Um método para a imagem<em> Ex vivo</em> Espécimes de ressecção pulmonar com óptica no domínio da frequência de imagem (OFDI) e obter correlação precisa de histologia é descrito, o que é essencial para o desenvolvimento de critérios de interpretação específicos para OFDI patologia pulmonar. Este método é aplicável a outros tipos de tecidos e técnicas de imagiologia para obter imagens precisas para correlação histológica para a interpretação de imagens precisas e avaliação. Critérios de imagem criados com esta técnica, então, seria aplicável à avaliação de imagem no futuro<em> In vivo</em> Estudos.
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.
Avaliação de neoplasias malignas pulmonares iniciais pode ser extremamente difícil devido à falta de sintomas e incapacidade de visualizar iniciais de alterações neoplásicas radiologicamente ou broncoscopia. OFDI fornece perto histológica resolução, grande área 3-dimensional vista microestrutura do tecido em tempo real 2-6. Endobrônquica OFDI tem sido demonstrada em pacientes como uma técnica segura, que pode ser usada para obter os conjuntos de dados de alta resolução volumétricas mais longos segmentos das vias aéreas na via aérea pulmonar 11-13 (Animação). No entanto, apenas pequenas biópsias são obtidas como contrapartes histopatológicas no in vivo configuração, que não proporcionam correlatos adequados para OFDI para o desenvolvimento de critérios de imagiologia para a patologia pulmonar. A fim de avaliar com precisão as características OFDI visto na imagem pulmonar, que é essencial para a obtenção da imagem precisamente de acordo com a correlação da histologia. Apresenta-se um método simples e eficaz para precisão, um para one correlação entre OFDI e histologia aplicada nas vias aéreas de imagiologia ex vivo amostras de ressecção pulmonar, que é aplicável a quase qualquer tipo de tecido ex vivo. Uma vez que os critérios de imagiologia foram estabelecidas ex vivo com correspondência histologia um-para-um, estes critérios podem então ser aplicada a imagem in vivo.
O corante do tecido usado para marcar a região de imagem de interesse é claramente visível em ambos OFDI e histologia. Usando técnicas simples de orientar o tecido, marcas de tinta pode ser correlacionado tanto em imagem e histologia para permitir 1-1 comparações das características OFDI e descobertas histológicas para determinar as características de imagem de identificação do tecido da patologia. A técnica é barato e prático, tornando-se assim útil em muitas aplicações de imagem ópticos.
Na configuração em vivo, tais como os métodos de marcação a laser pode ser utilizado para a orientação do tecido 25. No entanto, tele pequeno tamanho da biópsia brônquica ainda é um fator limitante na utilização de estudos in vivo para desenvolver critérios de imagem específicos para a patologia pulmonar. Embora estudos ex vivo servir como uma alternativa adequada para imagem in vivo, existem algumas limitações. Espécimes pulmonares ex vivo são uninflated e muitas vezes exibir atelectasia cirurgicamente induzida, o que altera a aparência de estruturas alveolares normais. Inflando tecido pulmonar cirurgicamente ressecada com tecido marcação para correlação histologia é tecnicamente desafiador como a maioria dos espécimes pulmonares cirúrgicas são recebidos após avaliação seção patologia congelado durante o qual a superfície pleural é interrompido, interferindo com a inflação espécime. Não-patológica atelectasia não é um artefato visto no na definição vivo, portanto, essa limitação não seria pertinente na imagem pulmonar vivo. Além disso, a falta de sangue dentro dos vasos em amostras ex vivo pode tornar difícil a distinguish estruturas vasculares a partir de estruturas de vazios de outros sinais. Na configuração em vivo, a adição de Doppler OCT / OFDI 26-28 de outubro estrutural / OFDI iria ajudar na identificação dos navios.
Artefactos de movimento pode ser observado in vivo em que eles não são ex vivo presente. Isto poderia ser potencialmente problemáticos na norma outubro sistemas com taxas mais lentas de aquisição. No entanto, as taxas de quadro rápidas de sistemas OFDI atualmente> 200 fps 29-31. Assim, não se espera que artefacto de movimento irá ser um problema significativo. Anterior, em outubro vivo e estudos de imagem OFDI demonstraram visualização bem-sucedida de recursos de imagem finas 14,15,18,19.
Neste estudo nós demonstramos OFDI volumétrico com correlação precisa de tecido baseado diagnóstico para avaliar patologia pulmonar. O processo descrito destina-se a fornecer histologia combinados com precisão para ser usada como o ouro Standaª para a interpretação da imagem OFDI.
Critérios de imagem uma vez específicos para a patologia pulmonar, foram desenvolvidos e validados ex vivo com correspondência histologia um-para-um, os critérios podem então ser aplicada para subsequente estudos in vivo de imagens com o uso de uma biópsia brônquica como uma avaliação padrão de ouro da imagiologia Características visto. Esta técnica é apresentada como uma aplicação para amostras de ressecção pulmonar, mas pode ser aplicado a praticamente qualquer tipo de tecido para proporcionar a imagem precisa de histologia correlação necessários para determinar as características de imagem finas de tecidos normais e patológicos.
The authors have nothing to disclose.
Os autores gostariam de agradecer ao Sr. Sven Holder e Sr. Stephen Conley por sua inestimável ajuda neste estudo. Este trabalho foi financiado em parte pelo Instituto Nacional de Heath [número Grant R00CA134920] e da American Lung Association [número Grant RG-194681-N]. NinePoint Medical Inc. patrocinou os custos de publicação associada a este manuscrito.
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
Tissue marking dye | Triangle Biomedical | TMD-BK, TMD-G |