Artykuł metodologiczny

Wielospektralne obrazowanie fluorescencyjne w czasie rzeczywistym do śródoperacyjnego wykrywania wartowniczego węzła chłonnego w ginekologii onkologicznej

DOI:

10.3791/2225

⸱

20 października 2010

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Surgery, Division of Surgical Oncology, University Medical Center Groningen, 2Helmholtz Zentrum, Technical University Munich, 3Department of Obstetrics and Gynaecology, University Medical Center Groningen

W tym artykule

Informacja o sprostowaniu

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Obrazowanie fluorescencyjne jest obiecującą innowacyjną metodą chirurgii sterowanej obrazem w chirurgii onkologicznej. W tym filmie opisujemy techniczną procedurę wykrywania wartowniczego węzła chłonnego za pomocą obrazowania fluorescencyjnego, jak pokazano w ginekologii onkologicznej. Zastosowano wielospektralny system kamer fluorescencyjnych wraz ze środkiem fluorescencyjnym zielenią indocyjaninową.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rokowanie w praktycznie wszystkich guzach litych zależy od obecności lub braku przerzutów do węzłów chłonnych. 1-3 Leczenie chirurgiczne najczęściej łączy radykalne wycięcie guza z pełną limfadenektomią w obszarze drenażu guza. Jednak usunięcie węzłów chłonnych wiąże się ze zwiększoną zachorowalnością z powodu infekcji, rozpadu rany i obrzęku limfatycznego. 4,5 Alternatywnie, procedura węzła wartowniczego (SLN) została opracowana kilkadziesiąt lat temu w celu wykrycia pierwszego drenującego węzła chłonnego z guza. 6 W przypadku rozsiewu limfogenicznego SLN jest pierwszym węzłem chłonnym, który jest dotknięty chorobą (ryc. 1). W związku z tym, jeśli SLN nie zawiera przerzutów, dalsze węzły chłonne będą również wolne od przerzutów nowotworowych i nie będą musiały być usuwane. Procedura SLN jest częścią leczenia wielu typów nowotworów, takich jak rak piersi i czerniak, ale także raka sromu i szyjki macicy. 7 Obecna standardowa metodologia wykrywania SLN polega na okołonowotworowym wstrzyknięciu radiokoloidu na dzień przed operacją i śródoperacyjnym kolorowego barwnika. Wadą zabiegu w raku szyjki macicy i sromu są wielokrotne iniekcje w okolice narządów płciowych, prowadzące do zwiększonego stresu psychicznego pacjentki oraz stosowanie koloidu radioaktywnego.

Wielospektralne obrazowanie fluorescencyjne to nowa metoda obrazowania, która może być stosowana śródoperacyjnie bez konieczności wstrzykiwania radiokoloidu. Do śródoperacyjnego obrazowania fluorescencyjnego potrzebne są dwa składniki: środek fluorescencyjny i ilościowy układ optyczny do obrazowania śródoperacyjnego. Jako fluorofor użyliśmy zieleni indocyjaninowej (ICG). ICG jest stosowany od wielu dziesięcioleci do oceny czynności serca, perfuzji mózgowej i perfuzji wątroby. 8 Jest to lek obojętny o bezpiecznym profilu farmakobiologicznym. Po wzbudzeniu przy około 750 nm emituje światło w widmie bliskiej podczerwieni około 800 nm. Zastosowano specjalnie wykonany system kamer do obrazowania fluorescencyjnego wielospektralnego. Rozdział 9.

Celem tego artykułu wideo jest pokazanie wykrywania SLN za pomocą śródoperacyjnego obrazowania fluorescencyjnego u pacjentów z rakiem szyjki macicy i sromu. Obrazowanie fluorescencyjne stosuje się w połączeniu ze standardową procedurą, składającą się z radiokoloidu i niebieskiego barwnika. W przyszłości śródoperacyjne obrazowanie fluorescencyjne może zastąpić obecną metodę i można je również łatwo przenieść do innych wskazań, takich jak rak piersi i czerniak.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Śródoperacyjna wielospektralna kamera fluorescencyjna

  1. W Instytucie Obrazowania Biologicznego i Medycznego (IBMI, Uniwersytet Techniczny / Helmholtz Zentrum, Monachium, Niemcy) w ścisłej współpracy z SurgOptix (SurgOptix Inc, Redwood Shores, CA, USA) opracowano niestandardowy system kamer. Ustawienie śródoperacyjnego systemu wielospektralnej kamery fluorescencyjnej przedstawiono na rysunku 2.
  2. Światło przechodzi przez układ optyczny i jest rozdzielane na światło widzialne, światło w paśmie długości fali emisji (fluorescencji) i światło w paśmie długości fali wzbudzenia. Wiązki te są wykrywane przez kamery CCD (CCD) (rysunek 2). Sygnały wielospektralne ze wszystkich kamer są przetwarzane w celu skorygowania artefaktów i uzyskania prawdziwej ilościowej biodystrybucji fluorochromu. Sygnały barwne i fluorescencyjne mogą być wyświetlane jako osobne obrazy na monitorach zewnętrznych lub nakładane na jeden obraz.
  3. Filtry wzbudzenia i emisji kamery są ustawione w niniejszym pomiarze na zbieranie odpowiednio 750 nm i 800 ±20 nm.

2. Przygotowanie optycznego środka kontrastowego

  1. Fluorescencyjny środek kontrastowy w kolorze zieleni indocyjaninowej (ICG, Pulsion AG, Monachium, Niemcy) przygotowuje się w sterylnych warunkach. Stosuje się stężenie 0,5 mg/ml. Ważne jest, aby używać sterylnej wody destylowanej, a nie chlorku sodu (NaCl), ponieważ ten ostatni spowoduje agregację ICG.
  2. Po przygotowaniu roztwór należy przechowywać w ciemnym, chłodnym miejscu, aby uniknąć szybkiego pogorszenia intensywności fluorescencji przez wybielanie. Uwaga: od tego momentu należy chronić ICG przed światłem.

3. Obrazowanie śródoperacyjne - Konfiguracja i wstrzyknięcie ICG

  1. Kamera jest umieszczana i uruchamiana na sali operacyjnej przed operacją w celu zminimalizowania zakłóceń w standardowej procedurze chirurgicznej i podłączona do ekranów o wysokiej rozdzielczości (ryc. 2B).
  2. Kamera jest pokryta standardowymi sterylnymi obłożami (Carl Zeiss Vision BV, Sliedrecht, Holandia, OPMI Drape REF 306071) przez badacza w sterylnej odzieży operacyjnej.
  3. Uwaga: należy zachować ostrożność, aby używać wyłącznie przezroczystych środków dezynfekujących, ponieważ kolorowe środki dezynfekujące często są autofluorescencyjne i mogą zakłócać procedurę obrazowania. Ponadto sterylne serwety i markery chirurgiczne mogą być autofluorescencyjne. Zaleca się przetestowanie wszystkich materiałów używanych na sali operacyjnej i polu operacyjnym pod kątem autofluorescencji przed zabiegiem.
  4. Fluorescencyjny środek kontrastowy zieleń indocyjaninowa (ICG) jest przygotowywany w sterylnych warunkach. Stosuje się stężenie 0,5 mg/ml. Ważne jest, aby używać sterylnej wody destylowanej, a nie NaCl, ponieważ ten ostatni spowoduje agregację ICG. Po przygotowaniu roztwór należy przechowywać w ciemnym, chłodnym miejscu, aby uniknąć szybkiego pogorszenia intensywności fluorescencji. Uwaga: zaleca się zmianę rękawic po przygotowaniu ICG, ponieważ nawet niewielka ilość rozlanego ICG może wpłynąć na jakość obrazu.
  5. Procedura obrazowania rozpoczyna się po otwarciu jamy brzusznej. Gdy obszar zainteresowania jest naświetlony, kamera jest manewrowana w polu operacyjnym. Zoom i ostrość są regulowane w sterylnych warunkach. Światła na sali operacyjnej są wyłączone w celu lepszego wykrywania sygnału fluorescencji.
  6. 1,0 ml 0,5 mg / ml ICG miesza się z 1,0 ml standardowego niebieskiego barwnika (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 rękawice chirurgiczne konieczna jest zmiana rękawic. Uzyskuje się zdjęcia lub filmy w czasie rzeczywistym dotyczące przepływu limfy i wyglądu fluorescencyjnego węzła wartowniczego (ryc. 3). Wszystkie zdjęcia i filmy są zapisywane bezpośrednio na komputerze.
  7. Oprócz fluorescencji, SLN jest również wykrywany zgodnie ze standardowym protokołem, za pomocą sondy gamma lub poprzez oględziny pod kątem niebieskiego przebarwienia, lub obu. Znacznik radioaktywny jest zwykle podawany na jeden dzień przed zabiegiem chirurgicznym, po czym wykonuje się limfoscintigram w celu wykrycia radioaktywnego SLN. Jest to część standardowej procedury i nie ma na nią miejsca w protokole obrazowania fluorescencyjnego.
  8. Wycięcie SLN w czasie rzeczywistym odbywa się zarówno przez fluorescencję, jak i niebieskie przebarwienia węzłów chłonnych. Funkcja czasu rzeczywistego kamery pomaga wykrywać wszelkie pozostałości fluorescencji lub nieoczekiwane lokalizacje węzłów fluorescencyjnych.
  9. Po wycięciu SLN uzyskuje się obrazy ex vivo wszystkich wyciętych węzłów chłonnych pod kątem obecności sygnału fluorescencyjnego. Czas naświetlania można wydłużyć, aby uzyskać wyższą rozdzielczość podczas robienia zdjęć (rysunek 4).
  10. Badanie histopatologiczne węzłów chłonnych ujawnia obecność lub brak komórek nowotworowych w węźle wartowniczym
    11. .

4. Reprezentatywne wyniki

Fluorescencyjne węzły chłonne mogą być wykrywane z wysokim stosunkiem sygnału do tła. Ponadto przepływ ICG przez naczynia limfatyczne może być monitorowany, co pozwala na mapowanie węzłów chłonnych w czasie rzeczywistym. Na wyniki może mieć wpływ rosnąca głębokość węzła, co może wymagać różnych procedur oświetlenia w celu osiągnięcia detekcji. Przyszłe zastosowanie specyficznych środków fluorescencyjnych ukierunkowanych na nowotwór może zapewnić śródoperacyjne wykrywanie dodatniego SLN z komórkami rakowymi przy użyciu tej technologii.

figure-protocol-1
Rysunek 1. Teoria wartowniczego węzła chłonnego (SLN). SLN jest pierwszym węzłem chłonnym drenującym z guza.

figure-protocol-2
Rysunek 2. Schematyczny obraz systemu wielospektralnej kamery fluorescencyjnej (A). Podstawowa konfiguracja systemu kamer na sali operacyjnej (B).

figure-protocol-3
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). Obraz fluorescencji pseudokolorowej nałożony na obraz kolorowy (C).

figure-protocol-4
Rysunek 4. Wielospektralne obrazowanie fluorescencyjne węzła chłonnego ex vivo w raku szyjki macicy. Kolorowy obraz węzła chłonnego ex vivo (A). Obraz fluorescencyjny tego samego węzła chłonnego, ex vivo (B). Obraz fluorescencji pseudokolorowej nałożony na obraz kolorowy (C).

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Film przedstawia zastosowanie technologii wielospektralnego śródoperacyjnego obrazowania fluorescencyjnego do śródoperacyjnego wykrywania węzła wartowniczego (SLN) w ginekologii onkologicznej. Metodologia ta ma pewne zalety w porównaniu z konwencjonalną procedurą SLN. Iniekcja odbywa się podczas samego zabiegu chirurgicznego, przy znieczuleniu pacjenta, a nie dzień przed zabiegiem, co jest bardziej przyjazne dla pacjenta, zwłaszcza w nowotworach ginekologicznych. Co więcej, obrazowanie śródoperacyjne zapewnia chirurgowi bezpośrednią wizualną informację zwrotną o przepływie limfy i schemacie jej drenażu do SLN, a nie pośrednio za pośrednictwem Geigera-tellera. W przypadku raka szyjki macicy, gdzie węzły chłonne znajdują się głęboko w miednicy, może to pomóc w poprawie wykrywalności.

Największe znaczenie ma jednak podejście "step-up" w kierunku obrazowania celowanego. Celowane fluorescencyjne środki kontrastowe mogą być łączone z przeciwciałami specyficznymi dla nowotworu lub substratami specyficznie skierowanymi na komórki nowotworowe. W ten sposób śródoperacyjne obrazowanie fluorescencyjne ma ogromny potencjał, aby radykalnie zmienić obecną praktykę chirurgii onkologicznej.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

VN i GMvD są członkami rady naukowej SurgOptix Inc. Przed zabiegiem protokół badania jest zatwierdzany przez lokalną Komisję ds. Przeglądu Badań (IRB) i uzyskiwana jest świadoma zgoda pacjenta.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Jesteśmy wdzięczni Pani Inie Wesselman za szkolenie i planowanie personelu sali operacyjnej.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Zieleń indocyjaninowa (ICG)Pulsion Medical Systems AG, Monachium, NiemcyD-81829Stosuje się roztwór ICG w wodzie destylowanej, a nie w NaCl 0,9%.
Patent niebieski / Bleu patentéGuerbet12322784
Sterylna woda do wstrzykiwańB. Braun Medical
Multispektralny system kamer fluorescencyjnych Instytut Obrazowania Biologicznego i Medycznego (IBMI), Uniwersytet Techniczny, Monachium, Niemcy oraz SurgOptix Inc., prototyp
USA

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. McMahon, C. J., Rofsky, N. M., Pedrosa, I. Lymphatic metastases from pelvic tumors: anatomic classification, characterization, and staging. Radiology. 254 (1), 31-46 (2010).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Sprostowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

Tagi

Wielospektralne obrazowanie fluorescencyjneziele indocyjaninowakamera do obrazowania fluorescencyjnegoledzenie fluorescencyjne w czasie rzeczywistymwyci cie w z a ch onnegowstrzykiwanie zwi zku fluorescencyjnegofluorescencja w bliskiej podczerwieni

Powiązane artykuły