Summary
Sondebaseret konfokal laser endomicroscopy muliggør real-time mikroskopi af den humane urinvejene under cystoskopi, tilvejebringe dynamisk, intravital billeddannelse af patologiske tilstande, såsom blærecancer med cellulær opløsning. Endomicroscopy kan forstærke den diagnostiske nøjagtighed standard hvidt lys endoskopi og give intraoperativ billede vejledning til at forbedre kirurgisk resektion.
Abstract
Probe-baseret konfokalt laser endomicroscopy (CLE) er en ny optisk imaging-teknologi, der muliggør real-time in vivo mikroskopi af slimhindeoverflader under standard endoskopi. Med applikationer, der aktuelt i luftvejene 1 og gastrointestinale skrifter, har 2-6 CLE også blevet undersøgt i urinvejene for blærekræft diagnose. 7-10 Cellular morfologi og væv mikroarkitektur kan løses med micron skala opløsning i realtid, i tillæg til dynamisk billeddannelse af normale og patologiske vaskulatur. 7
Probe-baserede CLE system (Cellvizio, Mauna Kea Technologies, France) består af en genanvendelig fiberoptisk billeddannende probe koblet til en 488 nm laser scanning enhed. Den billeddannende sonde anbringes i arbejdsgrupperne kanaler standard fleksible og stive endoskoper. Et endoskop-baseret CLE system (Optiscan, Australien), hvor den konfokale endomicroscopy functionality er integreret på endoskopet, anvendes også i mave-tarmkanalen. I betragtning af den større anvendelsesområde diameter, imidlertid er anvendelsen i urinvejene i øjeblikket begrænset til ex vivo-anvendelse. 11 Konfokal billedoptagelse sker gennem direkte kontakt af den billeddannende probe med mål-væv og registreres som videosekvenser. Som i mavetarmkanalen, kræver endomicroscopy af urinvejene et exogenenous kontrastmiddel-hyppigst fluorescein, som kan administreres intravenøst eller intravesikalt. Intravesikal administration er en veletableret fremgangsmåde til at indføre farmakologiske midler lokalt med minimal systemisk toksicitet, der er unik for urinvejene. Fluorescein hurtigt pletter den ekstracellulære matrix og har en etableret sikkerhedsprofil. 12 Imaging sonder med forskellige diametre muliggøre kompatibilitet med forskellige kaliber endoskoper. Til dato har 1,4 og 2,6 mm prober blevet evalueret med fleksibel og riGID cystoskopi. 10 Recent adgang til en <1 mm imaging probe 13 åbner mulighed for CLE i de øvre urinveje under ureteroscopy. Fluorescens cystoskopi (dvs. fotodynamisk diagnose) og smalle bånd billeddannelse er yderligere endoskop-baserede optiske afbildningsmodaliteter 14, der kan kombineres med CLE at opnå multimodal billeddannelse af urinvejene. I fremtiden kan CLE kobles med molekylære kontrastmidler, såsom fluorescensmærkede peptider 15 og antistoffer til endoskopisk billeddannelse af sygdomsprocesser med molekylær specificitet.
Protocol
1. Patientforberedelse
- Samtykke patient er planlagt til diagnostisk cystoskopi og andre endourological procedurer, såsom transuretral resektion af blære tumor (TURBT) for CLE. Omfatter i tilladelsen en beskrivelse af anvendelsen af intravesical og / eller intravenøs fluorescein som kontrastmidlet. Spørge historie overfølsomhedsreaktion til fluorescein.
- Patienten anbringes for cystoskopi (typisk i lithotomy position) og fremstilles på steril måde.
- Fortsæt med standard hvidt lys cystoskopi (WLC) med en stiv eller fleksibel cystoscope gennem urinrøret.
- Overskue alle regioner i blæren under hvidt lys (figur 1) og bemærk områder af interesse for CLE undersøgelse.
- Foruden WLC, kan blæren blive afbildet med andre makroskopiske optiske billeddannende modaliteter, herunder fluorescens cystoskopi (figur 2A) eller snævre bånd imaging (figur 2B) til identify yderligere områder af mistanke efterfulgt af karakterisering med CLE.
- Brug en cautery elektrode eller resektionsslynge at placere en lille cautery mark støder op til de regioner af interesse, der både vil blive afbildet og biopsi for patologisk bekræftelse. Den cautery varemærke letter re-lokalisering til efterfølgende CLE billeddannelse og biopsi.
2. Contrast Agent
- Intravesikal instillation af kontrastmiddel
- Fremstille ved fortynding klinisk kvalitet 10% fluoresceinnatrium i sterilt normalt saltvand (0,9% NaCI) til den ønskede koncentration. For eksempel fremstille 400 ml 0,1% fluorescein ved fortynding 4 ml 10% fluorescein i 396 ml normalt saltvand.
- Indsætte en steril urin kateter i blæren, og bibringe fortyndet kontrastmiddel ved tyngdekraft under anvendelse af en 60 ml kateter-spids sprøjte.
- Monteringen af urinkateteret at holde kontrastmiddel iboende i 5 minutter.
- Drain kontrastmiddel fra blæren. Brug 60 ml catheter-tip sprøjten at udvaske resterende kontrast fra blæren ved hjælp af normalt saltvand, ca 240-300 ml.
- Fortsæt til CLE billeddannelse.
- Intravenøs injektion af fluorescein
- Trække 1,0 ml fluorescein i sprøjten. Fastgøre sprøjten til intravenøs adgang og injicere 0,5 til 1,0 ml fluorescein intravenøst som en bolus. Skyl linje med normalt saltvand. Dette gøres typisk ved anæstesi hold på operationsstuen.
- Fortsæt til CLE billeddannelse.
3. CLE Imaging
- Fjern den steriliserede CLE imaging probe (Cellvizio) ud af emballagen, og tilslut den til laserscanning enhed (Mauna Kea Technologies, Paris, Frankrig)
- Varm op og kalibrere imaging sonden ved at følge producentens anvisninger.
- Genindsæt cystoscope eller resectoscope ind i blæren. Anvende en 0 grader linse med den stive cystoskop.
- Før CLE imaging sonden langs working kanal i cystoskop med spidsen lige uden for cystoskop.
- Under hvidt lys, find de tidligere markerede områder af interesse. Anvende yderligere normalt saltvand vanding efter behov til visualisering af slimhinden og opretholde moderat udspiling af blæren.
- Manipulere CLE imaging probe med operatørens hånd for direkte en face kontakt mellem områder af interesse. Til optisk sektionering af regionerne af interesse, øges forsigtigt og sænke trykket til det billeddannende probe under opretholdelse direkte kontakt.
- At nå tumorer placeret på den anteriøre blære, kan et standard Albarran bro bidrage til at lette afbøjning af den billeddannende probe til direkte kontakt med området af interesse (figur 2C).
- Fælles områder af interesse omfatter papillær tumor, ikke-papillær tumor, overgang mellem normalt udseende slimhinde og tumor, og erytematøse patches, som alle kan afbildes ved hjælp af enten intravesisk eller intravenøs fluorescein administration. Intravenøs fluorescein kræves til billeddannelse af resektion sengen, prostatisk urethra og penile urethra.
- Som det billeddannende sonde scanner område af interesse, optage billeder til senere analyse. Bemærk overordnede cellulære morfologi, afgrænsning organisation, og tilstedeværelsen af neo-angiogenese.
- Efter afsluttet billedbehandling, fjernes CLE imaging probe fra arbejdskanal.
- Hvis det ønskes, få kold-skål biopsier fra tilsvarende områder af interesse, der blev scannet af CLE. Brug cautery markeringer som pejlemærker for co-registrering af de afbildede områder, der er biopsi.
- Komplet TURBT per rutine. Hos patienter, der fik intravenøs fluorescein, overveje at bruge kontinuerlig gennemstrømning resektoskoper at forbedre visualisering under resektion, som fluorescein udskilles via nyrerne til blæren cirka 5 minutter efter intravenøs administration.
- Hent gemte billedoptagelser fra konfokal processor og conduct billedanalyse.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
CLE billeder gemmes som gråtoner videosekvensdele filer ved 12 frames per sekund. Billede fortolkning sker i realtid og kan anvendes til at påvirke den kliniske beslutningsproces under en testpræparater protokol. Offline analyse, som omfatter revision af videosekvensen, ekstra billedbehandling, såsom mosaicing, 7 og sammenligning med standard patologi, er vigtige i den indlæringskurven fase er forbundet med teknologien. 1B og 1C er repræsentative CLE billeder opnået fra to forskellige blæretumorer ved hjælp intravesical og intravenøs fluorescein hhv. For blæretumorer, cellulære funktioner (fx morfologi, sammenhængskraft og kanter) og microarchitectural funktioner (f.eks flade versus papillær tumorer, væv organisation og vaskulære funktioner) er kendt for at skelne mellem godartede og ondartede læsioner og lav og høj kvalitet kræft. I betragtning af billeddannende prober kan byttes mellem forskellige types af cystoscopes, kan CLE kombineres med andre nye billeddannende modaliteter, herunder fluorescens cystoskopi (figur 2A) og smalle bånd imaging (figur 2B), som kan forbedre den diagnostiske nøjagtighed enten teknologien i sig selv.
Fig. 1. Repræsentative billeder fra WLC og CLE afhængige intravesikal versus intravenøs administration af fluorescein. A. WLC med intravesikalt farvede papillær tumor. 2,6-mm imaging probe ses i bunden af billedet. B. CLE af intravesikalt farvet papillære tumor. C. CLE af intravenøst farvede papillære tumor. Klik her for at se større figur .
Figur 2. Tillægsbehandling makroskopiske billeddiagnostiske metoder og yderligere værktøjer. A. CLE billeddannelse i forbindelse med fluorescens cystoskopi (med administration af hexaminolevulinate hydrochlorid). CLE imaging probe er synligt på venstre side af billedet. B. CLE billeddannelse i forbindelse med snævre bånd billeddannelse. CLE imaging probe er synligt på venstre side af billedet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Opnåelse og fastholdelse af solid en face kontakt mellem den billeddannende sonden og blære slimhinden er den mest kritiske skridt i at erhverve optimal billedkvalitet. Der er cirka en 3-5 patient indlæringskurve at udvikle fingerfærdighed til at manipulere den billeddannende sonden og at holde sonden konstant under billedoptagelse. Desuden, når denne fremgangsmåde udføres in vivo, kan patientens bevægelser (dvs. luftvejs) og vaskulære pulsationer påvirker imaging probe kontakt med blæren. Den interobserver varians og indlæringskurven af billede fortolkning, som kræver erfaring med bredt spektrum af blære patologi, er i øjeblikket under efterforskning. Variation i billedkvaliteten kan tilskrives væv variabilitet og underliggende patologi. Billeddannelse af de normale områder, ud over de mistænkelige anført områder, er nyttig til at vurdere billedkvalitet og fluorescein-farvning.
Cautery marking af hvert område af interesse er nyttige til at lette re-lokalisering af den billedbærende og udskåret væv, som blæren tømmes og genfyldes gentagne gange mellem billederhvervelse og resektion. Dette trin, der kaldes co-registrering, er vigtig for komparativ analyse at korrelere billeder opnået ved CLE med histologi. Begge procedurer for intravesical og intravenøs indgift af fluorescein er beskrevet ovenfor, med visse forskelle i forhold til timing og krav til intravenøs adgang. 8
Afhængigt af den anatomiske placering og mikroskopiske træk, der skal afbildes, den optimale tilstand og tidspunktet for fluorescein administrationen skal bestemmes eksperimentelt. I patienter, der fik intravesical fluorescein, kan yderligere intravenøs fluorescein dosis gives til afbildning af regioner, som ikke farvede (f.eks tumorlejet, urethra).
2,6 mm imaging probe blev anvendt i dette themtion. Imidlertid kan princippet om adgang til blæren med probe-baseret teknologi anvendes i fremtidige generationer af billedbehandling sonder, der forbedrer billedkvaliteten i mindre og mere manøvre prober. Billedbehandling sonder 1 mm i diameter er for nylig blevet beskrevet. Tretten Disse mindre billeddannende prober kan tillade CLE billeddannelse i ambulant cystoskopi og in vivo konfokal billeddannelse af de øvre urinveje under ureteroscopy.
Endelig kan nye kontrastmidler er specifikke for blærekræft skal udvikles, der forbedrer billedkvaliteten. Teknikken viste af indgyde kontrastmidler intravesikalt besidder betydelige løfte da patienten har lavere risiko for systemisk eksponering sammenlignet med intravenøs injektion.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Ingen interessekonflikter erklæret.
Acknowledgments
Forfatterne vil gerne takke Mauna Kea Technologies for teknisk support. Forfatterne takker også Shelly Hsiao for teknisk assistance og Kathleen E. Mach til kritisk gennemgang. Dette arbejde blev støttet delvist af NIH R01CA160986 til JCL
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cellvizio 100 Series | Mauna Kea Technologies | 100 Series | Includes confocal processor and LSU: F400-v2 at 488 nm |
| Cellvizio Confocal Miniprobe | Mauna Kea Technologies | Gastroflex UHD | |
| AK-FLUOR 10% | Akorn, Inc. | NDC 17478-253-10 |
References
- Thiberville, L., et al. Human in vivo fluorescence microimaging of the alveolar ducts and sacs during bronchoscopy. Eur. Respir. J. 33, 974-985 (2009).
- Dunbar, K. B., Okolo, P. 3rd, Montgomery, E., Canto, M. I. Confocal laser endomicroscopy in Barrett's esophagus and endoscopically inapparent Barrett's neoplasia: a prospective, randomized, double-blind, controlled, crossover trial. Gastrointest. Endosc. 70, 645-654 (2009).
- Buchner, A. M., et al. Comparison of probe-based confocal laser endomicroscopy with virtual chromoendoscopy for classification of colon polyps. Gastroenterology. 138, 834-842 (2010).
- Pech, O., et al. Confocal laser endomicroscopy for in vivo diagnosis of early squamous cell carcinoma in the esophagus. Clin. Gastroenterol. Hepatol. 6, 89-94 (2008).
- Goetz, M., et al. In vivo confocal laser endo microscopy of the human liver: a novel method for assessing liver microarchitecture in real time. Endoscopy. 40, 554-562 (2008).
- Meining, A., et al. Detection of cholangiocarcinoma in vivo using miniprobe-based confocal fluorescence microscopy. Clin. Gastroenterol. Hepatol. 6, 1057-1060 (2008).
- Wu, K., et al. Dynamic real-time microscopy of the urinary tract using confocal laser endomicroscopy. Urology. 78, 225-231 (2011).
- Sonn, G. A., et al. Optical biopsy of human bladder neoplasia with in vivo confocal laser endomicroscopy. J. Urol. 182, 1299-1305 (2009).
- Sonn, G. A., et al. Fibered confocal microscopy of bladder tumors: an ex vivo study. J. Endourol. 23, 197-201 (2009).
- Adams, W., et al. Comparison of 2.6- and 1.4-mm imaging probes for confocal laser endomicroscopy of the urinary tract. J. Endourol. 25, 917-921 (2011).
- Wiesner, C., et al. Confocal laser endomicroscopy for the diagnosis of urothelial bladder neoplasia: a technology of the future? BJU Int. 107, 399-403 (2011).
- Wallace, M. B., et al. The safety of intravenous fluorescein for confocal laser endomicroscopy in the gastrointestinal tract. Aliment. Pharmacol. Ther. 31, 548-552 (2010).
- Konda, V. J. A., et al. First assessment of needle-based confocal laser endomicroscopy during EUS-FNA procedures of the pancreas (with videos. Gastrointest. Endosc. 74, 1049-1060 (2011).
- Liu, J. -J., Droller, M., Liao, J. C. New Optical Imaging Technologies in Bladder Cancer: Considerations and Perspectives. J. Urol. 188, 361-368 (2012).
- Hsiung, P. -L., et al. Detection of colonic dysplasia in vivo using a targeted heptapeptide and confocal microendoscopy. Nat. Med. 14, 454-458 (2008).
