Un método para la imagen<em> Ex vivo</em> Muestras de resección pulmonar con óptica de imágenes de dominio de frecuencia (IED) y obtener una correlación precisa para histología se describe, que es esencial para el desarrollo de criterios específicos de interpretación de SIED para la patología pulmonar. Este método es aplicable a otros tipos de tejidos y técnicas de formación de imágenes para obtener imágenes precisas de correlación histología para la interpretación precisa de la imagen y de evaluación. Criterios de imagen establecidos con esta técnica sería entonces aplicable a la evaluación de imagen en el futuro<em> In vivo</em> Estudios.
Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths1. Squamous cell and small cell cancers typically arise in association with the conducting airways, whereas adenocarcinomas are typically more peripheral in location. Lung malignancy detection early in the disease process may be difficult due to several limitations: radiological resolution, bronchoscopic limitations in evaluating tissue underlying the airway mucosa and identifying early pathologic changes, and small sample size and/or incomplete sampling in histology biopsies. High resolution imaging modalities, such as optical frequency domain imaging (OFDI), provide non-destructive, large area 3-dimensional views of tissue microstructure to depths approaching 2 mm in real time (Figure 1)2-6. OFDI has been utilized in a variety of applications, including evaluation of coronary artery atherosclerosis6,7 and esophageal intestinal metaplasia and dysplasia6,8-10.
Bronchoscopic OCT/OFDI has been demonstrated as a safe in vivo imaging tool for evaluating the pulmonary airways11-23 (Animation). OCT has been assessed in pulmonary airways16,23 and parenchyma17,22 of animal models and in vivo human airway14,15. OCT imaging of normal airway has demonstrated visualization of airway layering and alveolar attachments, and evaluation of dysplastic lesions has been found useful in distinguishing grades of dysplasia in the bronchial mucosa11,12,20,21. OFDI imaging of bronchial mucosa has been demonstrated in a short bronchial segment (0.8 cm)18. Additionally, volumetric OFDI spanning multiple airway generations in swine and human pulmonary airways in vivo has been described19. Endobronchial OCT/OFDI is typically performed using thin, flexible catheters, which are compatible with standard bronchoscopic access ports. Additionally, OCT and OFDI needle-based probes have recently been developed, which may be used to image regions of the lung beyond the airway wall or pleural surface17.
While OCT/OFDI has been utilized and demonstrated as feasible for in vivo pulmonary imaging, no studies with precisely matched one-to-one OFDI:histology have been performed. Therefore, specific imaging criteria for various pulmonary pathologies have yet to be developed. Histopathological counterparts obtained in vivo consist of only small biopsy fragments, which are difficult to correlate with large OFDI datasets. Additionally, they do not provide the comprehensive histology needed for registration with large volume OFDI. As a result, specific imaging features of pulmonary pathology cannot be developed in the in vivo setting. Precisely matched, one-to-one OFDI and histology correlation is vital to accurately evaluate features seen in OFDI against histology as a gold standard in order to derive specific image interpretation criteria for pulmonary neoplasms and other pulmonary pathologies. Once specific imaging criteria have been developed and validated ex vivo with matched one-to-one histology, the criteria may then be applied to in vivo imaging studies. Here, we present a method for precise, one to one correlation between high resolution optical imaging and histology in ex vivo lung resection specimens. Throughout this manuscript, we describe the techniques used to match OFDI images to histology. However, this method is not specific to OFDI and can be used to obtain histology-registered images for any optical imaging technique. We performed airway centered OFDI with a specialized custom built bronchoscopic 2.4 French (0.8 mm diameter) catheter. Tissue samples were marked with tissue dye, visible in both OFDI and histology. Careful orientation procedures were used to precisely correlate imaging and histological sampling locations. The techniques outlined in this manuscript were used to conduct the first demonstration of volumetric OFDI with precise correlation to tissue-based diagnosis for evaluating pulmonary pathology24. This straightforward, effective technique may be extended to other tissue types to provide precise imaging to histology correlation needed to determine fine imaging features of both normal and diseased tissues.
Evaluación de los cánceres de pulmón a tiempo puede ser muy difícil debido a la falta de síntomas y la incapacidad de visualizar los primeros cambios neoplásicos o radiológicamente broncoscópicamente. Las salidas de IED ofrece cerca resolución histológica, amplia zona de 3 dimensiones de la microestructura del tejido vistas en tiempo real 2-6. Endobronquial SIED ha sido demostrada en pacientes como una técnica segura que se puede utilizar para obtener de alta resolución de conjuntos de datos volumétricos sobre segmentos largos vías respiratorias en las vías respiratorias pulmonares 11-13 (Animación). Sin embargo, sólo pequeñas biopsias se obtienen como homólogos histopatológicos en el entorno en vivo, que no proporcionan correlaciones adecuadas para SIED para el desarrollo de criterios de imagen para la patología pulmonar. Con el fin de evaluar con precisión las características de SIED visto en proyección de imagen pulmonar, es esencial para obtener la imagen exactamente a la histología correlaciones. Se presenta un método sencillo y eficaz para precisa, uno a Ocorrelación entre las salidas de IED ne e histología aplicada a las vías respiratorias de imágenes de los ex muestras de resección pulmonar in vivo, que es aplicable a casi cualquier tipo de tejido ex vivo. Una vez que los criterios de imagen se han establecido ex vivo con acertaron una-a-uno histología, estos criterios, entonces se puede aplicar a imágenes in vivo.
El tinte del tejido utilizado para marcar la zona de imagen de interés es claramente visible tanto en las salidas de IED y la histología. Mediante el uso de técnicas sencillas para orientar el tejido, las marcas de tinta puede ser correlacionado tanto en imágenes y la histología para permitir doce y cincuenta y nueve de la noche comparaciones de características de SIED y hallazgos histológicos para determinar las características de formación de imágenes identificables de la patología del tejido. La técnica es barato y práctico, por lo que es útil en muchas aplicaciones de formación de imágenes ópticas.
En el entorno en vivo, métodos tales como el marcado con láser se puede utilizar para la orientación del tejido 25. Sin embargo, tél pequeño tamaño de la biopsia bronquial es todavía un factor de limitación en el uso de los estudios in vivo para desarrollar criterios específicos de formación de imágenes para la patología pulmonar. Aunque los estudios ex vivo servir como una alternativa adecuada para la formación de imágenes in vivo, existen algunas limitaciones. Ex muestras de pulmón in vivo se muestran a menudo sin inflar y atelectasia inducida quirúrgicamente, lo que altera la apariencia de las estructuras alveolares normales. Inflar el tejido pulmonar resecado quirúrgicamente con marcación de tejido para la correlación histológica es técnicamente difícil ya que la mayoría de las muestras de pulmón quirúrgico se reciban después de la evaluación patología sección congelada durante el cual la superficie pleural se interrumpe, lo que interfiere con la inflación muestra. No patológico atelectasia no es un artefacto visto en el escenario en vivo, por lo que esta limitación no sería pertinente para la formación de imágenes in vivo pulmonar. Además, la falta de sangre dentro de los vasos en muestras ex vivo podría hacer difícil distinguish estructuras vasculares de otras estructuras de señal vacíos. En el entorno en vivo, la adición de Doppler octubre / SIED 26-28 estructural a octubre / SIED sería ayudar en la identificación de los vasos.
Artefactos de movimiento se puede ver en vivo donde no están presentes ex vivo. Esto podría ser potencialmente problemática en los sistemas de octubre estándar con velocidades de adquisición más lentas. Sin embargo, las velocidades de cuadro rápidas de los sistemas de salidas de IED se encuentran actualmente> 200 fps 29-31. Por lo tanto, no se espera que un artefacto de movimiento será un problema significativo. Anterior en vivo OCT y estudios de imagen han demostrado SIED visualización satisfactoria de características de las imágenes finas 14,15,18,19.
En este estudio hemos demostrado volumétrica SIED con correlación precisa de tejido basado en el diagnóstico para la evaluación de la patología pulmonar. El procedimiento descrito está destinado a proporcionar histología ajustan con precisión para ser utilizado como oro Standaª de la interpretación de las imágenes salidas de IED.
Una vez que los criterios de imagen específicos para la patología pulmonar se han desarrollado y validado ex vivo con acertaron una-a-uno histología, los criterios, entonces se puede aplicar a posterior en vivo en los estudios de formación de imágenes con el uso de una biopsia bronquial como una evaluación estándar de oro de la formación de imágenes características visto. Esta técnica se presenta como una aplicación a muestras de resección pulmonar, pero puede ser aplicado a casi cualquier tipo de tejido para proporcionar la imagen precisa para histología correlación necesaria para determinar características finas de formación de imágenes de los tejidos normales y patológicos.
The authors have nothing to disclose.
Los autores desean agradecer al Sr. Sven Holder y el Sr. Stephen Conley por su ayuda inestimable en este estudio. Este trabajo fue financiado en parte por el Instituto Nacional de Heath [Grant número R00CA134920] y la American Lung Association [Grant número RG-194681-N]. NinePoint Medical Inc. patrocinó los costos asociados con la publicación de este manuscrito.
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
Tissue marking dye | Triangle Biomedical | TMD-BK, TMD-G |