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Medicine

Gewebe-Simulation Phantoms zur Bestimmung der potentiellen Near-Infrarot-Fluoreszenz-Imaging-Anwendungen in Brustkrebschirurgie

doi: 10.3791/51776 Published: September 19, 2014

Abstract

Ungenauigkeiten in der intraoperativen Tumorlokalisation und Auswertung der Status der Resektionsränder Ergebnis einer suboptimalen Ergebnis der brusterhaltenden Operation (BCS). Die optische Bildgebung, insbesondere im nahen Infrarot-Fluoreszenz (NIRF) Bildgebung, könnte die Häufigkeit der positiven operativen Margen folgende BCS durch die Bereitstellung der Chirurg mit einem Werkzeug für Pre-und intraoperativen Tumorlokalisation in Echtzeit zu reduzieren. In der aktuellen Studie wird das Potenzial der NIRF-geführte BCS ausgewertet mit gewebe Simulation Brust Phantome aus Gründen der Standardisierung und Schulungszwecke.

Brust Phantome mit optischen Eigenschaften, die denen von normalem Brustgewebe wurden verwendet, um brusterhaltenden Operationen zu simulieren. Tumor-Simulation Einschlüsse, die die Fluoreszenz-Farbstoff Indocyaningrün (ICG) in der Phantome an vorgegebenen Stellen eingearbeitet und für prä-und intraoperativen Tumorlokalisierung, Echtzeit-NIRF-geführt Tumorresektion NIRF-geführt abzubildendenAuswertung über den Umfang der Operation und postoperative Bewertung der Schnittränder. Eine angepasste NIRF Kamera wurde als Prototyp für die klinische Bildgebung verwendet.

Brust Phantome enthalten Tumor-Simulation Einschlüsse bieten eine einfache, kostengünstige und vielseitiges Werkzeug zur Simulation und Bewertung der intraoperativen Tumordarstellung. Die gallertartige Phantome elastische Eigenschaften ähnlich dem menschlichen Gewebe und können mit herkömmlichen chirurgischen Instrumenten geschnitten werden. Darüber hinaus enthalten die Phantome Hämoglobin und Intralipid zum Nachahmen Absorption und Streuung von Photonen bzw. Erstellen ähnlich der menschlichen Brustgewebe gleichmäßige optische Eigenschaften. Der Hauptnachteil der NIRF Bildgebung ist die begrenzte Eindringtiefe von Photonen, wenn durch das Gewebe, das (nicht-invasive) Bildgebung von tief sitzenden Tumoren mit Auflicht-Strategien behindert ausbreiten.

Introduction

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Brust-Operation (BCS), gefolgt von einer Strahlentherapie ist die Standard-Behandlung für Brustkrebs-Patientinnen mit T1-T2 Mammakarzinom 1,2. Ungenauigkeiten in der intraoperativen Beurteilung des Ausmaßes der Operation zu positiven operativen Margen in 20 bis 40% der Patienten, die BCS unterzog, erfordern zusätzliche chirurgische Eingriffe oder Strahlentherapie 3,4,5. Obwohl umfangreiche Resektion des angrenzenden gesunden Brustgewebe kann die Häufigkeit der positiven operativen Margen reduzieren, wird dies auch behindern kosmetische Ergebnis und erhöhen Komorbidität 6,7. Neue Techniken sind daher notwendig, dass die intraoperative Rückmeldungen über die Lage des Primärtumors und dem Ausmaß der Operation zu schaffen. Die optische Bildgebung, insbesondere im nahen Infrarot-Fluoreszenz (NIRF) Bildgebung, könnte die Häufigkeit der positiven operativen Margen folgende BCS durch die Bereitstellung der Chirurg mit einem Werkzeug für Pre-und intraoperativen Tumorlokalisation in r reduzierenEAL-Zeit. Kürzlich berichteten unserer Gruppe auf dem ersten in-Studie am Menschen von Tumor-Fluoreszenz-Imaging gezielt bei Eierstockkrebs-Patienten, die die Machbarkeit dieser Technik, um Primärtumoren und Metastasen intraperitoneale mit hoher Empfindlichkeit 8 zu erkennen. Bevor zu klinischen Studien bei Patientinnen mit Brustkrebs, aber der Durchführbarkeit der verschiedenen Tumor gerichtet NIRF Imaging-Anwendungen im BCS bereits präklinisch mit Phantomen ausgewertet werden.

Die folgenden Forschungsprotokoll beschreibt die Verwendung von NIRF Bildgebung in Gewebe-Simulation Brust Phantome mit fluoreszierenden Tumor-Simulation Einschlüsse 9. Die Phantome ein kostengünstiges und vielseitiges Werkzeug, um prä-und intraoperativen Tumorlokalisierung, Echtzeit-NIRF-geführte Tumorentfernung, Beurteilung des chirurgischen Marge Status und Nachweis von Resterkrankung simulieren. Die gallertartige Phantome elastische Eigenschaften ähnlich dem menschlichen Gewebe und kann mit üblichen s geschnitten werdenurgical Instrumente. Während des simulierten chirurgischen Eingriffs kann der Chirurg durch taktile Informationen (im Fall von tastbaren Einschlüsse) und visueller Inspektion des Operationsfeldes geführt. Zusätzlich wird NIRF Bildgebung angewendet, um den Chirurgen mit Echtzeitintra Feedback über den Umfang der Operation bereitzustellen.

Es sollte betont werden, dass die NIRF-Bildgebung erfordert die Verwendung von Fluoreszenzfarbstoffen. Idealerweise sollten fluoreszierende Farbstoffe verwendet werden, die Photonen im nahen Infrarotbereich emittieren (650-900 nm), um die Absorption und Streuung von Photonen durch Moleküle im Gewebe physiologisch reichlich zu minimieren (beispielsweise Hämoglobin, Lipiden, Elastin, Kollagen und Wasser) 10,11. Außerdem Autofluoreszenz (dh die Eigenfluoreszenz-Aktivität in Geweben aufgrund von biochemischen Reaktionen in lebenden Zellen) in dem nahen Infrarotbereich minimiert, wodurch optimale Tumor-zu-Hintergrund-Verhältnisse 11. Durch Konjugation NIRF färbt tumor TargeTed Einheiten (zB monoklonale Antikörper), können gezielte Abgabe von Fluoreszenzfarbstoffen für die intraoperative Bildgebung Anwendungen gewonnen werden.

Da das menschliche Auge unempfindlich ist im nahen Infrarotbereich Licht, ist eine hochempfindliche Kameravorrichtung für NIRF Bildgebung erforderlich. Mehrere NIRF Bildgebungssystemen für den intraoperativen Einsatz bisher 12 entwickelt worden. In der aktuellen Studie verwendeten wir eine benutzerdefinierte bauen NIRF Imaging-System, die für die intraoperative Anwendung in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität München entwickelt wurde. Das System ermöglicht die gleichzeitige Erfassung von Farbbildern und Fluoreszenzbildern. Um die Genauigkeit der Fluoreszenzbilder zu verbessern, wird ein Korrekturprogramm für Variationen in der Lichtintensität im Gewebe umgesetzt. Eine detaillierte Beschreibung wird von Themelis et al. 13

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Protocol

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1. Erstellen Sie Silikonformen für Tumor-Simulation Einschlüsse

  1. Sammeln feste Materialien in der gewünschten Form und Größe, die als Modelle für die Tumor-Simulation Einschlüsse, zB, Perlen oder Murmeln dienen kann.
  2. Die Tumormodelle gründlich reinigen. Um eine einfache Entnahme aus der Silikonform können die Tumormodellen mit Antihaftspray besprüht oder mit einer dünnen Schicht Vaseline oder Wachs überzogen werden.
  3. Legen Sie jedes Modell in einer separaten dünnwandige Rechteck (Kunststoff)-Box mit einer glatten Oberfläche. Falls erforderlich, fixieren das Modell auf der Unterseite der Box, um sie in Position zu halten. Verwenden Sie eine Box, die etwas größer als die Tumormodell selbst zu verschwenden übermäßige Mengen von Silikon ist.
  4. Die erforderliche Menge von Silikon-Komponente A in eine Schüssel und fügen Silikon Komponente B in einem 10: 1-Verhältnis von Gewicht. Beide Komponenten. Wahlweise kann eine Vakuumpumpe verwendet werden, um Luftblasen aus der Siliconmischung zu entfernen.
  5. Sanft pour die Silikonmischung in der Kunststoff-Box von Luftblasen zu verhindern. Das Silicongemisch innerhalb 45 Minuten verarbeitet werden, um optimale Ergebnisse zu erhalten.
  6. Lassen Sie die Silikonmischung verfestigen für mindestens 6 Stunden vor dem Schneiden der Form und Entfernen des Tumormodell. Optional kann die Silikonform in einer Zick-Zack-Muster geschnitten werden, damit sie wieder zusammen passen sauber. Maximale Festigkeit des Silicon wird nach 3 Tagen erreicht.

2. Erstellen Tris-gepufferte Kochsalzlösung

  1. Erstellung einer Tris-gepufferten Kochsalzlösung (TBS) Lösung durch Zugabe von 6,1 g (50 mM) Tris und 8,8 g (150 mM) NaCl zu 800 ml entionisiertem Wasser.
  2. Geben Sie 1,0 g (15 mmol) NaN 3 zu Oxygenierung des Hämoglobins (Schritt 3.3 und 4.4) zu blockieren und um das Bakterienwachstum zu hemmen. ACHTUNG: NaN 3 ist eine schwere Gift. Es kann tödlich in Kontakt mit der Haut oder beim Verschlucken. Die Toxizität dieser Verbindung ist vergleichbar mit der löslichen Alkali Cyanide und die letale Dosis für einen erwachsenen Menschenetwa 0,7 g beträgt. Beachten Sie unbedingt die Sicherheitshinweise, wie vom Hersteller bereitgestellt.
  3. Den pH-Wert auf 7,4 und bringen das Volumen auf 1.000 ml mit VE-Wasser.

3. Erstellen Fluorescent Einschlüsse

  1. 2 g Agarose auf 50 ml TBS mit Schritt 2. Die höheren Schmelzpunkt, verglichen mit Gelatine-Agarose (Schritt 4.2) werden die Einschlüsse von Auflösen und undichte Fluoreszenzfarbstoff, wenn in geschmolzene Gelatine gegeben verhindern. Gegebenenfalls kann die Menge des zugesetzten Agarose 1 oder 3 g geändert werden, um weichere oder tastbaren Tumor Einschlüsse bzw. erhalten.
  2. Erhitzen Sie die Agarose-Brei mit Hilfe einer Mikrowelle, bis der Siedepunkt erreicht ist. Gut durchrühren, bis die Agarose vollständig gelöst ist.
  3. Fügen 1,1 g (17 mmol) Hämoglobin und 5 ml Intralipid 20% in 50 ml TBS unter konstantem Rühren gelöst, um die Agarose-Mischung, um die optischen Eigenschaften des umgebenden Brustgewebes Phantom (Schritt 4) ähneln.
  4. Fügen 20,0 mg (250,8 mmol) des Fluoreszenzfarbstoffs Indocyaningrün auf 83,8 ml VE-Wasser. Sicherstellen, daß der Farbstoff vollständig gelöst ist.
  5. Pipette 5,0 ml von dieser Lösung, und es an die Agarose-Mischung hinzu, um eine Endkonzentration von 14 uM erhalten. Gegebenenfalls können andere Fluoreszenzfarbstoffe als ICG falls mit ihren eigenen optimalen Konzentration verwendet werden.
  6. Sanft füllen die Silikonformen in Schritt 1 mit der heißen Agarose-Gemisch mit einer Spritze (1A) erzeugt. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis alle Formen gefüllt sind.
  7. Lassen Sie die Leuchtstoffeinschlüsse erstarren bei RT für etwa eine Stunde. Schützen Sie die Einschlüsse von Licht durch die die gesamte Form mit Aluminiumfolie.
  8. Nach dem Erstarren, öffnen Sie vorsichtig die Form, und drücken Sie die Aufnahme (Abbildung 1B). Optional können Sie die Spitze der Spritze, um kleine Tropfen geschmolzener Agarose-Mischung auf der Oberfläche der Aufnahme beantragen. Durch Wiederholen dieses Vorgangs mehrmals an der gleichen Stelle, kleine tumor Sporen können erstellt werden, um infiltrative Tumoren simulieren.
  9. Schützen Sie die Agarose-Einschlüsse aus Licht und Austrocknung durch Einwickeln in Aluminiumfolie und speichern sie in einer feuchten Vorratsbehälter bei 4 ° C.
    HINWEIS: Die Verwendung von niedrigeren oder höheren Konzentrationen als Fluoreszenzfarbstoff der bekannten Konzentration optimale Ergebnis werden beide in verminderter Intensität Fluoreszenzsignal. Die scheinbar eingängig Verringerung der Signalintensität mit zunehmender Farbstoffkonzentrationen oberhalb der optimalen Fluoreszenzfarbstoffkonzentration aufgrund eines Phänomens, wie Abschrecken bekannt. Bei der Beurteilung der maximalen Eindringtiefe von einem fluoreszierenden Farbstoff in Phantome, mit der optimalen Konzentration ist erforderlich.

4. Erstellen Brust Phantoms

  1. Besorgen Sie sich eine becherförmige Form auf Brust Phantome der gewünschten Größe und Volumen, zB ein Glas oder Kunststoffbehälter zu schaffen. Die Form sollte eine glatte Oberfläche aufweisen, um die Gelatineform zu der Form anhaftet. Eine Form volume von 500 ml an Brustkrebs Phantome von ausreichender Größe zu schaffen.
  2. Um eine Brust Phantom mit einem Volumen von 500 ml zu erstellen, fügen Sie 50 g Gelatine 250 Bloom 500 ml TBS (Schritt 2). Wärme die Gelatine Aufschlämmung auf 50 ° C unter konstantem Rühren.
  3. Sobald die Gelatine vollständig gelöst ist, können die Gelatinemischung allmählich abkühlen und halten es auf einer konstanten Temperatur von 35 ° C unter Verwendung eines heißen Wasserbades.
  4. Unter konstantem Rühren werden 5,5 g (85 mmol) Rinderhämoglobin und 25 ml Intralipid 20%, um die Absorption und Streuung von Photonen in Gewebe zu simulieren sind.
  5. Vorkühlung des becherförmigen Form bei 4 ° C für mindestens 1 Stunde. Neben der Stockgelatinemischung in der Form auf eine Ebene, die zu der vorgegebenen Tiefe des Tumor Agarosegel-Simulation Aufnahme (1C) entspricht. Lassen Sie das Gelatinegemisch verfestigt bei 4 ° C für 30 min bis eine Stunde.
  6. Nach dem Erstarren Stellung eine tumor Simulation Fluoreszenz Agarose Aufnahme auf der Oberfläche Das Phantom und vorübergehend fixieren die Aufnahme mit einer kleinen Nadel. Bis zu einem Maximum von drei tumor Simulation Fluoreszenz Einschlüsse in einem Brustphantoms eingearbeitet werden. Ausreichend Platz (mindestens 5 cm) sollte zwischen den einzelnen Tumor-Simulation enthalten (1D) gehalten werden.
  7. Gießen des Rests des warmen Gelatinemischung in dem verbleibenden Formvolumens, so dass die Einhaltung der beiden Schichten, ohne Brechung Artefakte. Markieren Sie die Position der fluoreszierenden Tumor-Simulation Einschlüsse auf der Form. Lassen Sie die Phantom erstarren O / N bei 4 ° C.
  8. Einmal verfestigte, entfernen Sie die für temporäre Fixierung der Einschlüsse verwendeten Nadeln und entfernen Sie vorsichtig die Brust Phantom von seiner Form (1E). Schutz der Brust Phantom von Licht und Austrocknung durch das Einwickeln in Aluminiumfolie und speichern sie in einer feuchten Vorratsbehälter bei 4 ° C.

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Figur 1 aufeinanderfolgenden Schritte der Schaffung Brust Phantome mit fluoreszierenden Tumor simulierende Einschlüsse. Nachdem Silikonformen von der gewünschten Form und Größe, die Formen mit geschmolzener Agarose-Gemisch mit einer Spritze (A) gefüllt. Tumor-Simulation Einschlüsse unterschiedlicher Größe und Form wurden in der aktuellen Studie (B) hergestellt. Als nächstes wird eine dünne Schicht der geschmolzenen Gelatine-Mischung in einem angepassten beschichteten Holzbrustform (C) gegossen. Nach dem Erstarren werden die Tumor-Simulation Einschlüssen angeordnet ist, vorübergehend fixiert, und mit einer weiteren Schicht aus geschmolzener Gelatine-Mischung (D) bedeckt. Nach dem Erstarren wird das Brustphantom vorsichtig aus der Form (E) entfernt wird. Das Phantom kann dann zur Simulation verschiedener NIRF Imaging-Anwendungen (F) angewendet werden.ref = "/ files / ftp_upload / 51776 / 51776fig1highres.jpg" target = "_blank"> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

5. Stellen Sie die NIRF-Kamera-System

  1. Ein NIRF Kamerasystem für die intraoperative Anwendung zur Simulation gezielte NIRF Bildgebung in der Brustkrebs-Operation erforderlich. Mehrere NIRF bildgebende Systeme für Echtzeit-Bildgebung intraoperative NIRF sind derzeit für Forschungszwecke zur Verfügung. Obwohl einige Unterschiede zwischen diesen Geräten vorhanden sind, enthalten sie alle eine Anregungslichtquelle (zur Anregung der fluoreszierenden Tumor Einschlüsse) und eine hochempfindliche Abbildungsvorrichtung zum Erfassen der emittierten Photonen.
  2. Achten Sie darauf, eine Anregungslichtquelle eines ausreichenden Wellenlänge zu verwenden. Für die Tumor-Simulation Einschlüsse enthalten ICG, verwenden Sie eine Anregungslichtquelle (zB Laser), die Photonen zwischen 750 und 800 nm emittiert. Wenn eine alternative Fluoreszenzfarbstoff verwendet wird, sollte die Anregungswellenlänge eingestellt entsprechen den ma werden Anweisungen hersteller ist.
  3. Falls die NIRF Kamerasystem enthält einen Emissionsfilter, um unerwünschte Hintergrundsignale, stellen Sie sicher, dass der richtige Filter verwendet wird. Für die Tumor-Simulation Einschlüsse enthalten ICG, verwenden Sie ein Emissionsfilter zwischen 800 und 850 nm auf. Alternative fluoreszierende Farbstoffe können unterschiedliche Emissionsfilter erfordern, je nach Angaben der Hersteller.
    HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass es Nullüberdeckung zwischen der Anregung und der Emissionswellenlängen, um übersättigte Bilder zu verhindern. Darüber hinaus kann die Bildaufnahmezeit justiert werden, um eine optimale Fluoreszenzbilder zu erhalten. Im Falle von tief sitzenden Fluoreszenz Einschlüsse oder schwache Fluoreszenzsignale kann die Bildaufnahmezeit bis zu mehreren Sekunden erhöht min. Im Fall von oberflächlichen Einschlüsse oder starke Fluoreszenzsignale kann Akquisitionszeit bis zu mehreren ms verringert werden, um für Video-Rate Fluoreszenz-Bildgebung in Echtzeit zu ermöglichen.
e "> 6. Simulation von NIRF Imaging-Anwendungen in Brustkrebschirurgie

  1. Nehmen Sie die Gewebe-Simulation Brust Phantom aus seinem Behälter und legen Sie sie auf eine flache Oberfläche nicht fluoreszierend. Nächsten, positionieren Sie den NIRF Abbildungsgerät über der Brust Phantom, so dass ein ausreichender Arbeitsabstand für Exzision der Tumor-Simulation Einschlüsse.
  2. Lokalisierung des Tumors-Simulation mit fluoreszierenden Einbeziehung NIRF Bildgebung und / oder Palpation der Phantom Brust. Falls kein Fluoreszenzsignal detektiert werden kann, wird die Aufnahme entweder zu tief im Phantom für die Detektion oder die Bildgewinnungszeit zu erhöhen positioniert.
  3. Sobald die Aufnahme lokalisiert ist, einschneiden die Phantom Brust und entfernen den Tumor-Simulation der Einbeziehung in die Echtzeit-NIRF-Führung mit konventionellen chirurgischen Instrumenten. Alternativ kann die Aufnahme, kann ausgeschnitten allein durch visuelle Inspektion und Abtasten der Brust Phantom geführt werden, um den Standard-of-Care zu simulieren.
  4. Direkt nach der Entnahmedes Tumor-Simulation Eingliederung, Bild der Operationshöhle für jede verbleibende Fluoreszenzaktivität anzeigt unzureichende Exzision.
  5. Im Falle einer verbleibenden Fluoreszenzaktivität, Verbrauchs die Aufnahme Rest unter direkter Anleitung NIRF bis kein Fluoreszenzsignal übrig ist.
  6. Bild die ausgeschnittenen Phantom Fragmente NIRF geführte makroskopische Marge Zustandsbewertung zu simulieren. Hierzu schneiden die Phantom Gewebe in 3-5 mm Platten und Bild die Plaques entsprechend. Fluoreszenzsignal bis in den operativen Margen weist auf die Existenz von positiven operativen Margen.

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Representative Results

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Die Ergebnisse dieser Studie wurden bereits an anderer Stelle 9 gemeldet.

Unsere Daten zeigen, dass NIRF Bildgebung angewendet, um fluoreszierende Tumor-Simulation Einschlüsse in Gewebe-Simulation Brust Phantome zu erkennen, die Simulation NIRF geführte brusterhaltende Operation bei Patientinnen mit Brustkrebs werden. Mit unserem Phantommodell fanden wir intraoperativen Tumorlokalisation, NIRF geführte Tumorentfernung, intraoperative Beurteilung der Operationshöhle Ränder, und den Nachweis von Resterkrankung machbar sein (Abbildung 2). Kurz gesagt, wurden insgesamt vier Phantom Brüste hergestellt, alle mit zwei fluoreszierende Einschlüsse mit unterschiedlichen Abmessungen und / oder Morphologie (Tabelle 1).

Fluoreszierenden Tumor simulierende Einschlüsse wurden chirurgisch aus dem ersten und zweiten Brustphantoms mit herkömmlichen chirurgischen Instrumenten entfernt. Exzision der Einschlüsse wurde durch Palpation und Sichtprüfung der OPERAT geführtive Feld. Der Chirurg wurde gebeten, auf der Brust Phantom betreiben, bis der Tumor-Simulation Einschlüsse wurden vollständig entfernt. Als nächstes wurde die angepasst Fluoreszenzkamera angelegt, um die Operationshöhle für verbleibende fluoreszierende Signale abzutasten. Im Falle einer unvollständigen Entfernung von einer starken Restfluoreszenzsignal angezeigt wurde der Operateur aufgefordert, die Aufnahme Rest unter Echtzeit NIRF Führung herauszuschneiden. Sowohl in Phantom # 1 und # 2, Exzision einer von zwei tumor Simulation Einschlüsse unvollständig war, wie durch eine starke Restfluoreszenzsignal von der Operationshöhle Ursprung zeigt. Im Fall von unvollständigen Exzision nach dem ersten chirurgischen Versuch, erkannt und ausgeschnitten der Chirurg den Überrest der Einbeziehung in die NIRF Führung während der gleichen (so genannte theranostischen) Verfahren. Reexcision unter direkter NIRF Führung resultierte in einer vollständigen Entfernung des Einschlussrest an der zweiten chirurgischen Versuch in allen Fällen, während es keine Notwendigkeit, große Volum auszuschneidenes der Phantomgewebe.

In der dritten und vierten Brustphantom NIRF geführte Lokalisierung und chirurgische Entfernung der fluoreszierenden Einschlüsse wurde auf der ersten chirurgischen Versuch durchgeführt. Bei Annäherung an das Tumor-Simulation Fluoreszenz Einschlüsse, hatte der Chirurg einen Monitor zur Verfügung, an dem das Fluoreszenzsignal in Echtzeit projiziert. Im vierten Brust Phantom, ein Tumor-Simulation Aufnahme bei 3,0 cm Tiefe positioniert Erst nach Einschneiden der Phantom Gewebe etwa 1 cm nachweisbar. Im dritten Brustphantoms wurden beide tumor Simulation Einschlüsse radikal an der ersten chirurgischen Versuch entfernt, während die Entfernung eines infiltrative Aufnahme in der vierten Phantom wurde gefunden, unvollständig zu sein. Reexcision unter direkter NIRF-Führung führte zu einer vollständigen Entfernung des Tumors Rest in diesem Phantom.

Postoperativ wurden ausgeschnitten Phantomgewebefragmente in 3-mm-Dias geschnitten und aufgenommen mit der Kamera NIRF system zu simulieren ex vivo makroskopische Auswertung der Status der Resektionsränder. In allen Fällen, postoperative NIRF Bildgebung deutlich die Grenzen der Tumor-Simulation Einschlüsse dargestellt und angegeben, ob Tumorrest an den Schnittränder (2C) vorhanden war.

Figur 2
Für die Simulation der intraoperativen Tumorlokalisation (A), NIRF geführte Tumorentfernung (B) wurden Abbildung 2. NIRF Bildgebung Simulation in der Mutter Phantome. Tissue-Simulation Brust Phantome mit fluoreszierenden Tumor-Simulation Einschlüsse angewendet und NIRF geführte Beurteilung der Resektionsränder Zustand (C). Modifiziert nach:.. Pleijhuis et al, EJSO (2011) PlLeichtigkeit klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Tabelle 1 Übersicht über die Phantommasse. Tabelle 1
Eine Gesamtzahl von 4 Phantome wurden hergestellt, die zwei tumor Simulation Fluoreszenz Einschlüsse jeweils unterschiedlicher Größe und Form.

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Discussion

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Wir simulieren mögliche klinische Anwendungen der NIRF-BCS geführt durch die Verwendung von Brust-förmigen Phantome mit integrierter Tumor-Simulation Einschlüsse. Intraoperativen Tumorlokalisation, NIRF geführte Tumorentfernung, Bewertung über das Ausmaß der Operation und der postoperativen Beurteilung der operativen Margen wurden alle gefunden machbar mit einem individuell bauen NIRF Kamera-System. Nichtinvasiven Nachweis von fluoreszierenden Tumor simulierende Einschlüsse nur für Einschlüsse im Phantom Gewebe in einer Tiefe von 2 cm oder weniger positioniert sind denkbar. Intraoperativ wird jedoch die begrenzte Signaltiefe weitgehend durch die Natur der BCS-Chirurgie, in der der Chirurg das Gewebe von Interesse näher an der Oberfläche durch Einschneiden der überlagernden Gewebe bringen gelöst.

Intraoperative Bildgebung NIRF hat einige wichtige Vorteile, wie das Fehlen von ionisierender Strahlung, allgemeine Sicherheit der Technik und einer hohen Auflösung 9,14. Ferner die technique bietet Echtzeit-Feedback für den Chirurgen über den Umfang der Operation und ermöglicht sofortige Integration der Fluoreszenzbilder mit Farbbildern des Operationsfeldes für eine genauere Lokalisierung des Fluoreszenzsignals 13.

Wie bereits erwähnt, ein wichtiger Nachteil der NIRF-Bildgebung ist die geringe Gewebepenetrationstiefe von optischen Signalen aufgrund der Absorption und Streuung von Photonen durch bestimmte Gewebeteile 10,11. Um die optischen Eigenschaften von normalem Brustgewebe entsprechen, wurden Hämoglobin und Intralipid unsere Phantome für die Absorption und Streuung von Photonen bzw. 10,15 aufgenommen. Ein zweiter Nachteil der intraoperativen NIRF Bildgebung ist die Unfähigkeit, Fluoreszenzsignale zu quantifizieren, wenn das Ausführen von zweidimensionalen Bildgebung durch eine nichtlineare Beziehung zwischen der Signalintensität und der Konzentration des fluoreszierenden Farbstoffes 10.

In der aktuellen Studie, eine maßgeschneiderte NIRF verwendeten wirKamera für den intraoperativen Einsatz. Das System erfasst die beiden zweidimensionalen Farb-und Fluoreszenzaufnahmen des Operationsfeldes. Andere intraoperative Bildgebung NIRF Geräte sind auch mit etwas anderen bildgebenden Strategien 12. Leider ist in der multizentrischen Studien, die Verwendung von unterschiedlichen bildgebenden Systemen und Einstellungen können die Ergebnisse zwischen den Institutionen erhalten zu beeinflussen. Verwendung Phantome mit bekannten Mengen an Fluoreszenzfarbstoff könnte helfen, dieses Problem zu lösen, indem ein Werkzeug, um verschiedene Abbildungssystem zu kalibrieren. Darüber hinaus könnte die Phantome für Trainingszwecke und Standardisierung von NIRF-geführten chirurgischen Verfahren verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, sind Fluoreszenzfarbstoffe, die Voraussetzung für NIRF Bildgebung. Wir entschieden uns für unsere ICG Tumor-Simulation Einschlüsse zu verwenden, da es das einzige klinische Grad nahen Infrarot fluoreszierenden Farbstoff verfügbar. Neue Fluorophore (zB IRDye 800CW) werden derzeit entwickelt und voraussichtlich Approva gewinnenl für den klinischen Einsatz in der nahen Zukunft. Im Gegensatz zu ICG, die nicht in seiner klinisch zugelassenen Form konjugiert werden können, neue Fluorophore wie 800CW, kann leicht an Biomoleküle konjugiert werden. Konjugation dieser neuen Fluorophore an Tumor-Zielliganden oder monoklonale Antikörper können spezifische Abgabe des Fluoreszenzfarbstoffes zu Krebszellen. Tatsächlich haben präklinischen und klinischen Studien, die bereits die Möglichkeit der NIRF Bildgebung von Fluorophor-markierten Tumoren gezeigt und NIRF geführter Operationen zu Operationsergebnis verbessern 8,13,17,18,19,20.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

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

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Gewebe-Simulation Phantoms zur Bestimmung der potentiellen Near-Infrarot-Fluoreszenz-Imaging-Anwendungen in Brustkrebschirurgie
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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).

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