Optyczna tomografia koherentna (OCT) to technika obrazowania o wysokiej rozdzielczości, która umożliwia analizę właściwości optycznych specyficznych dla tkanki, dostarczając środków do różnicowania tkanek. Opracowaliśmy OCT oparty na igłach, zapewniający obrazowanie w czasie rzeczywistym w połączeniu z różnicowaniem guza na miejscu. W niniejszej publikacji opisano metodę przezskórnego, igłowego OCT guzów nerkowych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
in vivo, przezskórna, igłowa, optyczna koherentna tomografia mas nerkowych
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Optyczna koherentna tomografia (OCT) jest optycznym odpowiednikiem obrazowania ultradźwiękowego, opartym na rozpraszaniu wstecznym światła bliskiej podczerwieni. OCT dostarcza obrazy w czasie rzeczywistym z rozdzielczością osiową 15 μm przy efektywnej penetracji tkanek 2-3 mm. Na obrazach OCT oblicza się utratę natężenia sygnału na milimetr penetracji tkanki, współczynnik tłumienia. Współczynnik tłumienia jest właściwością specyficzną dla tkanki, zapewniającą parametr ilościowy dla różnicowania tkanek.
Do tej pory decyzje dotyczące leczenia masy nerkowej były podejmowane głównie na podstawie charakterystyki obrazowania MRI i CT, wieku i chorób współistniejących. Jednak tym parametrom i metodom diagnostycznym brakuje finezji, aby naprawdę wykryć złośliwy potencjał masy nerkowej. Udana biopsja gruboigłowa lub aspiracja cienkoigłowa zapewnia obiektywne różnicowanie guza zarówno z czułością, jak i swoistością w zakresie 95-100%. Należy jednak spodziewać się wskaźnika niediagnostycznego wynoszącego 10-20% ogółem, a nawet do 30% w przypadku SRM, co opóźnia proces diagnostyczny ze względu na częstą konieczność wykonywania dodatkowych procedur biopsji.
Naszym celem jest przekształcenie OCT w biopsję optyczną, zapewniającą obrazowanie w czasie rzeczywistym połączone z różnicowaniem guzów na miejscu. Niniejsza publikacja zawiera szczegółowe podejście krok po kroku do przezskórnego, igłowego, OCT guzów nerkowych.
Wprowadzenie
Ostatnie dziesięciolecia wykazały stały wzrost częstości występowania guzów nerkowych 1,2. Do tej pory decyzje dotyczące leczenia guza nerkowego były podejmowane przede wszystkim na podstawie charakterystyki obrazowania MRI i CT, wieku i chorób współistniejących. Jednak tym metodom diagnostycznym i parametrom klinicznym brakuje finezji, aby naprawdę wykryć złośliwy potencjał masy nerkowej. Biopsja gruboigłowa lub aspiracja cienkoigłowa z wystarczającą ilością tkanki do oceny patologicznej (diagnostyki) zapewnia obiektywne różnicowanie guza zarówno z czułością, jak i swoistością w zakresie 95-100% 3. Dlatego biopsja zyskuje akceptację w ocenie podejrzanych guzów nerkowych 4,5. Jednak biopsje bez wystarczającej ilości tkanki do ustalenia diagnozy lub z prawidłowym miąższem nerki (niediagnostyczne) występują z częstością 10-20% ogółem, a nawet do 30% w małych masach nerek (<4 cm, SRM), opóźniając proces diagnostyczny ze względu na częstą konieczność wykonywania dodatkowych procedur biopsyjnych3,5.
Optyczna koherentna tomografia (OCT) to nowatorska metoda obrazowania, która ma potencjał do pokonania wyżej wymienionych przeszkód w różnicowaniu masy nerkowej. Opierając się na rozpraszaniu wstecznym światła w bliskiej podczerwieni, OCT dostarcza obrazy o rozdzielczości osiowej 15 μm przy efektywnej penetracji tkanek 2-3 mm (ryc. 1, 2). Utrata intensywności sygnału na milimetr penetracji tkanki, wynikająca z tkankowego rozpraszania światła, jest wyrażona jako współczynnik tłumienia (μOCT: mm-1), jak opisali Faber i wsp.6. Charakterystyki histologiczne mogą być skorelowane z wartościamiμ OCT, zapewniając ilościowy parametr różnicowania tkanek (ryc. 3).
Podczas kancerogenezy, komórki nowotworowe wykazują zwiększoną liczbę, większe i bardziej nieregularnie ukształtowane jądra o wyższym współczynniku załamania światła i bardziej aktywnych mitochondriach. Ze względu na tę nadekspresję składników komórkowych należy spodziewać się zmiany μoct podczas porównywania nowotworów złośliwych z łagodnymi guzami lub niedotkniętą tkanką 7.
Ostatnio badaliśmy zdolność powierzchownego OCT do różnicowania łagodnych i złośliwych mas nerkowych 8,9. U 16 pacjentów śródoperacyjne pomiary OCT tkanki nowotworowej uzyskano za pomocą umieszczonej na zewnątrz sondy OCT. Ramię kontrolne składało się z pomiarów OCT niezmienionej tkanki u tych samych pacjentów. Normalna tkanka wykazała znacznie niższy średni współczynnik tłumienia w porównaniu z tkanką złośliwą, co potwierdza potencjał OCT do różnicowania guza. Ta analiza ilościowa została zastosowana w podobny sposób do oceny innych typów tkanek złośliwych, takich jak rak urotelialny 10,11 i różnicowanie neoplazji nabłonka sromu 12.
Naszym celem jest przekształcenie OCT w biopsję optyczną, zapewniającą obrazowanie w czasie rzeczywistym połączone z różnicowaniem guzów na miejscu. Celem niniejszego badania jest opisanie przezskórnego, opartego na igłach podejścia OCT u pacjentów, u których zdiagnozowano solidne zwiększenie masy nerkowej. Według naszej wiedzy niniejszy opis metody jest pierwszym, który ocenia możliwość stosowania OCT guzów nerki za pomocą igieł.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Przedstawiona procedura odbywa się zgodnie z protokołem badawczym zatwierdzonym przez Institutional Review Board of the Academic Medical Center Amsterdam, numer rejestracyjny NL41985.018. Od wszystkich uczestników wymagana jest pisemna świadoma zgoda.
1. System
- W tym eksperymencie użyj systemu OCT w domenie Fouriera, działającego w paśmie długości fali 1280–1350 nm. Interferometria niskokoherentna w domenie Fouriera pozwala na ciągłe skanowanie, co zwiększa szybkość akwizycji danych w porównaniu z systemami OCT w dziedzinie czasu pierwszej generacji. Uwaga: System OCT jest połączony z sondą światłowodową, skanującą spiralnie pod kątem ~90°. Ma średnicę zewnętrzną 2,7F (0,9 mm) i długość wkładaną 135 cm. Sonda łączy się z konsolą OCT poprzez silnik napędowy i sterownik optyczny (stacja dokująca) o zakresie odciągania 54 mm. Pozyskane zbiory danych OCT składają się z 541 obrazów przekrojowych (B-skanów) o rozdzielczości osiowej 15 μm (ryc. 1, 2).
- Aby zagwarantować dokładne i powtarzalne pomiary tłumienia, należy skalibrować, mierząc μokt dla rosnących stężeń w oparciu o procentową zawartość wagową emulsji tłuszczowej (np. Intralipid), jak opisano wcześniej przez Kodach i wsp.14, 15.
W skrócie:- Rozcieńczyć standardową partię 20% emulsji tłuszczowej zdemineralizowanymH2O, aby osiągnąć stężenia 0,125, 0,250, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0, 10, 15 i 20 (podstawowych) procent.
- Umieścić sondę OCT w 200 ml mieszaniny emulsji tłuszczowej i uzyskać pomiar OCT.
- Odsyłacz wyodrębniony μ wartościoct ze znanymi wartościami w literaturze.
- Rozcieńczyć standardową partię 20% emulsji tłuszczowej zdemineralizowanymH2O, aby osiągnąć stężenia 0,125, 0,250, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0, 10, 15 i 20 (podstawowych) procent.
2. Limit czasu i umiejscowienie pacjenta
- Przed rozpoczęciem zabiegu należy sprawdzić imię i nazwisko, datę urodzenia, zabieg, stronę zabiegową, stosowanie leków przeciwzakrzepowych i alergie.
- W zależności od lokalizacji guza, ułóż pacjenta w pozycji leżącej lub bocznej odleżyny. Udziel pacjentowi odpowiedniego wsparcia i zweryfikuj, czy spodziewa się, że będzie czuł się komfortowo w tej pozycji przez okres od 20 do 40 minut.
- Za pomocą ultradźwięków (US)16 zlokalizuj guz i zaznacz punkt wejścia igły na skórze tuszem permanentnym.
UWAGA: W przypadku korzystania z tomografii komputerowej (CT) należy użyć elastycznego szablonu prowadzącego igłę, aby zlokalizować preferowaną pozycję igły dostępowej.
3. Dezynfekcja i sterylne obłożenie
- Załóż czepek chirurgiczny i osłonę ust.
- Oczyścić skórę wokół miejsca wkłucia roztworem chlorheksydyny/alkoholu, uważając, aby nie usunąć poprzednio umieszczonego śladu po wkłuciu igły (krok 2.3). Dezynfekcja dużej powierzchni pozwoli uniknąć konieczności dodatkowego czyszczenia w przypadku nieoczekiwanego przestawienia igły dostępu.
- Ze względu na sterylną zawartość, należy otworzyć zestaw do nakłuwania przezskórnego zawierający: strzykawkę o pojemności 10 ml, igłę do aspiracji, igłę do wstrzykiwań 21 G, skalpel, współosiową igłę wprowadzającą 15 G, igłę trokarową 18 G i pistolet do biopsji gruboigłowej 16 G.
- Dokładnie umyj ręce, a następnie zastosuj środek do dezynfekcji rąk. Załóż fartuch chirurgiczny i sterylne rękawiczki.
- Przykryj pacjenta sterylnymi obłożeniami.
- Nałóż sterylną osłonę na sondę ultradźwiękową i zamocuj prowadnik igły na miejscu.
4. Przygotowanie do PAŹDZIERNIKA
- Uruchom konsolę OCT i wprowadź dane pacjenta w polach oznaczonych jako identyfikator pacjenta, nazwisko, imię i data urodzenia za pomocą interfejsu konsoli.
- Ze względu na sterylną zawartość, rozpakuj opakowanie OCT zawierające sondę OCT, sterylną pokrywę montażową stacji dokującej i strzykawkę typu luer-lock o pojemności 5 ml.
- Nałóż sterylną osłonę na stację dokującą montażową konsoli OCT. Prowadzenie niesterylnego doku montażowego wymaga pomocy asystenta.
- Napełnić strzykawkę o pojemności 5 ml 0,9% NaCl i podłączyć ją do portu płukania. Przepłucz sondę OCT, aż w dystalnej części osłony sondy pojawi się woda.
- Załaduj sondę OCT do stacji montażowej. Po załadowaniu sonda będzie się obracać i emitować czerwone światło potwierdzające prawidłowe działanie. Pozostaw sondę w osłonie ochronnej podczas płukania i ładowania, aby zminimalizować ryzyko uszkodzenia.
- Zdejmij sondę OCT z pokrywy. Umieść sondę na twardej powierzchni i za pomocą skalpela skróć końcówkę. Zamocuj dystalną część sondy podczas cięcia, aby zminimalizować nacisk na światłowód i pryzmat. Wytnij 5 mm dystalnie od pryzmatu, używając emitowanego (czerwonego) światła do orientacji.
5. Przebicie
- Znieczulić skórę i głębokie warstwy za pomocą 2% lidokainy (20 mg/ml). Odczekaj kilka minut, aby lidokaina zaczęła działać. Zapytaj pacjenta, czy odczuwa ból.
- Za pomocą prowadnicy igły umieść współosiową igłę wprowadzającą 15 G, sprawdzając położenie poprzez obrazowanie. Jeśli umieszczenie jest zadowalające, wyjmij zasłonę (ostry rdzeń igły).
- Umieścić igłę trokarową 18 G przez igłę wprowadzającą, przekłuwając guz. Ponownie sprawdź położenie igły za pomocą obrazowania. Jeśli umieszczenie jest zadowalające, wyjmij zasłonę.
- Wprowadzić sondę OCT w górę igły trokaru, aż poczujesz opór.
- Podczas mocowania sondy OCT wycofaj igłę trokaru, wystawiając sondę OCT na działanie tkanki nowotworowej. Utrzymywanie końcówki igły trokaru w guzie minimalizuje załamanie sondy OCT podczas cykli oddychania. Zmniejsza to ryzyko uszkodzenia sondy.
- Skanowanie OCT:
- Wykonaj skanowanie OCT z konsolą ustawioną na 541 skanów B na zestaw danych. Zastosowany tutaj system OCT wykona automatyczne odciąganie na długości 5,4 cm, nie wymagając żadnej szczególnej regulacji parametrów.
- Sprawdź skan pod kątem jakości, artefaktów i wyglądu tkanki stałej (ryc. 1A). Artefakty najczęściej pojawiają się jako okrągłe pasma wyróżniające się z normalnego wzorca OCT (ryc. 1B).
- Wymień sondę, jeśli artefakty będą się utrzymywać po ponownym skanowaniu.
- Powtarzaj krok 5.6 do momentu uzyskania co najmniej 3 zestawów danych OCT.
- Wyjmij sondę OCT i igłę trokarową, pozostawiając igłę wprowadzającą na miejscu.
- Uzbrój pistolet do biopsji grubioricznej i umieść go w igle wprowadzającej, sprawdzając pozycję podczas obrazowania.
- Jeśli ustawienie jest zadowalające, odpal pistolet do biopsji.
- Umieść materiał biopsyjny w pojemniku zgodnie z protokołem oddziału patologii. Tutaj umieść biopsje na szalce Petriego z papierową wkładką, wystarczająco nasyconą 0,9% NaCl.
- Sprawdź jakość biopsji gruboigłowy i powtarzaj kroki 5.9 i 5.10, aż do uzyskania wystarczającej ilości materiału.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Wśród pierwszych 25 guzów (23 pacjentów) przeprowadzono łącznie 24 pomyślne procedury OCT. W jednym przypadku awaria sondy uniemożliwiła wykonanie skanu OCT. Wystąpiły dwa zdarzenia niepożądane (AE), które zostały szczegółowo opisane w sekcji dyskusji. Ogólna charakterystyka pacjentów znajduje się w Tabeli 1.
Konsola OCT posiada zainstalowane oprogramowanie umożliwiające uzyskiwanie obrazów OCT w czasie rzeczywistym do natychmiastowej analizy jakościowej pozyskanych zbiorów da...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
W niniejszej publikacji przedstawiono możliwość przezskórnego, igłowego OCT nerki. Jest to niezbędny pierwszy krok w rozwoju OCT jako klinicznie stosowanej techniki różnicowania guza, określanej jako "biopsja optyczna". Nasi pierwsi 25 pacjenci wykazali, że przezskórne OCT jest łatwą i bezpieczną procedurą. Biopsja optyczna ma dwie zalety w porównaniu z konwencjonalnymi biopsjami grubogłowymi. Po pierwsze, pozyskiwanie i analiza danych OCT w czasie rzeczywistym zapewni natychmiastowe wyniki diagnostyczne, w porównaniu z ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy tego artykułu nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Ta praca jest finansowana przez Fundację Lekarstwo na Raka, Holenderską Fundację Technologiczną (STW) oraz Holenderską Organizację Badań i Rozwoju Zdrowia (ZonMw).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 15 G/7,5 cm Współosiowa igła wprowadzająca | Angiotech, Gainesville, USA | MCXS1612SX | |
| 18 G/20 cm Igła trokarowa | Cook medyczna, Bloomington, USA | DTN-18-20.0-U | |
| 16 G/20 cm Szybko-rdzeniowy pistolet do biopsji | Cook Medical, Bloomington, USA | G07827 | |
| System optymalizacji PCI Ilumien Optis (OCT & FFR) | St. Jude medical, St. Paul, USA | C408650 | część Dragonfly Kit. St. Jude medical, St. Paul, USA. (C4088643) |
| Cewnik do obrazowania Dragonfly Duo | LightLab Imaging, Westford, USA | C408644 | częścią zestawu Dragonfly Kit. St. Jude medical, St. Paul, USA. (C4088643) |
| Sterylna pokrywa doku | CFI Med. Solutions, Fenton, USA | 200-700-00 | Część zestawu Dragonfly Kit. St. Jude medical, St. Paul, USA. (C4088643) |
| 5 ml strzykawka Luer-lock | Merit Med. Syst., Jordania Południowa, USA | C408647 | |
| Strzykawka 10 ml | BD, Franklin Lakes, Stany Zjednoczone | 300912 | |
| 18 G igła do napełniania | BD, Franklin Lakes, USA | 305180 | |
| Igła do wstrzykiwań 21 G | BD, Franklin Lakes, USA | 301155 | |
| Sterylny skalpel | BD, Franklin Lakes, Stany Zjednoczone | 372611 | |
| NaCl 0,9% roztwór | Braun, Melsungen AG, Niemcy | 222434 | |
| Lidocaï ne HCl 2% (20 mg/ml) roztwór | Braun, Melsungen AG, Niemcy | 3624480 | |
| Sterylny żel do ultradźwięków, Aquasonic 100 | Parker Lab. Inc., Fairfield, USA | GE424609 | |
| Sterylna osłona ultrasonograficzna | Microtek Med., Alpharetta, Stany Zjednoczone | PC1289EU | |
| Kontener | |||
| Pakiet oprogramowania AMIRA | FEI Visualization Sciences Group, Hillsboro, USA | Platforma oprogramowania do analizy | |
| Pakiet oprogramowania FIJI (open source) | Open source, http://fiji.sc/Fiji | Oprogramowanie do przetwarzania obrazów typu open source |
Bibliografia
- Jemal, A., Siegel, R., Xu, J., Ward, E. Cancer statistics, 2010. CA Cancer J. Clin. 60, 277-300 (2010).
- Mathew, A., Devesa, S. S., Fraumeni, J. F., Chow, W. H. Global increases in kidney cancer incidence, 1973-1992. Eur. J. Cancer Prev. 11, 171-178 (2002).
- Volpe, A., et al. Contemporary management of small renal masses. Eur. Urol. 60, 501-515 (2011).
- Ljungberg, B., et al. EAU guidelines on renal cell carcinoma: the 2010 update. Eur. Urol. 58, 398-406 (2010).
- Donat, S. M., et al. Follow-up for Clinically Localized Renal Neoplasms. AUA Guideline, J. Urol. 190, 407-416 (2013).
- Faber, D. J., van der Meer, F. J., Aalders, M. C. G., van Leeuwen, T. G. Quantitative measurement of attenuation coefficients of weakly scattering media using optical coherence tomography. Optics Express. 12, 4353-4365 (2004).
- Xie, T. Q., Zeidel, M. L., Pan, Y. T. Detection of tumorigenesis in urinary bladder with optical coherence tomography: optical characterization of morphological changes. Optics Express. 10, 1431-1443 (2002).
- Barwari, K., et al. Differentiation between normal renal tissue and renal tumours using functional optical coherence tomography: a phase I in vivo human study. BJU. Int. 110, E415-E420 (2012).
- Barwari, K., et al. Advanced diagnostics in renal mass using optical coherence tomography: a preliminary report. J. Endourol. 25, 311-315 (2011).
- Cauberg, E. C., et al. Quantitative measurement of attenuation coefficients of bladder biopsies using optical coherence tomography for grading urothelial carcinoma of the bladder. J. Biomed. Opt. 15, 066013(2010).
- Bus, M. T., et al. Volumetric in vivo visualization of upper urinary tract tumors using optical coherence tomography: a pilot study. J. Urol. 190, 2236-2242 (2013).
- Wessels, R., et al. Optical coherence tomography in vulvar intraepithelial neoplasia. Journal of Biomedical Optics. 17, (2012).
- Yun, S. H., Tearney, G. J., de Boer, J. F., Iftimia, N., Bouma, B. E. High-speed optical frequency-domain imaging. Optics Express. 11, 2953-2963 (2003).
- Kodach, V. M., Kalkman, J., Faber, D. J., van Leeuwen, T. G. Quantitative comparison of the OCT imaging depth at 1300 nm and 1600 nm. Biomed. Opt. Express. 1, 176-185 (2010).
- Kinkelder, R., de Bruin, D. M., Verbraak, F. D., van Leeuwen, T. G., Faber, D. J. Comparison of retinal nerve fiber layer thickness measurements by spectral-domain optical coherence tomography systems using a phantom eye model. J. Biophotonics. 6, 314-320 (2013).
- Baxter, G. M., Sihdu, P. S. Ultrasound of the Urogenital System. , Thieme Medical Publishers Inc. New York, United States. (2006).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
