Name: Fantomy symulujące tkanki do oceny potencjalnych zastosowań obrazowania fluorescencyjnego w bliskiej podczerwieni w chirurgii raka piersi (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 5 s
Description: Poznaj symulację obrazowania fluorescencyjnego w bliskiej podczerwieni do lokalizacji guzów w chirurgii raka piersi. Metoda wykorzystuje fantomy tkankowe z fluorescencyjnymi inkluzjami, umożliwiając ocenę marginesów chirurgicznych w czasie rzeczywistym.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Ta praca była wspierana przez grant fundacji Jana Kornelisa de Cocka.

1. Tworzenie form silikonowych dla inkluzji symulujących guz
<ol>
	<li>Należy zebrać przedmioty stałe o pożądanym kształcie i rozmiarze, które mogą służyć jako modele inkluzji symulujących guz, np. koraliki lub kulki szklane.</li>
	<li>Modele guzów należy dokładnie oczyścić. Aby zapewnić łatwe wyjęcie z formy silikonowej, modele można spryskać sprayem antyadhezyjnym lub pokryć cienką warstwą wazeliny lub wosku pszczelego.</li>
	<li>Każdy model należy umieścić w oddzielnym cienkościennym kwadratowym (plastikowym) pudełku o gładkiej powierzchni. W razie potrzeby należy przymocować model do dna pudełka, aby utrzymać go w pozycji. Należy użyć pudełka nieco większego niż sam model guza, aby uniknąć marnowania nadmiernych ilości silikonu.</li>
	<li>Do miski do mieszania należy wlać wymaganą ilość komponentu A silikonu i dodać komponent B silikonu w stosunku masowym 10:1. Oba komponenty należy dokładnie wymieszać. Opcjonalnie można użyć pompy próżniowej w celu usunięcia pęcherzyków powietrza z mieszaniny silikonowej.</li>
	<li>Mieszaninę silikonową należy powoli wlewać do plastikowego pudełka, aby zapobiec uwięzieniu pęcherzyków powietrza. W celu uzyskania optymalnych wyników mieszaninę silikonową należy przetworzyć w ciągu 45 min.</li>
	<li>Mieszaninę silikonową należy pozostawić do stwardnienia na co najmniej 6 hr przed przecięciem formy i wyjęciem modelu guza. Opcjonalnie formę silikonową można wyciąć w zygzakowaty wzór, aby umożliwić jej dokładne dopasowanie po ponownym złożeniu. Maksymalna wytrzymałość silikonu zostaje osiągnięta po 3 dniach.</li>
</ol>
2. Przygotowanie soli fizjologicznej z buforem Tris
<ol>
	<li>Przygotować roztwór soli buforowanej Trisem (TBS), dodając 6,1 g (50 mM) Tris i 8,8 g (150 mM) NaCl do 800 ml wody dejonizowanej.</li>
	<li>Dodać 1,0 g (15 mmol) NaN3 , aby zablokować utlenianie hemoglobiny (krok 3.3 i 4.4) oraz zahamować wzrost bakterii. OSTROŻNIE: NaN3 jest silną trucizną. Może być śmiertelny w przypadku kontaktu ze skórą lub połknięcia. Toksyczność tego związku jest porównywalna z toksycznością rozpuszczalnych cyjanków alkaliów, a dawka śmiertelna dla dorosłego człowieka wynosi około 0,7 g. Należy zawsze przestrzegać instrukcji bezpieczeństwa dostarczonych przez producenta.</li>
	<li>Dostosować pH do wartości 7,4 i uzupełnić objętość do 1,000 ml wodą dejonizowaną.</li>
</ol>
3. Tworzenie inkluzji fluorescencyjnych
<ol>
	<li>Do 50 ml TBS z kroku 2 dodać 2 g agarozy. Wyższa temperatura topnienia agarozy w porównaniu do żelatyny (krok 4.2) zapobiegnie rozpuszczaniu się inkluzji i wyciekowi barwnika fluorescencyjnego po umieszczeniu ich w roztopionej żelatynie. Opcjonalnie ilość dodawanej agarozy można zmienić na 1 lub 3 g, aby uzyskać odpowiednio bardziej miękkie lub wyczuwalne w dotyku inkluzje nowotworowe.</li>
	<li>Podgrzewać zawiesinę agarozy w mikrofalówce do momentu osiągnięcia temperatury wrzenia. Mieszać dokładnie do całkowitego rozpuszczenia agarozy.</li>
	<li>Do mieszaniny agarozy, przy ciągłym mieszaniu, dodać 1,1 g (17 µmol) hemoglobiny oraz 5 ml intralipid 20% rozpuszczonego w 50 ml TBS, aby uzyskać właściwości optyczne zbliżone do otaczającej tkanki fantomu piersi (krok 4).</li>
	<li>Dodać 20,0 mg (25,8 µmol) fluorescencyjnego barwnika indocyjaniny zielonej do 83,8 ml wody dejonizowanej. Upewnić się, że barwnik jest całkowicie rozpuszczony.</li>
	<li>Odpipetować 5,0 ml tego roztworu i dodać do mieszaniny agarozy, aby uzyskać końcowe stężenie 14 µM. Opcjonalnie można zastosować inne barwniki fluorescencyjne niż ICG przy ich własnym stężeniu optymalnym.</li>
	<li>Ostrożnie wypełnić strzykawką formy silikonowe przygotowane w kroku 1 gorącą mieszaniną agarozy (Rycina 1A). Powtarzać ten proces, aż wszystkie formy zostaną wypełnione.</li>
	<li>Pozostawić fluorescencyjne inkluzje do zastygnięcia w RT przez około jedną godzinę. Chronić inkluzje przed światłem, zakrywając całą formę folią aluminiową.</li>
	<li>Po zastygnięciu ostrożnie otworzyć formę i wycisnąć inkluzję (Rycina 1B). Opcjonalnie można użyć końcówki strzykawki do naniesienia małych kropel roztopionej mieszaniny agarozy na powierzchnię inkluzji. Powtarzając ten proces kilka razy w tym samym miejscu, można stworzyć niewielkie wyrostki nowotworowe, aby symulować nowotwory naciekające.</li>
	<li>Chronić inkluzje agarowe przed światłem i odwadnianiem, owijając je folią aluminiową, i przechowywać w wilgotnym pojemniku w temperaturze 4 °C. 
	UWAGA: Zastosowanie stężeń barwnika fluorescencyjnego niższych lub wyższych od znanego stężenia optymalnego spowoduje obniżenie intensywności sygnału fluorescencyjnego. Pozornie nieintuicyjny spadek intensywności sygnału wraz ze wzrostem stężenia barwnika powyżej wartości optymalnej wynika ze zjawiska znanego jako gaszenie (quenching). Przy ocenie maksymalnej głębokości penetracji barwnika fluorescencyjnego w fantomach stosowanie stężenia optymalnego jest obowiązkowe.</li>
</ol>
4. Tworzenie fantomów piersi
<ol>
	<li>Należy dobrać formę w kształcie kubka, aby stworzyć fantomy piersi o pożądanej wielkości i objętości, np. szklaną lub plastikową miseczkę. Forma powinna mieć gładką powierzchnię, aby zapobiec przyleganiu żelatyny do ścianek. Objętość formy wynosząca 500 ml pozwoli na stworzenie fantomów piersi o odpowiedniej wielkości.</li>
	<li>Aby stworzyć fantom piersi o objętości 500 ml, należy dodać 50 g żelatyny o sile żelowania 250 bloom do 500 ml TBS (krok 2). Zawiesinę żelatyny należy podgrzać do 50 °C przy ciągłym mieszaniu.</li>
	<li>Po całkowitym rozpuszczeniu żelatyny należy pozwolić mieszaninie stopniowo ostygnąć i utrzymywać ją w stałej temperaturze 35 °C za pomocą kąpieli wodnej.</li>
	<li>Przy ciągłym mieszaniu należy dodać 5,5 g (85 mmol) hemoglobiny wołowej oraz 25 ml Intralipid 20%, aby odpowiednio symulować absorpcję i rozpraszanie fotonów w tkance.</li>
	<li>Formę w kształcie kubka należy schłodzić w temperaturze 4 °C przez co najmniej 1 h. Następnie należy wlać mieszaninę żelatyny do formy do poziomu odpowiadającego zdefiniowanej głębokości agarozowego włączenia symulującego guz (Ryc. 1C). Pozostawić mieszaninę żelatyny do stężenia w temperaturze 4 °C na okres od 30 min do 1 h.</li>
	<li>Po zastygnięciu należy umieścić fluorescencyjne włączenie z agarozy symulujące guz na powierzchni fantomu i tymczasowo przymocować je małą igłą. W jednym fantomie piersi można umieścić maksymalnie trzy fluorescencyjne włączenia symulujące guzy. Między poszczególnymi włączeniami symulującymi guzy należy zachować odpowiedni odstęp (co najmniej 5 cm) (Ryc. 1D).</li>
	<li>Pozostałą część ciepłej mieszaniny żelatyny należy wlać do pozostałej objętości formy, umożliwiając przyleganie obu warstw bez tworzenia artefaktów refrakcji. Miejsce fluorescencyjnych włączeń symulujących guzy należy zaznaczyć na formie. Pozostawić fantom do zastygnięcia przez noc (O/N) w temperaturze 4 °C.</li>
	<li>Po zastygnięciu należy usunąć igły użyte do tymczasowej fiksacji włączeń i ostrożnie wyjąć fantom piersi z formy (Ryc. 1E). Aby chronić fantom piersi przed światłem i odwodnieniem, należy owinąć go folią aluminiową i przechowywać w wilgotnym pojemniku w temperaturze 4 °C.</li>
</ol>
<img alt="Proces chirurgii z prowadzeniem NIRF z wykorzystaniem form silikonowych i wtrąceń imitujących guzy w modelach fantomowych." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51776/51776fig1highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. Kolejne etapy tworzenia fantomów piersi zawierających fluorescencyjne wtrącenia imitujące guzy. Po wykonaniu form silikonowych o pożądanych kształcie i rozmiarze, formy są wypełniane za pomocą strzykawki stopioną mieszaniną agarozy (A). W niniejszym badaniu przygotowano wtrącenia imitujące guzy o różnej wielkości i kształcie (B). Następnie w specjalnie przygotowanej, powlekanej drewnianej formie piersi wlewa się cienką warstwę stopionej mieszaniny żelatyny (C). Po zestaleniu wtrącenia imitujące guzy są pozycjonowane, tymczasowo utrwalane i przykrywane kolejną warstwą stopionej mieszaniny żelatyny (D). Po zestaleniu fantom piersi jest ostrożnie wyjmowany z formy (E). Fantom może być następnie wykorzystany do symulacji różnych zastosowań obrazowania NIRF (F). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51776/51776fig1highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
5. Konfiguracja systemu kamery NIRF
<ol>
	<li>Do symulacji ukierunkowanego obrazowania NIRF w chirurgii raka piersi wymagany jest system kamer NIRF do zastosowań śródoperacyjnych. Obecnie do celów badawczych dostępnych jest kilka systemów obrazowania NIRF umożliwiających obrazowanie śródoperacyjne w czasie rzeczywistym. Mimo pewnych różnic między tymi urządzeniami, wszystkie one posiadają źródło światła wzbudzenia (do wzbudzenia fluorescencyjnych inkluzji nowotworowych) oraz wysokoczuły detektor do wykrywania emitowanych fotonów.</li>
	<li>Należy upewnić się, że zastosowane źródło światła wzbudzenia ma odpowiednią długość fali. W przypadku inkluzji symulujących nowotwór zawierających ICG należy użyć źródła światła wzbudzenia (np. lasera), które emituje fotony w zakresie od 750 do 800 nm. Jeśli stosowany jest alternatywny barwnik fluorescencyjny, długość fali wzbudzenia powinna zostać dostosowana zgodnie z instrukcjami producenta.</li>
	<li>W przypadku, gdy system kamer NIRF posiada filtr emisyjny służący do odfiltrowania niepożądanych sygnałów tła, należy upewnić się, że zastosowano właściwy filtr. Dla inkluzji symulujących nowotwór zawierających ICG należy użyć filtra emisyjnego w zakresie od 800 do 850 nm. Alternatywne barwniki fluorescencyjne mogą wymagać innych filtrów emisyjnych, zgodnie z instrukcjami producentów. 
	UWAGA: Należy upewnić się, że nie występuje żadne nakładanie się długości fal wzbudzenia i emisji, aby zapobiec prześwietleniu obrazów. Ponadto czas akwizycji obrazu może wymagać regulacji w celu uzyskania optymalnych obrazów fluorescencyjnych. W przypadku głęboko położonych inkluzji fluorescencyjnych lub słabych sygnałów fluorescencyjnych czas akwizycji obrazu można zwiększyć do kilku s lub min. W przypadku inkluzji powierzchownych lub silnych sygnałów fluorescencyjnych czas akwizycji można skrócić do kilku msec, aby umożliwić obrazowanie fluorescencyjne w czasie rzeczywistym z prędkością wideo.</li>
</ol>
6. Symulacja zastosowań obrazowania NIRF w chirurgii raka piersi
<ol>
	<li>Wyjąć fantom piersi symulujący tkankę z pojemnika i umieścić go na płaskiej, niefluorescencyjnej powierzchni. Następnie ustawić urządzenie do obrazowania NIRF nad fantomem piersi, zachowując odpowiedni dystans roboczy umożliwiający wycięcie wtrętów symulujących guz.</li>
	<li>Zlokalizować fluorescencyjny wtręt symulujący guz za pomocą obrazowania NIRF i/lub palpacji fantomu piersi. W przypadku braku wykrywalnego sygnału fluorescencyjnego, wtręt znajduje się zbyt głęboko w fantomie, aby go wykryć, lub należy zwiększyć czas akwizycji obrazu.</li>
	<li>Po zlokalizowaniu wtrętu naciąć fantom piersi i usunąć wtręt symulujący guz w czasie rzeczywistym pod kontrolą NIRF, używając konwencjonalnych narzędzi chirurgicznych. Alternatywnie, wtręt można wyciąć, kierując się wyłącznie inspekcją wizualną i palpacją fantomu piersi, aby zasymulować standardową opiekę medyczną.</li>
	<li>Bezpośrednio po usunięciu wtrętu symulującego guz, wykonać obrazowanie jamy chirurgicznej w celu wykrycia jakiejkolwiek pozostałej aktywności fluorescencyjnej, co wskazywałoby na niepełne wycięcie.</li>
	<li>W przypadku stwierdzenia pozostałej aktywności fluorescencyjnej, wyciąć pozostałości wtrętu pod bezpośrednią kontrolą NIRF, aż do całkowitego ustąpienia sygnału fluorescencyjnego.</li>
	<li>Wykonać obrazowanie wyciętych fragmentów fantomu, aby zasymulować ocenę stanu marginesów makroskopowych pod kontrolą NIRF. W tym celu pociąć tkankę fantomu na plastry o grubości 3 - 5 mm i odpowiednio je zobrazować. Sygnał fluorescencyjny sięgający marginesów chirurgicznych wskazuje na obecność dodatnich marginesów chirurgicznych.</li>
</ol>

<ol><li>Bellon, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ACR+Appropriateness+Criteria%C2%AE+Conservative+Surgery+and+Radiation+-+Stage+I+and+II+Breast+Carcinoma%5BTitle%5D)+AND+%22The+Breast+Journal%22%5BJournal%5D)">ACR Appropriateness Criteria® Conservative Surgery and Radiation - Stage I and II Breast Carcinoma.</a> The Breast Journal. 17 (5), 448-455 (2011).</li>
<li>Kaufmann, M., Morrow, M., Von Minckwitz, G., Harris, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Biedenkopf+Expert+Panel+Members.+Locoregional+treatment+of+primary+breast+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer%22%5BJournal%5D)">The Biedenkopf Expert Panel Members. Locoregional treatment of primary breast cancer.</a> Cancer. 116, 1184-1191 (2010).</li>
<li>Pleijhuis, R. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Obtaining+adequate+surgical+margins+in+breast-conserving+therapy+for+patients+with+early-stage+breast+cancer%3A+current+modalities+and+future+directions%5BTitle%5D)+AND+%22The+Annals+of+Surgical+Oncology%22%5BJournal%5D)">Obtaining adequate surgical margins in breast-conserving therapy for patients with early-stage breast cancer: current modalities and future directions.</a> The Annals of Surgical Oncology. 16, 2717-2730 (2009).</li>
<li>Singletary, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surgical+margins+in+patients+with+early-stage+breast+cancer+treated+with+breast+conservation+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Surgery%22%5BJournal%5D)">Surgical margins in patients with early-stage breast cancer treated with breast conservation therapy.</a> American Journal of Surgery. 184 (5), 383-393 (2002).</li>
<li>Jacobs, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Positive+margins%3A+the+challenge+continues+for+breast+surgeons%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Surgical+Oncology%22%5BJournal%5D)">Positive margins: the challenge continues for breast surgeons.</a> Annals of Surgical Oncology. 15 (5), 1271-1272 (2008).</li>
<li>Krekel, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excessive+resections+in+breast-conserving+surgery+a+retrospective+multicentre+study%5BTitle%5D)+AND+%22The+Breast+Journal%22%5BJournal%5D)">Excessive resections in breast-conserving surgery a retrospective multicentre study.</a> The Breast Journal. 17 (6), 602-609 (2011).</li>
<li>Wood, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Close%2Fpositive+margins+after+breast-conserving+therapy%3A+additional+resection+or+no+resection%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Breast%22%5BJournal%5D)">Close/positive margins after breast-conserving therapy: additional resection or no resection?</a> Breast. 22, 115-117 (2013).</li>
<li>Van Dam, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intraoperative+tumor-specific+fluorescence+imaging+in+ovarian+cancer+by+folate+receptor-%CE%B1+targeting%3A+first+in-human+results%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Medicine%22%5BJournal%5D)">Intraoperative tumor-specific fluorescence imaging in ovarian cancer by folate receptor-α targeting: first in-human results.</a> Nature Medicine. 17 (10), 1315-1319 (2011).</li>
<li>Pleijhuis, R. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-infrared+fluorescence+%28NIRF%29+imaging+in+breast-conserving+surgery%3A+assessing+intraoperative+techniques+in+tissue-simulating+breast+phantoms%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Surgical+Oncology%22%5BJournal%5D)">Near-infrared fluorescence (NIRF) imaging in breast-conserving surgery: assessing intraoperative techniques in tissue-simulating breast phantoms.</a> European Journal of Surgical Oncology. 37 (1), 32-39 (2011).</li>
<li>Baeten, J., Niedre, M., Dunham, J., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+fluorescent+materials+for+Diffuse+Fluorescence+Tomography+standards+and+phantoms%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Development of fluorescent materials for Diffuse Fluorescence Tomography standards and phantoms.</a> Optics Express. 15 (14), 8681-8694 (2007).</li>
<li>Luker, G. D., Luker, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+imaging%3A+current+applications+and+future+directions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nuclear+Medicine%22%5BJournal%5D)">Optical imaging: current applications and future directions.</a> Journal of Nuclear Medicine. 49 (1), 1-4 (2007).</li>
<li>Keereweer, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+image-guided+surgery+-+Where+do+we+stand%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Imaging+Biology%22%5BJournal%5D)">Optical image-guided surgery - Where do we stand?</a> Molecular Imaging Biology. 13 (2), 199-207 (2011).</li>
<li>Themelis, G., Yoo, J. S., Soh, K. S., Shulz, R., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+intraoperative+fluorescence+imaging+system+using+light-absorption+correction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Real-time intraoperative fluorescence imaging system using light-absorption correction.</a> Journal of Biomedical Optics. 14 (6), 064012(2009).</li>
<li>Themelis, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancing+surgical+vision+by+using+real-time+imaging+of+%CE%B1v%CE%B23-integrin+targeted+near-infrared+fluorescent+agent%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Surgical+Oncology%22%5BJournal%5D)">Enhancing surgical vision by using real-time imaging of αvβ3-integrin targeted near-infrared fluorescent agent.</a> Annals of Surgical Oncology. 18 (12), 3506-3513 (2011).</li>
<li>De Grand, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue-like+phantoms+for+near-infrared+fluorescence+imaging+system+assessment+and+the+training+of+surgeons%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Tissue-like phantoms for near-infrared fluorescence imaging system assessment and the training of surgeons.</a> Journal of Biomedical Optics. 11 (1), 014007(2006).</li>
<li>Intes, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-domain+optical+mammography+SoftScan%3A+initial+results%5BTitle%5D)+AND+%22Academic+Radiology%22%5BJournal%5D)">Time-domain optical mammography SoftScan: initial results.</a> Academic Radiology. 12 (10), 934-947 (2005).</li>
<li>Kirsch, D. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+spatially+and+temporally+restricted+mouse+model+of+soft+tissue+sarcoma%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Medicine%22%5BJournal%5D)">A spatially and temporally restricted mouse model of soft tissue sarcoma.</a> Nature Medicine. 13 (8), 992-997 (2007).</li>
<li>Tafreshi, N. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+detection+of+breast+cancer+lymph+node+metastasis+using+carbonic+anhydrases+IX+and+XII+targeted+imaging+probes%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Noninvasive detection of breast cancer lymph node metastasis using carbonic anhydrases IX and XII targeted imaging probes.</a> Clinical Cancer Research. 18 (1), 207-219 (2012).</li>
<li>Nguyen, Q. T., Tsien, R. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescence-guided+surgery+with+live+molecular+navigation+-+a+new+cutting+edge%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Cancer%22%5BJournal%5D)">Fluorescence-guided surgery with live molecular navigation - a new cutting edge.</a> Nature Reviews Cancer. 13 (9), 653-662 (2013).</li>
<li>Orosco, R. K., Tsien, R. Y., Nguyen, Q. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescence+imaging+in+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Reviews+in+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Fluorescence imaging in surgery.</a> IEEE Reviews in Biomedical Engineering. 6, 178-187 (2013).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Przeprowadziliśmy symulację potencjalnych zastosowań klinicznych BCS pod kontrolą NIRF poprzez zastosowanie fantomów w kształcie piersi ze zintegrowanymi inkluzjami symulującymi nowotwór. Śródoperacyjna lokalizacja guza, resekcja guza pod kontrolą NIRF, ocena zakresu operacji i pooperacyjna ocena marginesów chirurgicznych okazały się możliwe do wykonania przy użyciu specjalnie zbudowanego systemu kamer NIRF. Nieinwazyjne wykrywanie fluorescencyjnych inkluzji symulujących guz było możliwe tylko w przypadku inkluzji umiesz...

Chirurgia oszczędzająca pierś (BCS), po której następuje radioterapia, jest standardowym leczeniem u pacjentek z rakiem piersi T1-T 2 1,2. Niedokładności w śródoperacyjnej ocenie rozległości operacji skutkują dodatnim marginesem chirurgicznym u 20 do 40% pacjentów, którzy przeszli BCS, co wymaga dodatkowej interwencji chirurgicznej lub radioterapii3,4,5. Chociaż rozległa resekcja sąsiedniej zdrowej tkanki piersi może zmniejszyć częstotliwość dodatnich marginesów chirurgicznych, utrudni to również wyniki kosmetyczne i zwiększy choroby współistniejące6,7. Dlatego potrzebne są nowe techniki, które zapewnią śródoperacyjne informacje zwrotne na temat lokalizacji guza pierwotnego i zakresu operacji. Obrazowanie optyczne, w szczególności obrazowanie fluorescencyjne w bliskiej podczerwieni (NIRF), może zmniejszyć częstotliwość dodatnich marginesów chirurgicznych po BCS, dostarczając chirurgowi narzędzia do przed- i śródoperacyjnej lokalizacji guza w czasie rzeczywistym. Niedawno nasza grupa poinformowała o pierwszym badaniu na ludziach obrazowania fluorescencyjnego ukierunkowanego na nowotwór u pacjentek z rakiem jajnika, wykazując wykonalność tej techniki do wykrywania guzów pierwotnych i przerzutów do otrzewnowej z wysoką czułością8. Jednak przed przystąpieniem do badań klinicznych u pacjentek z rakiem piersi można już ocenić przedklinicznie za pomocą fantomów wykonalność różnych zastosowań obrazowania NIRF ukierunkowanych na nowotwór w BCS.
Poniższy protokół badawczy opisuje zastosowanie obrazowania NIRF w symulujących tkankowo fantomach piersi zawierających fluorescencyjne inkluzje symulujące nowotwór9. Fantomy stanowią niedrogie i wszechstronne narzędzie do symulacji przed- i śródoperacyjnej lokalizacji guza, resekcji guza w czasie rzeczywistym pod kontrolą NIRF, oceny stanu marginesu chirurgicznego i wykrywania choroby resztkowej. Galaretowate fantomy mają właściwości elastyczne podobne do tkanki ludzkiej i mogą być cięte za pomocą konwencjonalnych narzędzi chirurgicznych. Podczas symulowanego zabiegu chirurgicznego chirurg kieruje się informacjami dotykowymi (w przypadku wyczuwalnych palpacyjnie) oraz oględzinami pola operacyjnego. Ponadto stosuje się obrazowanie NIRF, aby zapewnić chirurgowi śródoperacyjną informację zwrotną w czasie rzeczywistym na temat zakresu operacji.
Należy podkreślić, że obrazowanie NIRF wymaga użycia barwników fluorescencyjnych. Idealnie byłoby, gdyby stosowano barwniki fluorescencyjne, które emitują fotony w zakresie widma bliskiej podczerwieni (650 - 900 nm), aby zminimalizować absorpcję i rozpraszanie fotonów przez cząsteczki fizjologicznie obfite w tkanki (np. hemoglobina, lipidy, elastyna, kolagen i woda)10,11. Co więcej, autofluorescencja (tj. wewnętrzna aktywność fluorescencyjna w tkankach spowodowana reakcjami biochemicznymi w żywych komórkach) jest zminimalizowana w zakresie widma bliskiej podczerwieni, co skutkuje optymalnymi stosunkami guza do tła11. Poprzez sprzężenie barwników NIRF z ugrupowaniami ukierunkowanymi na nowotwór (np. przeciwciałami monoklonalnymi), można uzyskać ukierunkowane dostarczanie barwników fluorescencyjnych do zastosowań w obrazowaniu śródoperacyjnym.
Ponieważ ludzkie oko jest niewrażliwe na światło w zakresie bliskiej podczerwieni, do obrazowania NIRF wymagane jest bardzo czułe urządzenie do kamery. Do tej pory opracowano kilka systemów obrazowania NIRF do użytku śródoperacyjnego12. W obecnym badaniu wykorzystaliśmy niestandardowy system obrazowania NIRF, który został opracowany do zastosowań śródoperacyjnych we współpracy z Uniwersytetem Technicznym w Monachium. System pozwala na jednoczesną akwizycję obrazów kolorowych i fluorescencyjnych. Aby poprawić dokładność obrazów fluorescencyjnych, wdrożono schemat korekcji dla zmian natężenia światła w tkance. Szczegółowy opis jest dostarczony przez Themelis i wsp.13

<table><tbody><tr><td>Hemoglobina bydlęca</td><td>Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, Holandia</td><td>H2500</td><td>Symuluje absorpcję fotonów w tkance&nbsp;</td></tr><tr><td>Intralipid 20%</td><td>Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, Holandia</td><td>I141</td><td>Symuluje rozpraszanie fotonów w tkance</td></tr><tr><td>Silikon A półprzezroczysty 40 (2-składnikowy silikon poliaddycyjny)</td><td>NedForm, Geleen, Holandia</td><td></td><td>Pakiet składa się ze składników A i B, które należy mieszać jeden na jeden (A:B=10:1).&nbsp; Link do strony producenta: http://tinyurl.com/ncjq7jx</td></tr><tr><td>Gelatine 250 Bloom</td><td>Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, Holandia</td><td>48724</td><td>Budowa fantomów w kształcie piersi</td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Hispanagar, Burgos, Hiszpania</td><td></td><td>Budowa inkluzji symulujących nowotwór</td></tr><tr><td>Tris</td><td>Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, Holandia</td><td>T1503&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>HCl</td><td>Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, Holandia</td><td>258148</td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, Holandia</td><td>S9888</td><td></td></tr><tr><td>NaN3</td><td>Merck, Darmstadt, Niemcy</td><td>822335</td><td>UWAGA: ciężka trucizna. Toksyczność tego związku jest porównywalna z toksycznością rozpuszczalnych cyjanków alkalicznych, a dawka śmiertelna dla dorosłego człowieka wynosi około 0,7 grama.</td></tr><tr><td>Przykłady urządzeń do obrazowania NIRF do zastosowań śródoperacyjnych:</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Platforma obrazowania T2 NIRF&nbsp;</td><td>SurgVision BV, Heerenveen, Holandia</td><td></td><td>Dostosowany system obrazowania NIRF wykorzystany w obecnym badaniu. Więcej szczegółów można znaleźć na stronie www.surgvision.com</td></tr><tr><td>Photodynamic Eye</td><td>Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH, Herrsching am Ammersee, Niemcy</td><td>PC6100</td><td>www.iht-ltd.com</td></tr><tr><td>zestaw systemu obrazowania FLARE</td><td>FLARE Foundation Inc, Wayland, MA, USA</td><td></td><td>www.theflarefoundation.org</td></tr><tr><td>Fluobeam</td><td>Fluoptics, Grenoble, Francja</td><td></td><td>www.fluoptics.com</td></tr><tr><td>Ręczny aparat</td> <td>fotograficzny ArtemisQuest Medical Imaging BV, Middenmeer, Holandia</td><td></td><td>www.quest-mi.com</td></tr><tr><td>Przykłady barwników fluorescencyjnych NIRF do zastosowań śródoperacyjnych:</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zieleń indocyjaninowa</td><td>ICG-PULSION,&nbsp; Feldkirchen, Niemcy</td><td>PICG0025DE&nbsp; &nbsp;</td><td>Kliniczny barwnik fluorescencyjny do obrazowania NIRF stosowany w niniejszym badaniu. Więcej szczegółów można znaleźć pod adresem www.pulsion.com</td></tr><tr><td>IRDye 800CW NHS Ester</td><td>LI-COR Biosciences, Lincoln, NE, USA</td><td>929-70021</td><td>www.licor.com</td></tr></tbody></table>

fantomy symulujące tkanki do oceny potencjalnych zastosowań obrazowania fluorescencyjnego w bliskiej podczerwieni w chirurgii raka piersi

Tissue-simulating Phantoms for Assessing Potential Near-infrared Fluorescence Imaging Applications in Breast Cancer Surgery

Niedokładności w śródoperacyjnej lokalizacji guza i ocenie stanu marginesu chirurgicznego skutkują nieoptymalnym wynikiem operacji oszczędzającej pierś (BCS). Obrazowanie optyczne, w szczególności obrazowanie fluorescencyjne w bliskiej podczerwieni (NIRF), może zmniejszyć częstotliwość dodatnich marginesów chirurgicznych po BCS, dostarczając chirurgowi narzędzia do przed- i śródoperacyjnej lokalizacji guza w czasie rzeczywistym. W obecnym badaniu potencjał BCS pod kontrolą NIRF jest oceniany przy użyciu fantomów piersi symulujących tkanki ze względu na standaryzację i cele szkoleniowe.
Fantomy piersi o charakterystyce optycznej porównywalnej do normalnej tkanki piersi zostały użyte do symulacji operacji oszczędzającej pierś. Inkluzje symulujące guz zawierające fluorescencyjny barwnik zieleń indocyjaninową (ICG) zostały włączone do fantomów w predefiniowanych lokalizacjach i zobrazowane w celu przed- i śródoperacyjnej lokalizacji guza, resekcji guza pod kontrolą NIRF w czasie rzeczywistym, oceny zakresu operacji pod kontrolą NIRF oraz pooperacyjnej oceny marginesów chirurgicznych. Niestandardowa kamera NIRF została wykorzystana jako prototyp kliniczny do celów obrazowania.
Fantomy piersi zawierające inkluzje symulujące guz oferują proste, tanie i wszechstronne narzędzie do symulacji i oceny śródoperacyjnego obrazowania guza. Galaretowate fantomy mają właściwości elastyczne podobne do tkanki ludzkiej i mogą być cięte za pomocą konwencjonalnych narzędzi chirurgicznych. Co więcej, fantomy zawierają hemoglobinę i intralipid, które naśladują odpowiednio absorpcję i rozpraszanie fotonów, tworząc jednolite właściwości optyczne podobne do ludzkiej tkanki piersi. Główną wadą obrazowania NIRF jest ograniczona głębokość penetracji fotonów podczas propagacji w tkance, co utrudnia (nieinwazyjne) obrazowanie głęboko osadzonych guzów za pomocą strategii epi-illuminacji.

Wyniki niniejszego badania zostały wcześniej opisane w innej publikacji9.
Nasze dane pokazują, że obrazowanie NIRF może być stosowane do wykrywania fluorescencyjnych inkluzji imitujących guzy w fantomach piersi imitujących tkankę, co pozwala na symulację chirurgii oszczędzającej pierś z wykorzystaniem obrazowania NIRF u pacjentek z rakiem piersi. Przy użyciu naszego modelu fantomu stwierdzono, że możliwe jest śródoperacyjne zlokalizowanie guza, resekcja guza kierowana obrazowaniem N...

Obrazowanie fluorescencyjne w bliskiej podczerwieni (NIRF) może poprawić wyniki terapeutyczne operacji raka piersi, umożliwiając śródoperacyjną lokalizację guza i ocenę statusu marginesu chirurgicznego. Korzystając z symulujących tkankowo fantomów piersi zawierających fluorescencyjne inkluzje symulujące nowotwór, można ocenić potencjalne zastosowania kliniczne obrazowania NIRF u pacjentek z rakiem piersi w celach standaryzacyjnych i szkoleniowych.

Fantomy symulujące tkanki do oceny potencjalnych zastosowań obrazowania fluorescencyjnego w bliskiej podczerwieni w chirurgii raka piersi

Inaccuracies in intraoperative tumor localization and evaluation of surgical margin status result in suboptimal outcome of breast-conserving surgery ...

Ogólnym celem tej procedury jest symulacja zastosowań obrazowania fluorescencyjnego w bliskiej podczerwieni w chirurgii oszczędzającej piersi przy użyciu tkanek takich jak fantomy piersi. Osiąga się to poprzez stworzenie najpierw fluorescencyjnych inkluzji przypominających guz o różnej wielkości i kształcie. Drugim krokiem jest zintegrowanie inkluzji fluorescencyjnych w fantomach w kształcie piersi o właściwościach optycznych podobnych do ludzkiej tkanki piersi.Następnie stosuje się system obrazowania fluorescencyjnego w bliskiej podczerwieni, aby śródoperacyjnie poprowadzić chirurga w zlokalizowaniu i usunięciu inkluzji przypominającej fluorescencyjny guz. Ostatnim krokiem jest zeskanowanie brzegu jamy operacyjnej pod kątem obecności choroby resztkowej po usunięciu inkluzji przypominającej fluorescencyjny guz. W razie potrzeby chirurg może następnie wyciąć pozostałą tkankę nowotworową pod kierunkiem systemu obrazowania fluorescencyjnego w bliskiej podczerwieni.Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami, takimi jak tomografia komputerowa lub rezonans magnetyczny, jest fluorescencja w bliskiej podczerwieni. Obrazowanie optyczne zapewnia obrazy o wysokiej rozdzielczości w

tissue-simulating-phantoms-for-assessing-potential-near-infrared

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Dyfuzyjna tomografia fluorescencyjna oferuje stosunkowo niskokosztowe i potencjalnie wysokoprzepustowe podejście do przedklinowego obrazowania guzów in vivo. Przedstawiono metodologię zbierania danych optycznych, kalibracji i rekonstrukcji obrazu dla bezkontaktowego systemu w dziedzinie czasu sterowanego tomografią komputerową, z wykorzystaniem fluorescencyjnego celowania w biomarker nowotworowy – receptor Epidermal Growth Factor Receptor w modelu glejaka u myszy.

Tomografia dyfuzyjna fluorescencji w dziedzinie czasu sterowana tomografią komputerową u małych zwierząt w celu lokalizacji biomarkerów nowotworowych

Ten artykuł opisuje wewnętrzne procedury konstruowania przedklinicznego fantomu multimodalnego wykonanego z materiałów naśladujących tkanki (TM) do zapewnienia jakości (QA) pomiaru wielkości guza w metodach obrazowania zwierząt, takich jak ultrasonografia (US), tomografia komputerowa (CT) i rezonans magnetyczny (MRI).

Budowa przedklinicznego fantomu multimodalnego z wykorzystaniem materiałów naśladujących tkanki w celu zapewnienia jakości w pomiarze wielkości guza

Optyczne fantomy tkanek są niezbędnymi narzędziami do kalibracji i charakterystyki systemów obrazowania optycznego oraz walidacji modeli teoretycznych. W tym artykule szczegółowo opisano metodę wytwarzania fantomów, która obejmuje replikację właściwości optycznych tkanek i trójwymiarowej struktury tkanki.

Wytwarzanie i charakterystyka fantomów tkanek optycznych zawierających makrostrukturę

Fluorescencyjna tomografia molekularna do obrazowania in vivo ksenoprzeszczepów glejaka

Tutaj pokazujemy, jak zbudowane są fantomy optyczne naśladujące tkanki na bazie agarozy i jak określa się ich właściwości optyczne za pomocą konwencjonalnego systemu optycznego z całkującą kulą.

Fantomy optyczne na bazie agarozy naśladujące tkanki do spektroskopii odbicia dyfuzyjnego

Ta praca wstępnie ustawia zaawansowany protokół do dokładnej oceny obciążenia guza poprzez detekcję zielonego białka fluorescencyjnego i sygnałów bioluminescencji, a także integrację ilościowej techniki wykrywania molekularnego.

Badanie potrójnie ujemnego raka piersi przy użyciu ortotopowego modelu raka piersi

Powlekanie wirowe, druk polyjet i modelowanie osadzania topionego są zintegrowane w celu wytworzenia wielowarstwowych heterogenicznych fantomów, które symulują strukturalne i funkcjonalne właściwości tkanki biologicznej.

Multimodalny druk 3D fantomów symulujący tkankę biologiczną

Świeżo wycięte ludzkie nowotwory raka piersi są charakteryzowane za pomocą terahercowej spektroskopii i obrazowania zgodnie z protokołami postępowania z nowymi tkankami. Pozycjonowanie tkanek jest brane pod uwagę, aby umożliwić skuteczną charakterystykę przy jednoczesnym zapewnieniu analizy w odpowiednim czasie dla przyszłych zastosowań śródoperacyjnych.

Protokół obrazowania i charakterystyki terahercowej dla świeżo wyciętych guzów raka piersi

Ten protokół opisuje wytwarzanie czaszki, mózgu i fantomu guza specyficznego dla pacjenta. Wykorzystuje druk 3D do tworzenia form, a alkohol poliwinylowy (PVA-c) jest używany jako materiał naśladujący tkankę.

Specyficzne dla pacjenta wytwarzanie fantomów z alkoholu poliwinylowego z kontrastem ultradźwiękowym i rentgenowskim w celu planowania operacji guza mózgu

Ten artykuł przedstawia protokół przygotowania fantomów tkanki nowotworowej, które replikują właściwości optyczne dla plazmonicznej terapii fototermicznej. Szczegółowo opisano w nim przygotowanie fantomowe, oceny fototermiczne i walidację opracowanego modelu numerycznego opartego na pomiarach temperatury fototermicznej w celu oceny parametrów terapeutycznych, oferując etyczną, opłacalną alternatywę dla badań in vivo do wstępnych testów.

Plazmoniczna terapia raka fototermicznego: Fantomy naśladujące tkankę nowotworową osadzone w nanocząstkach do wizualizacji fototermicznego rozkładu temperatury

Poznaj symulację obrazowania fluorescencyjnego w bliskiej podczerwieni do lokalizacji guzów w chirurgii raka piersi. Metoda wykorzystuje fantomy tkankowe z fluorescencyjnymi inkluzjami, umożliwiając ocenę marginesów chirurgicznych w czasie rzeczywistym.

Fantomy symulujące tkanki do oceny potencjalnych zastosowań obrazowania fluorescencyjnego w bliskiej podczerwieni w chirurgii raka piersi (Wideo) | JoVE Journal

Fantomy symulujące tkanki do oceny potencjalnych zastosowań obrazowania fluorescencyjnego w bliskiej podczerwieni w chirurgii raka piersi

Przeglądaj więcej filmów