Tissue-simuleren Phantoms voor de beoordeling van potentiële nabij-infrarood fluorescentie beeldvorming Toepassingen in Borstkanker Chirurgie
19 september 2014
Near-infrared fluorescerentie (NIRF) beeldvorming kan het therapeutische resultaat van borstkankerchirurgie verbeteren door intraoperatieve tumorlokalisatie en evaluatie van de chirurgische margestatus mogelijk te maken. Met behulp van weefselsimulerende borstphantoms die fluorescente tumor-simulerende inclusies bevatten, kunnen potentiële klinische toepassingen van NIRF-beeldvorming bij borstkankerpatiënten worden beoordeeld voor standaardiserings- en trainingsdoeleinden.
Het algemene doel van deze procedure is om nabij-infrarood fluoresceren beeldvormingstoepassingen in borstbehoudende chirurgie te simuleren met behulp van weefsel-achtige borstphantoms. Dit wordt bereikt door eerst tumor-achtige fluorescente insluitsels van verschillende grootte en vorm te creëren. De tweede stap is om de fluorescente insluitsels te integreren in borstvormige phantoms met optische kenmerken die vergelijkbaar zijn met menselijk borstweefsel.
Vervolgens wordt het nabij-infrarood fluoresceren beeldvormingssysteem toegepast om de chirurg intraoperatief te begeleiden bij het lokaliseren en verwijderen van de fluorescente tumor-achtige insluitsel. De laatste stap is het scannen van de chirurgische caviteitsrand op de aanwezigheid van resterend ongewenst weefsel na verwijdering van het fluorescente tumor-achtige insluitsel. Indien van toepassing, kan de chirurg vervolgens resterend tumorweefsel verwijderen, geleid door het nabij-infrarood fluoresceren beeldvormingssysteem.
Het belangrijkste voordeel van deze techniek boven bestaande methoden zoals CT of MRI, is dat nabij-infrarood fluoresceren. Optische beeldvorming biedt hoge resolutie beelden in real time en kan gemakkelijk worden toegepast in een intraoperatieve omgeving. Bovendien is deze techniek goedkoop en maakt gebruik van niet-ioniserende straling.
Het demonstreren van de procedure zal worden gedaan door een afgestudeerde student van onze onderzoeksgroep. Om te beginnen, verzamel vaste voorwerpen van de gewenste vorm en grootte die kunnen dienen als modellen voor tumor-simulerende insluitsels, zoals kralen of knikkers. Reinig de tumormodellen grondig en verwijder eventuele onregelmatigheden.
Plaats elk model in een aparte dunne wandige vierkante kunststof doos met een gladde oppervlakte. Indien nodig, fixeer het model aan de bodem van de doos om het op zijn plaats te houden. Giet vervolgens de benodigde hoeveelheid silicone component A in een mengkom en voeg silicone component B toe in een 10 op 1 verhouding naar gewicht.
Meng beide componenten grondig. Giet het siliconenmengsel voorzichtig in de kunststof doos om luchtbellen te voorkomen. Laat het siliconenmengsel minimaal zes uur stollen voordat u de mal snijdt en het tumormodel verwijdert.
Optioneel kan de siliconenmal in een zigzagpatroon worden gesneden om het te laten passen en schoon terug samen te voegen. Om fluorescente insluitsels te maken, voeg twee gram aros toe aan 50 milliliter tris-buffered saline, of TBS, die is bereid met natriumazide zoals beschreven in het tekstprotocol. Verwarm de aros-slurry met behulp van een magnetron tot het kookpunt is bereikt.
Roer grondig tot de aros volledig is opgelost. Voeg 1,1 gram hemoglobine en vijf milliliter intralipide toe, 20% tot 50 milliliter TBS, en voeg dit toe aan de aros-mix onder constant roeren om de optische kenmerken van de omringende borst na te bootsen. Voeg voor het aanmaken van weefsel-achtig materiaal 20,0 milligram van de fluorescente kleurstof incy en groen toe aan 83,8 milliliter gedeïoniseerd water.
Pipet vijf milliliter van deze oplossing en voeg het toe aan de aros-mix. Om een eindconcentratie van 14 micromolair te verkrijgen. Vul de siliconenmalen voorzichtig met de H aros-mix met behulp van een spuit.
Laat de fluorescente insluitsels ongeveer een uur op kamertemperatuur stollen. Bescherm de insluitsels tegen licht door de hele mal te bedekken met aluminiumfolie. Na het stollen, opent u voorzichtig de mal en drukt u de insluitsel eruit.
Bescherm de Aros-insluitsels tegen licht en uitdroging door ze in aluminiumfolie te wikkelen en bewaar ze in een bevochtigde opslagcontainer op vier graden Celsius. Verkrijg een komvormige mal om borstphantoms van de gewenste grootte en inhoud te maken om een borstphantom te creëren. Met een inhoud van 500 milliliter, voeg 50 gram gelatine toe, 250 bloom tot 500 milliliter TBS.
Verwarm de gelatineslurry tot 50 graden Celsius onder constant roeren. Zodra de gelatine volledig is opgelost, laat de gelatinemengsel geleidelijk afkoelen en houd deze op een constante temperatuur van 35 graden Celsius. Gebruik een heet waterbad onder constant roeren, voeg 5,5 gram bovien hemoglobine toe om de absorptie van fotonen te simuleren, en 25 milliliter intralipide.
20%om de verspreiding van fotonen in het weefsel te simuleren. Koel de komvormige mal voor ten minste een uur op vier graden Celsius. Eens afgekoeld.
Giet de gelatinemengsel in de mal tot een niveau dat overeenkomt met de vooraf gedefinieerde diepte van de aros-tumor. Simulerende insluitsels. Laat de gelatinemengsel op vier graden Celsius gedurende 30 minuten tot een uur stollen.
Na het stollen, plaats een tumor-simulerende fluorescente aros-insluitsel op het oppervlak van de phantom en fixeer de insluitsel tijdelijk met een kleine naald. Giet de rest van de warme gelatinemengsel in het resterende malvolume, waarbij beide lagen aan elkaar worden gehecht zonder brekingsartefacten te creëren. Markeer de locatie van de fluorescente tumor-simulerende insluitsels op de mal voordat u de phantom gedurende een nacht op vier graden Celsius laat stollen.
Eens gestold, verwijder de naalden die zijn gebruikt voor tijdelijke fixatie van de insluitsels en verwijder voorzichtig de borstphantom uit zijn mal. Bescherm de borstphantom tegen licht en uitdroging door het in aluminiumfolie te wikkelen en op te slaan in een bevochtigde opslagcontainer op vier graden Celsius. Een nabij-infrarood fluoresceren camerasysteem voor intraoperatieve toepassing is vereist voor het simuleren van gerichte fluoresceren beeldvorming bij borstkankerchirurgie.
Zie het tekstprotocol voor de opstelling van het fluoresceren camerasysteem. Neem de weefsel-simulerende borstphantom uit zijn container en plaats deze op een platte, niet-fluorescente ondergrond. Plaats vervolgens het fluoresceren beeldvormingsapparaat boven de borstphantom, met een voldoende werkafstand voor excisie van de tumor.
Simulerende insluitsels, lokaliseren de tumor-simulerende fluoresceren insluitsel met behulp van palpatie en/of fluoresceren beeldvorming van de borstphantom in het ge
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie onderzoekt de toepassing van nabij-infrarood fluorescentie-beeldvorming (NIRF) bij borstsparende chirurgie. Door gebruik te maken van borstphantoms die weefsel simuleren met fluorescerende tumorachtige inclusies, beoogt het onderzoek de intraoperatieve tumorlokalisatie te verbeteren en de status van de chirurgische marges te beoordelen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Oncologie
- Medische beeldvorming
- Fluorescentietechnieken
Achtergrond
- Borstkankerchirurgie vereist een nauwkeurige tumorlokalisatie.
- Intraoperatieve evaluatie van de chirurgische marges is cruciaal voor de resultaten voor de patiënt.
- Nabij-infrarood fluorescentiebeeldvorming kan real-time begeleiding bieden tijdens de operatie.
- Weefselsimulerende fantomen kunnen helpen bij de training en standaardisatie van beeldvormingstechnieken.
Doel van de studie
- Om NIRF-beeldvormingsapplicaties bij borstsparende chirurgie te simuleren.
- Om tumorachtige fluorescerende inclusies te creëren voor het testen van beeldvormingstechnieken.
- Om de effectiviteit van NIRF bij het begeleiden van chirurgische procedures te evalueren.
Gebruikte methoden
- Creatie van tumor-achtige fluorescerende inclusies van verschillende groottes en vormen.
- Integratie van deze inclusies in borstvormige fantomen.
- Toepassing van NIRF-beeldvorming voor de begeleiding van intraoperatieve tumorlokalisatie.
- Scannen van de chirurgische caviteitsmarges op residuele ziekte na excisie.
Belangrijkste resultaten
- NIRF-beeldvorming lokaliseerde met succes fluorescerende tumorachtige inclusies.
- De methode maakte een effectieve evaluatie van de chirurgische marges mogelijk.
- De resultaten wijzen op een potentieel voor verbeterde chirurgische uitkomsten bij de behandeling van borstkanker.
- Fantommodellen vormen een waardevol hulpmiddel voor training en standaardisatie.
Conclusies
- NIRF-beeldvorming kan de intraoperatieve besluitvorming bij borstkankeroperaties verbeteren.
- Het gebruik van weefsel-simulerende phantoms is gunstig voor de klinische training.
- Verdere studies zijn nodig om klinische toepassingen in live operaties te valideren.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Gestandaardiseerde weefselnabootsende phantoms voor nabij-infrarood fluorescentie-beeldvorming (NIRF) maken een robuuste preklinische evaluatie van technologieën voor intraoperatieve tumorlokalisatie en chirurgische margebeoordeling mogelijk. Deze aanpak ondersteunt het voorspellende vertrouwen in beeldgestuurde borstkankerchirurgie en biedt inzicht in de translationele gereedheid van platforms voor real-time chirurgische begeleiding. Het integreren van phantom-gebaseerde validatie in het continuüm van ontdekking naar preklinisch onderzoek vermindert de risico's bij technologietransfer en verbetert de reproduceerbaarheid tussen verschillende locaties.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt systematische evaluatie van de NIRF-beeldprestaties mogelijk in gecontroleerde omgevingen die weefsel nabootsen.
- Ondersteunt mechanistische risicoreductie door optische en biologische variabelen die de detecteerbaarheid van tumoren beïnvloeden te isoleren.
- Faciliteert functionele validatie van beeldvormingsmiddelen en prototypeapparaten voorafgaand aan in vivo studies.
Screening & assayontwikkeling
- Biedt een reproduceerbaar platform voor de kwantitatieve beoordeling van de beeldgevoeligheid en de nauwkeurigheid van margedetectie.
- Standaardiseert de assaycondities voor het benchmarken van de prestaties van beeldsystemen gedurende ontwikkelingscycli.
- Maakt schaalbare training en protocoloptimalisatie mogelijk voor beeldgestuurde chirurgische workflows.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt de outputs van het beeldvormingssysteem uit met klinisch relevante eindpunten, zoals de margestatus en de lokalisatiediepte van de tumor.
- Ondersteunt de continuïteit van validatie op de laboratoriumbank naar preklinische en klinische haalbaarheidsstudies.
- Vermindert de risico's bij translationele vooruitgang door technische beperkingen, zoals de fotonpenetratiediepte, in een vroeg stadium van de ontwikkeling te identificeren.
Integratie van Pijplijn & Workflow
Deze op phantoms gebaseerde validatie van NIRF-imaging past binnen de workflow van vroege ontdekking tot preklinisch onderzoek en slaat een brug tussen prototypeontwikkeling van apparatuur, beoordeling van beeldvormingsmiddelen en translationele gereedheid voor intraoperatieve begeleidingssystemen.
- Discovery Biology: Maakt hypothesetoetsing mogelijk met betrekking tot de detecteerbaarheid van beeldvormingsmiddelen en de afbakening van marges in een gecontroleerde setting.
- Screening: Levert kwantitatieve, reproduceerbare resultaten voor het benchmarken en optimaliseren van beeldvormingssystemen.
- Analytics: Levert meetbare read-outs voor de nauwkeurigheid van tumorlokalisatie en de sensitiviteit van margebeoordeling.
- Translationeel onderzoek: Faciliteert de afstemming van de beeldvormingsprestaties op chirurgische en pathologische eindpunten die relevant zijn voor klinische adoptie.
- Bedrijfsbrede herbruikbaarheid: Vestigt een herbruikbaar, gestandaardiseerd platform voor iteratieve validatie van apparaten en middelen over verschillende programma's heen.
Operationele en bedrijfsmatige impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen bij beeldgestuurde chirurgische interventies en vermindert mechanistische ambiguïteit.
- Operationele waarde: Stimuleert standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid bij de evaluatie en training van beeldvormingssystemen.
- Strategische waarde: Informeert go/no-go-beslissingen voor de verdere ontwikkeling van beeldvormingsmiddelen en -apparaten, waardoor R&D-investeringen worden geoptimaliseerd.
- Impact op de portfolio: Ondersteunt de risico-gecorrigeerde prioritering van beeldgestuurde chirurgische technologieën voor klinische translatie.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in optische beeldvorming, het vervaardigen van fantomen en kwantitatieve beeldanalyse.
- Toegang tot NIRF-beeldvormingsinstrumentatie en gestandaardiseerde materialen voor de productie van fantomen is noodzakelijk.
- Afstemming tussen teams over beeldvormingsprotocollen en prestatiemetrische gegevens is vereist voor reproduceerbaarheid.
- Aanpassingen kunnen nodig zijn voor verschillende weefseltypen of eigenschappen van het beeldvormingsmiddel.
- De beperkte fotonpenetratiediepte beperkt de evaluatie van diepgelegen tumormodellen.
Veelgestelde vragen over Biofarmacie
Chapters in this video
0:05
Title
1:38
Create Silicone Molds for Tumor-simulating Inclusions
2:58
Create Fluorescent Inclusions
4:49
Create Breast Phantoms
7:15
Simulation of NIRF Imaging Applications in Breast Cancer Surgery
9:11
Results: Different Applications of NIRF Imaging in Breast-conserving Surgery as Assessed on Tissue-like Breast Phantoms
10:30
Conclusion
