en Lint	S-3763SIL
J-B KWIK	J-B WELD Co.	380238
3M Scotch-Weld epoxylijm	3M Industriële Lijmen en Lint	DP-100
Siliconenvet	Permatex, Inc.	22058
Siliconenlijm	DAP, Inc.	688
Siliconenrubbercompound	Smooth-ON, Inc.	Smooth-SilTM950 Deel A en B	A:B mengverhouding = 10:1 per gewicht
Borstel	N/A	N/A	Hobby Lobby
Spuit	Becton Dickinson	309604	10 ml
Naald	Becton Dickinson	305156	22-gauge 1.5 inch lengte
Trechter	N/A	N/A
Maasfilters	Small parts, Inc.	CMN-0010-C en CMN-0020-C	10 en 20 μm
Volle melk	N/A	N/A	HEB in San Antonio, TX
Thimerosal	Sigma-Aldrich Co.	T5125
Propanol	Sigma-Aldrich Co.	33538
EDTA	Sigma-Aldrich Co.	431788
CuCl2	Sigma-Aldrich Co.	459097
Agarose	Sigma-Aldrich Co.	A0169
BaSO4	Sigma-Aldrich Co.	B8675
Glazenaars	Potters Industries, Inc.	3000E
PET/AL/LLDPE*	Pechiney Plastic Packaging, Inc.	Pechiney Spec 151	Phantom dekmateriaal
			*Polyethyleentereftalaat/aluminium/lineair polyethyleentereftalaat met lage dichtheid
Apparatuur
Rotisserie motor	Brinkmann	812-7103-S	Home Depot
Waterbad 1	Precision, Inc.	Model: 282, Serienummer: 601091552
Waterbad 2	VWR, Inc.	Model: 1212, Serienummer: 08119606
Ultrageluid	Visualsonics	Serienummer: 770/120-259
CT	Gamma Medica-Ideas	Serienummer: GR 0050
MRI	Bruker	Onderdeelnummer: W3301390, Serienummer: 0030