Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Tissue-simulering Phantoms til vurdering af potentielle nærinfrarøde fluorescensimagografi Applications i Breast Cancer Surgery

doi: 10.3791/51776 Published: September 19, 2014

Abstract

Unøjagtigheder i intraoperativ tumorlokalisering og evaluering af kirurgisk margin status resultat i suboptimal resultat af brystbevarende operation (BCS). Optisk billeddannelse, især nær-infrarødt fluorescens (NIRF) billeddannelse, kan reducere hyppigheden af ​​positive kirurgiske margener efter BCS ved at give kirurgen med et værktøj til præ-og intraoperativ tumorlokalisering i real-tid. I den aktuelle undersøgelse, er potentialet i NIRF-styrede BCS evalueret ved brug vævsbaseret simulerer bryst fantomer af hensyn til formål standardisering og uddannelse.

Breast fantomer med optiske egenskaber svarende til dem af normalt brystvæv blev brugt til at simulere brystbevarende kirurgi. Tumor-simulering inklusioner indeholdende det fluorescerende farvestof indocyaningrønt (ICG) blev indarbejdet i fantomer på foruddefinerede placeringer og filmede til præ-og intraoperativ tumorlokalisering, real-time NIRF guidet tumorresektion, NIRF-styretvurdering af omfanget af operationen, og postoperativ vurdering af kirurgiske margener. En skræddersyet NIRF kamera blev anvendt som en klinisk prototype til billeddannende formål.

Breast fantomer indeholder tumor-simulerende inklusioner tilbyder en enkel, billig og alsidigt værktøj til at simulere og evaluere intraoperativ tumorafbildning. De gelatinøse fantomer har elastiske egenskaber, der svarer til humant væv og kan skæres ved anvendelse af konventionelle kirurgiske instrumenter. Desuden fantomer indeholder hæmoglobin og Intralipid til efterligne absorption og spredning af fotoner henholdsvis skabe ensartede optiske egenskaber svarende til væv menneskelige bryst. Den største ulempe ved NIRF billeddannelse er den begrænsede indtrængningsdybde af fotoner, når formerings gennem væv, hvilket hindrer (invasiv) billeddannelse af dybtliggende tumorer med epi-belysnings strategier.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Brystbevarende operation (BCS) efterfulgt af strålebehandling er standard behandling for brystkræftpatienter med T 1 -T 2 brystcarcinom 1,2. Unøjagtigheder i intraoperativ vurdering af omfanget af kirurgi resultere i positive kirurgiske margener i 20 til 40% af de patienter, som gennemgik BCS, hvilket nødvendiggør yderligere kirurgiske indgreb eller strålebehandling 3,4,5. Selv om omfattende resektion af tilstødende sundt brystvæv kunne reducere hyppigheden af positive kirurgiske margener, vil dette også hæmme kosmetisk resultat og øge komorbiditet 6,7. Er derfor behov for nye teknikker, som giver intraoperativ tilbagemelding på placeringen af ​​den primære tumor og omfanget af operationen. Optisk billeddannelse, især nær-infrarødt fluorescens (NIRF) billeddannelse, kan reducere hyppigheden af ​​positive kirurgiske margener efter BCS ved at give kirurgen med et værktøj til præ-og intraoperativ tumorlokalisering i Real-tid. For nylig, vores gruppe rapporteret om den første i-humane forsøg tumor målrettet fluorescensimagografi i ovariecancerpatienter, der viser muligheden af denne teknik til at opdage primære tumorer og intraperitoneale metastaser med høj følsomhed 8. Inden vi går videre til kliniske undersøgelser i brystkræftpatienter dog gennemførligheden af ​​de forskellige tumor-målrettede NIRF billedbehandlingsprogrammer i BCS kan allerede evalueres præklinisk hjælp fantomer.

Følgende forsøgsprotokollen beskriver brugen af NIRF billedbehandling i væv simulerer bryst fantomer indeholdende fluorescerende tumor-simulering inklusioner 9. De fantomer tilvejebringe en billig og alsidigt værktøj til at simulere før og intraoperativ tumorlokalisering realtid NIRF guidet tumorresektion, vurdering af den kirurgiske kantstatus, og detektion af tilbageværende sygdom. De gelatinøse fantomer har elastiske egenskaber, der svarer til humant væv og kan skæres ved hjælp af konventionelle filtreurgical instrumenter. Under simuleret kirurgisk procedure, er kirurgen styret af taktil information (i tilfælde af følbare indeslutninger) og visuel inspektion af operationsfeltet. Desuden er NIRF billeddannelse anvendes til at give kirurgen realtid intraoperativ tilbagemelding om omfanget af kirurgi.

Det skal understreges, at NIRF billeddannelse kræver anvendelse af fluorescerende farvestoffer. Ideelt set bør fluorescerende farvestoffer anvendes der udsender fotoner i det nær-infrarøde spektralområde (650-900 nm) for at minimere absorption og spredning af fotoner af molekyler fysiologisk rigelige i væv (fx hæmoglobin, lipider, elastin, collagen og vand) 10,11. Desuden autofluorescens (dvs. den iboende fluorescens aktivitet i vævene på grund af biokemiske reaktioner i levende celler) er minimeret i den nær-infrarøde spektralområde, hvilket resulterer i optimale tumor-til-baggrund-forhold 11. Ved konjugering NIRF farvestoffer til tumor-udsigt til rentenedsættelserted dele (fx monoklonale antistoffer), kan målrettet levering af fluorescerende farvestoffer opnås for intraoperative billedbehandling.

Da det menneskelige øje er ufølsom over for lys i det nær-infrarøde spektrale område, er et meget følsomt kamera anordning kræves for NIRF billeddannelse. Adskillige NIRF billeddannende systemer til intraoperativ brug har hidtil 12 blevet udviklet. I den aktuelle undersøgelse, brugte vi en brugerdefineret bygge NIRF imaging system, der blev udviklet til intraoperativ anvendelse i samarbejde med det tekniske universitet i München. Systemet giver mulighed for samtidig erhvervelse af farvebilleder og fluorescens billeder. For at forbedre nøjagtigheden af ​​fluorescensbilleder er en ordning korrektion implementeret for variationer i lysintensitet i væv. En detaljeret beskrivelse er leveret af Themelis et al. 13

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Opret Silikone forme til Tumor-simulering Indeslutninger

  1. Saml faste poster i den ønskede form og størrelse, der kan tjene som modeller for tumor-simulering inklusioner, fx perler eller kugler.
  2. Rengør tumor-modeller. For at sikre en nem fjernelse fra silikoneformen kan tumormodeller sprøjtes med anti-stick spray eller dækket med et tyndt lag af vaseline eller bivoks.
  3. Placer hver model i en separat tyndvægget firkant (plastic) æske med en glat overflade. Hvis det er nødvendigt, fiksere modellen til bunden af ​​boksen for at holde det på plads. Brug en boks, der er lidt større end den tumormodel selv at undgå at spilde store mængder af silikone.
  4. Hæld den nødvendige mængde silikone komponent A i en røreskål og tilføje silikone komponent B i forholdet 10: 1 efter vægt. Bland begge komponenter grundigt. Eventuelt kan en vakuumpumpe anvendes til at fjerne luftbobler fra siliconeblanding.
  5. Forsigtigt pour silikone blandingen i plastboks at forhindre fældefangst luftbobler. Silikone blanding bør behandles inden for 45 min for at opnå optimale resultater.
  6. Lad siliconeblanding størkne i mindst 6 timer før opskæring formen og fjerne tumormodel. Eventuelt kan silikoneformen skæres i en zigzag-mønster for at gøre det muligt at passe sammen igen rent. Maksimal styrke af silicone opnås efter 3 dage.

2. Opret Tris-saltopløsning

  1. Opret en Tris-bufret saltvand (TBS) ved tilsætning af 6,1 g (50 mM) Tris og 8,8 g (150 mM) NaCl til 800 ml deioniseret vand.
  2. Tilsæt 1,0 g (15 mmol) NaN3 at blokere iltning af hæmoglobin (trin 3.3 og 4.4) og til at hæmme bakterievækst. ADVARSEL: NaN3 er en alvorlig gift. Det kan være fatalt i kontakt med hud eller ved indtagelse. Toksiciteten af ​​denne forbindelse er sammenlignelig med opløselige alkali cyanider og den dødelige dosis for et voksent menneskeer omkring 0,7 g. Følg altid sikkerhedsanvisningerne, som foreskrevet af producenten.
  3. PH justeres til 7,4, og rumfanget bringes op på 1000 ml med deioniseret vand.

3. Opret Fluorescent Indeslutninger

  1. Der tilsættes 2 g agarose til 50 ml TBS fra trin 2. Den højere smeltepunkt agarose i forhold til gelatine (trin 4.2) vil forhindre inklusioner fra opløsning og utætte fluorescerende farvestof, når den placeres i smeltet gelatine. Eventuelt kan ændres mængden af ​​tilsat agarose til 1 eller 3 g til opnåelse af blødere eller palpable tumor indeslutninger hhv.
  2. Varm agarose opslæmning ved hjælp af en mikrobølgeovn, indtil kogepunktet er nået. Rør grundigt, indtil agarose er helt opløst.
  3. Tilføj 1,1 g (17 pmol) hæmoglobin og 5 ml Intralipid 20% opløst i 50 ml TBS til agarose-blanding under konstant omrøring til at ligne de optiske egenskaber for det omgivende bryst fantom væv (trin 4).
  4. Tilføj 20,0 mg (250,8 pmol) af det fluorescerende farvestof indocyaningrønt til 83,8 ml deioniseret vand. Sørg for, at farvestoffet er helt opløst.
  5. Pipetter 5,0 ml af denne opløsning og føje det til agarose-blanding til opnåelse af en slutkoncentration på 14 uM. Eventuelt kan andre fluorescerende farvestoffer end ICG om ønsket anvendes med deres egen optimale koncentration.
  6. Forsigtigt fylde silikoneforme oprettet i trin 1 med den varme agarose blanding med en sprøjte (Figur 1A). Gentag denne proces, indtil alle formene er fyldt.
  7. Lad de fluorescerende inklusioner størkne ved stuetemperatur i cirka en time. Beskyt optagelser fra lys ved at dække hele formen med alufolie.
  8. Efter størkning, åbn forsigtigt formen og tryk ud optagelse (Figur 1B). Eventuelt spidsen af ​​sprøjten at anvende små dråber af smeltet agarose blanding på overfladen af ​​optagelsen. Ved at gentage denne proces flere gange på det samme sted, lille tukan oprettes Mor Spurs simulere infiltrative tumorer.
  9. Beskyt agarose optagelser fra lys og dehydrering ved at pakke dem ind i alufolie og gemme dem i en fugtig opbevaring beholder ved 4 ° C.
    BEMÆRK: Brugen af ​​lavere eller højere fluorescerende farvestof koncentrationer end den kendte koncentration optimale vil både resultere i formindsket fluorescerende signal intensitet. Den tilsyneladende ulogisk reduktion i signalintensitet med stigende farvestofkoncentrationer over den optimale fluorescerende farvestof koncentration skyldes et fænomen kendt som quenching. Ved vurderingen af ​​den maksimale dybde penetration af et fluorescerende farvestof i fantomer, ved hjælp af den optimale koncentration er obligatorisk.

4. Opret Breast Phantoms

  1. Anskaf en kop-formet støbeform til at skabe bryst fantomer i den ønskede størrelse og volumen, fx et glas eller plastik skål. Formen skal have en glat overflade for at forhindre gelatine formular klæber til formen. En støbeform volue på 500 ml vil skabe bryst fantomer af tilstrækkelig størrelse.
  2. Sådan opretter du en bryst fantom med et volumen på 500 ml, tilsættes 50 g gelatine 250 blomstre til 500 ml TBS (trin 2). Varm gelatine opslæmningen til 50 ° C under konstant omrøring.
  3. Når gelatine er fuldstændig opløst, lad gelatine blandingen gradvist køle ned og fastholde den ved en konstant temperatur på 35 ° C ved anvendelse af et varmt vandbad.
  4. Under konstant omrøring tilsættes 5,5 g (85 mmol) bovint hæmoglobin og 25 ml Intralipid 20% at simulere absorption og spredning af fotoner i væv hhv.
  5. Prechill det skålformede form ved 4 ° C i mindst 1 time. Dernæst hældes gelatine blandingen i formen til et niveau, der svarer til det foruddefinerede dybde agarose tumor simulerer integration (figur 1C). Lad gelatine blandingen størkne ved 4 ° C i 30 minutter til en time.
  6. Efter størkning, placere en tumor-simulering fluorescerende agarose optagelse på overfladen af fantomet og midlertidigt fiksere optagelse med en lille nål. Kan inkorporeres op til maksimalt tre tumor-simulering fluorescerende optagelser i et enkelt bryst fantom. Tilstrækkelig plads (mindst 5 cm) bør holdes mellem individuelle tumor-simulering inklusioner (figur 1D).
  7. Hæld resten af ​​varm gelatine blandingen i de resterende skimmel volumen, der giver mulighed for tilslutning af begge lag uden at skabe brydning artefakter. Markér placeringen af ​​de fluorescerende tumor-simulering inklusioner på formen. Lad fantom størkne O / N ved 4 ° C.
  8. Når størknet, fjerne nåle, der anvendes til midlertidig fiksering af optagelsen, og fjern forsigtigt brystet fantom fra sin skimmel (figur 1E). Beskyt brystet fantom fra lys og dehydrering ved at pakke det i aluminiumsfolie og opbevar det i en fugtig opbevaring beholder ved 4 ° C.

ure 1 "FO: indhold-width =" 5in "src =" / filer / ftp_upload / 51776 / 51776fig1highres.jpg "width =" 500 "/>
Figur 1. sekventielle trin skabe bryst fantomer indeholdende fluorescerende tumor-simulerende inklusioner. Efter oprettelse af silikone forme af den ønskede form og størrelse formene fyldes med smeltet agarose blandingen under anvendelse af en sprøjte (A). Tumor-simulerende inklusioner af forskellig størrelse og form blev fremstillet i den aktuelle undersøgelse (B). Dernæst er et tyndt lag af smeltet gelatine blandingen hældt i en tilpasset støbeform belagt træ bryst (C). Efter størkning, er tumor-simulerende indeslutninger anbragt midlertidigt fikseret, og dækket med et lag af smeltet gelatine blanding (D). Efter størkning, er brystet fantom forsigtigt fjernet fra dets formen (E). Fantomet kan derefter anvendes til at simulere forskellige NIRF billedbehandlingsprogrammer (F).ref = "/ filer / ftp_upload / 51776 / 51776fig1highres.jpg" target = "_blank"> Klik her for at se en større version af dette tal.

5. Indstil NIRF kamerasystem

  1. Et NIRF kamerasystem til intraoperativ ansøgning er nødvendig for at simulere målrettet NIRF billeddannelse i brystkræft kirurgi. Adskillige NIRF billeddannende systemer til real-tid intraoperativ NIRF billeddannelse er i øjeblikket tilgængelig for eksperimentel anvendelse. Selv om nogle forskelle mellem disse enheder findes, de alle indeholder en excitationslyskilde (til excitation af de fluorescerende tumor indeslutninger) og et meget følsomt billeddannende anordning til detektion af udsendte fotoner.
  2. Sørg for at bruge en excitationslyskilde et tilstrækkeligt bølgelængde. For tumor-simulering inklusioner indeholdende ICG, skal du bruge en excitationslyskilde (f.eks laser), der udsender fotoner mellem 750 og 800 nm. Hvis der anvendes en alternativ fluorescerende farvestof bør excitationsbølgelængde justeres i overensstemmelse ma nufacturer instruktioner.
  3. I tilfælde af NIRF kamera systemet indeholder en emission filter til at filtrere uønsket baggrundsstøj signaler, så sørg for, at det korrekte filter bruges. For tumor-simulering inklusioner indeholdende ICG, skal du bruge en emission filter mellem 800 og 850 nm. Alternative fluorescerende farvestoffer kan kræve forskellige emissionsfiltre, afhængigt af producentens anvisninger.
    BEMÆRK: Sørg for, at der er nul overlapning mellem excitation og emission bølgelængder for at forhindre overmættede billeder. Desuden kan billedet erhvervelse tid skal justeres for at opnå optimale fluorescerende billeder. I tilfælde af dybtliggende fluorescerende indeslutninger eller svage fluorescerende signaler, kan billedet erhvervelse tid øges op til flere sekunder til min. I tilfælde af overfladiske indeslutninger eller stærke fluorescerende signaler, kan erhvervelse tid reduceres til flere msek for at muliggøre video-hastighed fluorescensimagografi i realtid.
e "> 6. Simulering af NIRF billedbehandling i Breast Cancer Surgery

  1. Tag vævet simulerer bryst fantom fra dets beholder og placere den på en flad ikke-fluorescerende overflade. Næste placere NIRF imaging enhed over brystet fantom, efterlader en tilstrækkelig bearbejdning afstand til fjernelse af tumor-simulering inklusioner.
  2. Lokalisere tumor-simulere fluorescerende inklusion hjælp NIRF billedbehandling og / eller palpering af fantom brystet. Hvis der ikke kan påvises nogen fluorescerende signal, er inddragelsen enten placeret for dybt i fantom til detektering eller billedet erhvervelse skal øges.
  3. Når optagelse er lokaliseret, incise fantom bryst og fjerne svulsten simulerer inddragelsen under realtid NIRF-vejledning anvendelse af konventionelle kirurgiske instrumenter. Alternativt inddragelse kan udskæres udelukkende styret af besigtigelse og palpering af brystet fantom at simulere standard-of-care.
  4. Umiddelbart efter fjernelseaf tumor-simulering inklusion, billede den kirurgiske hulrum for enhver resterende fluorescerende aktivitet tyder på en utilstrækkelig excision.
  5. I tilfælde af resterende fluorescerende aktivitet, udskære rest under direkte NIRF vejledning integration frem til noget fluorescerende signal er tilbage.
  6. Billede Det udskårne fantom fragmenter at simulere NIRF guidet makroskopisk vurdering margin status. Hertil blev slice fantom væv i 3 - 5 mm plaques og billede plaques i overensstemmelse hermed. Fluorescenssignal nå ind de kirurgiske margener indikerer tilstedeværelsen af ​​positive kirurgiske margener.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Resultaterne fra denne undersøgelse er tidligere blevet rapporteret andetsteds 9.

Vores data viser, at NIRF billeddannelse kan anvendes til at detektere fluorescerende tumor-simulering optagelser i væv simulerer bryst fantomer, der simulerer NIRF-guidet brystbevarende kirurgi i brystkræftpatienter. Ved hjælp af vores fantom-model, fandt vi intraoperativ tumorlokalisering, NIRF guidet tumorresektion, intraoperativ vurdering af kirurgiske hulrum margener, og afsløring af residual sygdom skal være mulig (figur 2). I korte træk blev der i alt fire phantom bryster producerede, der alle indeholder to fluorescerende optagelser med forskellige dimensioner og / eller morfologi (tabel 1).

Fluorescerende tumor-simulerende inklusioner blev fjernet kirurgisk fra det første og andet bryst fantom anvendelse af konventionelle kirurgiske instrumenter. Excision af optagelsen blev styret af palpation og visuel inspektion af driftsive område. Kirurgen blev bedt om at operere på fantom bryst indtil tumor-simulering inklusioner blev helt fjernet. Dernæst blev den tilpassede fluorescens kamera anvendes til at scanne det kirurgiske hulrum til eventuelle resterende fluorescerende signaler. I tilfælde af en ufuldstændig excision, indikeret af en stærk resterende fluorescenssignal blev kirurgen anmodet om at udskære optagelse rest i realtid NIRF vejledning. I begge fantom # 1 og # 2, udskæring af en ud af to tumor-simulerende inklusioner var ufuldstændig, hvilket fremgår af en stærk resterende fluorescens, der hidrører fra det kirurgiske hulrum. I tilfælde af ufuldstændig excision efter den første kirurgiske forsøg, kirurgen detekteret og udskåret rest inddragelsen under NIRF vejledning under samme (såkaldte theranostic) procedure. Reexcision under direkte NIRF vejledning resulterede i en fuldstændig fjernelse af optagelsen rest på den anden kirurgiske forsøg i alle tilfælde, mens der ikke var behov for at udskære stor volumes af fantom væv.

I tredje og fjerde bryst fantom, NIRF-styrede lokalisering og kirurgisk fjernelse af de fluorescerende inklusioner blev udført på den første kirurgiske forsøg. Mens nærmer tumor-simulering fluorescerende inklusioner, kirurgen havde en skærm til sin rådighed, som fluorescens signalet blev fremskrevet i real-tid. I fjerde bryst fantom, en tumor-simulerende integration placeret ved 3,0 cm dybde var kun detekteres efter indskæring fantom væv ca. 1 cm. I det tredje bryst fantom blev begge tumor-simulering inklusioner radikalt fjernet ved første kirurgiske forsøg, mens fjernelse af et infiltrativ optagelse i fjerde fantom viste sig at være ufuldstændig. Reexcision under direkte NIRF-vejledning resulterede i en fuldstændig fjernelse af tumorresten i denne fantom.

Postoperativt blev udskåret phantom vævsfragmenter skåret i 3 mm dias og afbildes ved hjælp af NIRF kamera sysmet til at simulere ex vivo makroskopisk evaluering af den kirurgiske kantstatus. I alle tilfælde postoperativ NIRF billeddannelse tydeligt afbildet grænserne for tumor-simulering inklusioner og angivet, om tumor-rest var til stede ved de kirurgiske margener (figur 2C).

Figur 2
Figur 2. NIRF billedbehandling simulering i bryst fantomer. Væv simulerer bryst fantomer indeholdende fluorescerende tumor-simulering inklusioner blev anvendt til simulering af intraoperativ tumorlokalisering (A), NIRF-guided tumor fjernelse (B) og NIRF-styrede vurdering af kirurgisk margen status (C). Modificeret fra:.. Pleijhuis m.fl., EJSO (2011) Pllethed klik her for at se en større udgave af dette tal.

Tabel 1. Oversigt over fantom sammensætning. Tabel 1
I alt 4 fantomer blev fremstillet, indeholdende to tumor-simulerer fluorescerende inklusioner hver af forskellig størrelse og form.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Vi simulerede potentielle kliniske anvendelser af NIRF-styrede BCS ved anvendelse af bryst-formede fantomer med integrerede tumor-simulerende inklusioner. Intraoperativ tumorlokalisering, NIRF guidet tumorresektion, evaluering af omfanget af operationen, og postoperativ vurdering af kirurgiske margener blev alle fundet muligt ved hjælp af en brugerdefineret bygge NIRF kamerasystem. Invasiv detektering af fluorescerende tumor-simulerende inklusioner var kun muligt for indeslutninger placeret i fantom vævet i en dybde på 2 cm eller mindre. Intraoperativt imidlertid begrænset signal indtrængningsdybden blev stort set løst arten af ​​BCS kirurgi, hvor kirurgen vil bringe vævet af interesse tættere til overfladen ved indskæring den overliggende væv.

Intraoperativ NIRF billeddannelse har nogle vigtige fordele, herunder manglen på ioniserende stråling, almindelig af teknikken, og en høj opløsning 9,14. Endvidere Technique giver feedback i realtid for kirurgen om omfanget af kirurgi og giver mulighed for umiddelbar integration af fluorescerende billeder med farvebilleder af den operative område for en mere nøjagtig lokalisering af det fluorescerende signal 13.

Som tidligere nævnt, en vigtig ulempe NIRF billeddannelse er den begrænsede væv indtrængningsdybde af optiske signaler på grund af absorption og spredning af fotoner fra visse væv bestanddele 10,11. For at matche de optiske egenskaber normalt brystvæv blev hæmoglobin og intralipid tilføjet til vores fantomer for absorption og spredning af fotoner, henholdsvis 10,15. En anden ulempe ved intraoperativ NIRF billeddannelse er den manglende evne til at kvantificere fluorescerende signaler ved udførelse af to-dimensionelle billeddannelse på grund af en ikke-lineær relation mellem signalintensitet og koncentration af det fluorescerende farvestof 10.

I den aktuelle undersøgelse, brugte vi en skræddersyet NIRFkamera til intraoperativ brug. Systemet erhverver både to-dimensionelle farve og fluorescens billeder af den operative område. Andre intraoperativ NIRF billeddiagnostiske enheder findes også med lidt forskellige billeddiagnostiske strategier 12. Desværre, i multicenter forsøg, kan påvirke resultaterne anvendelsen af ​​forskellige billeddiagnostiske systemer og indstillinger mellem institutionerne. Brug fantomer med kendte mængder af fluorescerende farvestof kan hjælpe med at løse dette problem ved at tilvejebringe et værktøj til at kalibrere forskellige billeddannende system. Desuden kunne de fantomer anvendes til uddannelse og standardisering af NIRF-styrede kirurgiske procedurer.

Som nævnt før, fluorescerende farvestoffer er en forudsætning for NIRF billeddannelse. Vi valgte at bruge ICG vores tumor-simulerende inklusioner, fordi det er den eneste klinisk kvalitet nær-infrarødt fluorescerende farvestof i øjeblikket. Nye fluoroforer (fx IRDye 800CW) er i øjeblikket ved at blive udviklet og forventes at vinde approval til klinisk anvendelse i den nærmeste fremtid. I modsætning til ICG, der ikke kan konjugeres i klinisk godkendt form, nye fluoroforer som 800CW kan let konjugeres til biomolekyler. Konjugation af disse nye fluoroforer til tumor-målrettede ligander eller monoklonale antistoffer muliggør specifik levering af det fluorescerende farvestof for cancerceller. Faktisk har prækliniske og kliniske studier allerede vist mulighederne for NIRF billeddannelse af fluoroforen-mærkede tumorer og oplyste NIRF-guidet kirurgi til at forbedre udfaldet af operationen 8,13,17,18,19,20.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at afsløre.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bovine hemoglobin Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands H2500 Simulates absorption of photons in tissue 
Intralipid 20% Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands I141 Simulates scattering of photons in tissue
Silicone A translucent 40 (2-components poly-addition silicone) NedForm, Geleen, The Netherlands Package consists of components A and B, that should be mixed one on one (A:B=10:1).  Link to manufacturers page: http://tinyurl.com/ncjq7jx
Gelatine 250 Bloom Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands 48724 Construction of breast-shaped phantoms
Agarose Hispanagar, Burgos, Spain Construction of tumor-simulating inclusions
Tris Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands T1503 
HCl Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands 258148
NaCl Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands S9888
NaN3 Merck, Darmstadt, Germany 822335 CAUTION: severe poison. The toxicity of this compound is comparable to that of soluble alkali cyanides and the lethal dose for an adult human is about 0.7 grams.
Examples of NIRF imaging devices for intraoperative application:
T2 NIRF imaging platform  SurgVision BV, Heerenveen, The Netherlands Customized NIRF imaging system used in the current study. More details available at www.surgvision.com
Photodynamic Eye Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH, Herrsching am Ammersee, Germany PC6100 www.iht-ltd.com
FLARE imaging system kit The FLARE Foundation Inc, Wayland, MA, USA www.theflarefoundation.org
Fluobeam Fluoptics, Grenoble, France www.fluoptics.com
Artemis handheld camera Quest Medical Imaging BV, Middenmeer, the Netherlands www.quest-mi.com
Examples of NIRF fluorescent dyes for intraoperative application:
Indocyanine green ICG-PULSION,  Feldkirchen, Germany PICG0025DE   Clinical grade fluorescent dye for NIRF imaging used in the current study. More details available at www.pulsion.com
IRDye 800CW NHS Ester LI-COR Biosciences, Lincoln, NE, USA 929-70021 www.licor.com

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Cite this Article

Pleijhuis, R., Timmermans, A., De Jong, J., De Boer, E., Ntziachristos, V., Van Dam, G. Tissue-simulating Phantoms for Assessing Potential Near-infrared Fluorescence Imaging Applications in Breast Cancer Surgery. J. Vis. Exp. (91), e51776, doi:10.3791/51776 (2014).More

Pleijhuis, R., Timmermans, A., De Jong, J., De Boer, E., Ntziachristos, V., Van Dam, G. Tissue-simulating Phantoms for Assessing Potential Near-infrared Fluorescence Imaging Applications in Breast Cancer Surgery. J. Vis. Exp. (91), e51776, doi:10.3791/51776 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter