Obrazowanie fluorescencyjne jest obiecującą, innowacyjną metodą chirurgii sterowanej obrazem w onkologii chirurgicznej. W niniejszym materiale wideo opisujemy procedurę techniczną wykrywania węzła chłonnego wartowniczego z wykorzystaniem obrazowania fluorescencyjnego, zaprezentowaną na przykładzie onkologii ginekologicznej. Zastosowano wielospektralny system kamer fluorescencyjnych wraz z kontrastem fluorescencyjnym w postaci zieleni indocyjaninowej.
Artykuł metodologiczny
Wielospektralne obrazowanie fluorescencyjne w czasie rzeczywistym do śródoperacyjnego wykrywania węzła chłonnego strażnika w onkologii ginekologicznej
W tym artykule
Informacja o sprostowaniu
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Podsumowanie
Streszczenie
Rokowania w przypadku niemal wszystkich guzów litych zależą od obecności lub braku przerzutów do węzłów chłonnych.1-3 Leczenie chirurgiczne najczęściej łączy radykalne wycięcie guza z pełną limfadenektomią w obszarze drenażu chłonnego nowotworu. Jednak usunięcie węzłów chłonnych wiąże się ze zwiększoną zachorowalnością z powodu infekcji, rozpadu rany i obrzęku limfatycznego.4,5 Jako alternatywę, kilka dekad temu opracowano procedurę identyfikacji węzła wartowniczego (SLN), aby wykryć pierwszy węzeł chłonny drenujący guz.6 W przypadku rozsiewu limfogennego, SLN jest pierwszym zajętym węzłem chłonnym (Rysunek 1). Zatem, jeśli SLN nie zawiera przerzutów, węzły chłonne położone poniżej również będą wolne od przerzutów nowotworowych i nie muszą być usuwane. Procedura SLN jest częścią leczenia wielu typów nowotworów, takich jak rak piersi i czerniak, ale także rak sromu i szyjki macicy.7 Obecna standardowa metodologia detekcji SLN polega na okoguźnym wstrzyknięciu radiokoloidu na dzień przed operacją oraz śródoperacyjnym podaniu barwnika. Wadami tej procedury w raku szyjki macicy i sromu są liczne zastrzyki w obrębie narządów płciowych, co prowadzi do zwiększenia stresu psychicznego u pacjentki, oraz stosowanie radioaktywnego koloidu.
Wielospektralne obrazowanie fluorescencyjne to rozwijająca się metoda obrazowania, którą można zastosować śródoperacyjnie bez konieczności wstrzykiwania radiokoloidu. Do śródoperacyjnego obrazowania fluorescencyjnego potrzebne są dwa komponenty: czynnik fluorescencyjny oraz ilościowy system optyczny do obrazowania śródoperacyjnego. Jako fluorofor wykorzystaliśmy zieleń indocyjaninową (ICG). ICG jest stosowana od wielu dziesięcioleci do oceny funkcji serca, perfuzji mózgowej oraz perfuzji wątroby.8 Jest to lek obojętny z bezpiecznym profilem farmakobiologicznym. Po wzbudzeniu przy długości fali około 750 nm emituje światło w spektrum bliskiej podczerwieni około 800 nm. Wykorzystano specjalistyczny system kamer do wielospektralnego obrazowania fluorescencyjnego.9.
Celem niniejszego artykułu wideo jest zaprezentowanie detekcji SLN z wykorzystaniem śródoperacyjnego obrazowania fluorescencyjnego u pacjentek z rakiem szyjki macicy i sromu. Obrazowanie fluorescencyjne jest stosowane jako uzupełnienie standardowej procedury, polegającej na podaniu radiokoloidu i barwnika niebieskiego. W przyszłości śródoperacyjne obrazowanie fluorescencyjne może zastąpić obecną metodę, a jego zastosowanie można łatwo przenieść na inne wskazania, takie jak rak piersi i czerniak.
Protokół
1. Śródoperacyjna multispektralna kamera fluorescencyjna
- Dedykowany system kamer został opracowany w Instytucie Obrazowania Biologicznego i Medycznego (IBMI, Technical University / Helmholtz Zentrum, Monachium, Niemcy) w ścisłej współpracy z firmą SurgOptix (SurgOptix Inc, Redwood Shores, CA, USA). Konfiguracja śródoperacyjnego wielospektralnego systemu kamer fluorescencyjnych przedstawiona jest na Rysunku 2.
- Światło przechodzi przez układ optyczny i zostaje rozdzielone na światło widzialne, światło w pasmie długości fali emisji (fluorescencji) oraz światło w pasmie długości fali wzbudzenia. Wiązki te są rejestrowane przez kamery CCD (CCD) (Rysunek 2). Sygnały wielospektralne ze wszystkich kamer są przetwarzane w celu korekcji artefaktów i uzyskania rzeczywistego ilościowego rozkładu bio-dystrybucji fluorochromu. Sygnały barwne i fluorescencyjne mogą być wyświetlane jako oddzielne obrazy na zewnętrznych monitorach lub nałożone na siebie w jednym obrazie.
- Filtry wzbudzenia i emisji kamery zostały w niniejszym pomiarze ustawione odpowiednio na zbieranie sygnału przy 750 nm i 800 ±20 nm.
2. Przygotowanie optycznego środka kontrastowego
- Fluorescencyjny środek kontrastowy zieleń indocyjaninowa (ICG, Pulsion AG, Monachium, Niemcy) jest przygotowywany w warunkach sterylnych. Stosuje się stężenie 0,5 mg/mL. Ważne jest użycie sterylnej wody destylowanej, a nie chlorku sodu (NaCl), ponieważ ten drugi spowodowałby agregację ICG.
- Po przygotowaniu roztwór należy przechowywać w ciemnym i chłodnym miejscu, aby uniknąć szybkiego pogorszenia intensywności fluorescencji wskutek fotoblaknięcia. Uwaga: od tego momentu należy chronić ICG przed światłem.
3. Obrazowanie śródoperacyjne – przygotowanie i wstrzyknięcie ICG
- Kamera zostaje ustawiona i uruchomiona w sali operacyjnej przed zabiegiem, aby zminimalizować zakłócenia standardowej procedury chirurgicznej, a następnie podłączona do ekranów wysokiej rozdzielczości (Rysunek 2B).
- Kamera zostaje przykryta standardowymi jałowymi obłożeniami (Carl Zeiss Vision BV, Sliedrecht, Holandia, OPMI Drape REF 306071) przez badacza w sterylnej odzieży operacyjnej.
- Uwaga: należy zadbać o stosowanie wyłącznie bezbarwnych środków dezynfekcyjnych, ponieważ kolorowe środki dezynfekcyjne są często autofluorescencyjne i mogą zakłócać proces obrazowania. Ponadto jałowe obłożenia i markery chirurgiczne mogą wykazywać autofluorescencję. Zaleca się przetestowanie wszystkich materiałów używanych w sali operacyjnej i w polu operacyjnym pod kątem autofluorescencji przed zabiegiem.
- Fluorescencyjny środek kontrastowy, zieleń indocyjaninowa (ICG), jest przygotowywana w warunkach sterylnych. Stosuje się stężenie 0,5 mg/mL. Ważne jest użycie sterylnej wody destylowanej, a nie NaCl, ponieważ ten drugi spowodowałby agregację ICG. Po przygotowaniu roztwór musi być przechowywany w ciemnym i chłodnym miejscu, aby uniknąć szybkiego spadku intensywności fluorescencji. Uwaga: zaleca się zmianę rękawiczek po przygotowaniu ICG, ponieważ nawet niewielka ilość rozlanego ICG może wpłynąć na jakość obrazu.
- Procedura obrazowania rozpoczyna się po otwarciu jamy brzusznej. Po odsłonięciu obszaru zainteresowania kamera jest wprowadzana do pola operacyjnego. Zoom i ostrość są regulowane w warunkach sterylnych. Światła w sali operacyjnej zostają wyłączone w celu lepszej detekcji sygnału fluorescencyjnego.
- 1,0 mL ICG o stężeniu 0,5 mg/mL miesza się z 1,0 mL standardowego barwnika niebieskiego (patent blue / bleu patenté, Guerbet, Francja) w jednej strzykawce. Chirurg wstrzykuje środek kontrastowy w czterech kwadrantach wokół guza pierwotnego, zapobiegając rozlaniu środka. Uwaga: w przypadku rozlania ICG na rękawiczki chirurgiczne konieczna jest zmiana rękawiczek. Wykonuje się statyczne obrazy lub nagrania wideo w czasie rzeczywistym z przepływu limfy i pojawienia się fluorescencyjnego węzła chłonnego wartowniczego (Rysunek 3). Wszystkie obrazy i filmy są zapisywane bezpośrednio na komputerze.
- Oprócz fluorescencji, SLN jest również wykrywany zgodnie ze standardowym protokołem, przy użyciu sondy gamma, poprzez inspekcję wizualną w celu stwierdzenia niebieskiego zabarwienia lub obiema tymi metodami. Tracer radioaktywny jest zazwyczaj podawany na jeden dzień przed operacją, po czym wykonuje się lymphoscintygrafię w celu wykrycia radioaktywnego SLN. Jest to część standardowej procedury i nie wchodzi w skład protokołu obrazowania fluorescencyjnego.
- Wycięcie SLN w czasie rzeczywistym jest prowadzone zarówno na podstawie fluorescencji, jak i niebieskiego zabarwienia węzłów chłonnych. Funkcja obrazowania w czasie rzeczywistym kamery pomaga wykryć wszelką pozostałą fluorescencję lub nieoczekiwane lokalizacje fluorescencyjnych węzłów.
- Po wycięciu SLN wykonuje się obrazy ex vivo wszystkich wyciętych węzłów chłonnych w celu sprawdzenia obecności sygnału fluorescencyjnego. Czas ekspozycji może zostać wydłużony dla uzyskania wyższej rozdzielczości podczas przechwytywania statycznych obrazów (Rysunek 4).
- Badanie histopatologiczne węzłów chłonnych pozwala stwierdzić obecność lub brak komórek nowotworowych w węźle chłonnym wartowniczym.
4. Reprezentatywne wyniki
Fluorescencyjne węzły chłonne mogą być wykrywane z wysokim stosunkiem sygnału do tła. Możliwe jest również monitorowanie przepływu ICG przez naczynia limfatyczne, co pozwala na mapowanie węzłów chłonnych w czasie rzeczywistym. Wyniki mogą być zależne od zwiększającej się głębokości położenia węzła, co może wymagać zastosowania innych procedur oświetlenia w celu uzyskania detekcji. Przyszłe zastosowanie specyficznych fluorescencyjnych czynników celujących w guzy może umożliwić śródoperacyjne wykrywanie dodatniego SLN z komórkami nowotworowymi przy użyciu tej technologii.
Rysunek 1. Teoria węzła chłonnego wartowniczego (SLN). SLN to pierwszy drenujący węzeł (lub węzły) chłonny z guza.
Rycina 2. Schematyczny obraz wielospektralnego systemu kamery fluorescencyjnej (A). Podstawowy układ systemu kamery w sali operacyjnej (B).
Rysunek 3. Wielospektralne obrazowanie fluorescencyjne węzła chłonnego w raku sromu. Kolorowy obraz węzła chłonnego in vivo (A). Obraz fluorescencyjny tego samego węzła chłonnego, in vivo (B). Pseudokolorowy obraz fluorescencyjny nałożony na obraz kolorowy (C).
Rycina 4. Wielospektralne obrazowanie fluorescencyjne węzła chłonnego ex vivo w raku szyjki macicy. Obraz kolorowy węzła chłonnego ex vivo (A). Obraz fluorescencyjny tego samego węzła chłonnego, ex vivo (B). Pseudokolorowy obraz fluorescencyjny nałożony na obraz kolorowy (C).
Dyskusja
W niniejszym filmie zaprezentowano zastosowanie wielospektralnej technologii obrazowania fluorescencyjnego w czasie operacji do śródoperacyjnego wykrywania węzła chłonnego wartowniczego (SLN) w onkologii ginekologicznej. Metodologia ta posiada pewne zalety w stosunku do konwencjonalnej procedury wykrywania SLN. Iniekcja odbywa się podczas samego zabiegu chirurgicznego przy znieczulonym pacjencie, a nie dzień przed operacją, co jest bardziej komfortowe dla pacjentki, szczególnie w przypadku nowotworów ginekologicznych. Ponadto obrazowanie śródoperacyjne zapewnia chirurgowi bezpośrednią wizualną informację zwrotną o przepływie limfy i wzorcu jej drenażu do SLN, zamiast pośredniej informacji z licznika Geigera. W przypadku raka szyjki macicy, gdzie węzły chłonne znajdują się głęboko w miednicy, może to pomóc w poprawie wykrywalności.
Niemniej jednak, największe znaczenie ma etapowe podejście do obrazowania celowanego. Celowane fluorescencyjne środki kontrastowe mogą być łączone z przeciwciałami specyficznymi dla nowotworu lub substratami skierowanymi konkretnie przeciwko komórkom nowotworowym. W ten sposób śródoperacyjne obrazowanie fluorescencyjne ma ogromny potencjał, aby radykalnie zmienić obecną praktykę chirurgii onkologicznej.
Oświadczenia
VN i GMvD są członkami rady naukowej firmy SurgOptix Inc. Przed przystąpieniem do procedury protokół badawczy zostaje zatwierdzony przez lokalną komisję etyki (IRB), a od pacjenta uzyskano świadomą zgodę.
Podziękowania
Jesteśmy wdzięczni pani Inie Wesselman za szkolenie i planowanie pracy personelu sali operacyjnej.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Zieleń indocyjaninowa (ICG) | Pulsion Medical Systems AG, Monachium, Niemcy | D-81829 | Stosuje się roztwór ICG w wodzie destylowanej, a nie w 0.9% NaCl. |
| Błękit patentowy / Bleu patenté | Guerbet | 12322784 | |
| Sterylna woda do iniekcji | B. Braun Medical | ||
| Multispektralny system kamery fluorescencyjnej | Institute for Biological and Medical Imaging (IBMI), Technical University, Monachium, Niemcy oraz SurgOptix Inc, USA | prototyp |
Bibliografia
- Tinga, D. J., Bouma, J., Aalders, J. G. Patients with squamous cell versus adeno(squamous) carcinoma of the cervix, what factors determine the prognosis. Int J Gynecol Cancer. 2 (2), 83-91 (1992).
- McMahon, C. J., Rofsky, N. M., Pedrosa, I. Lymphatic metastases from pelvic tumors: anatomic classification, characterization, and staging. Radiology. 254 (1), 31-46 (2010).
- Zivanovic, O., Khoury-Collado, F., Abu-Rustum, N. R., Gemignani, M. L. Sentinel lymph node biopsy in the management of vulvar carcinoma, cervical cancer, and endometrial cancer. Oncologist. 14 (7), 695-705 (2009).
- Fuller, J., Guderian, D., Kohler, C., Schneider, A., Wendt, T. G. Lymph edema of the lower extremities after lymphadenectomy and radiotherapy for cervical cancer. Strahlenther Onkol. 184 (4), 206-211 (2008).
- Ayhan, A., Celik, H., Dursun, P. Lymphatic mapping and sentinel node biopsy in gynecological cancers: a critical review of the literature. World J Surg Oncol. 6, 53-53 (2008).
- Tanis, P. J., Nieweg, O. E., Valdes Olmos, R. A., Rutgers, E. J., Kroon, B. B. History of sentinel node and validation of the technique. Breast Cancer Res. 3 (2), 109-112 (2001).
- Ghobashy, A. E. E. l, Saidi, S. A. Sentinel lymph node sampling in gynaecological cancers: techniques and clinical applications. Eur J Surg Oncol. 35 (7), 675-685 (2009).
- Alford, R., Simpson, H. M., Duberman, J., Hill, G. C., Ogawa, M., Regino, C. Toxicity of organic fluorophores used in molecular imaging: literature review. Mol Imaging. 8 (6), 341-354 (2009).
- Themelis, G., Yoo, J. S., Soh, K. S., Schulz, R., Ntziachristos, V. Real-time intraoperative fluorescence imaging system using light-absorption correction. J Biomed Opt. 14 (6), 064012-064012 (2009).
Przedruki i uprawnienia
Sprostowanie
Formal Correction: Erratum: Multispectral Real-time Fluorescence Imaging for Intraoperative Detection of the Sentinel Lymph Node in Gynecologic Oncology
Posted by JoVE Editors on 12/20/2010. Citeable Link.
A correction was made to Live Imaging of Dense-core Vesicles in Primary Cultured Hippocampal Neurons. There was an error with an author's name. The author name was corrected to include a first initial as follows:
K. Tim Buddingh
instead of:
Tim Buddingh
