Login processing...

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

Medicine

Tissue-simulere Phantoms for Assessing Potensielle nær-infrarødt fluorescens bildebehandlingsprogrammer i Breast Cancer Surgery

doi: 10.3791/51776 Published: September 19, 2014

Abstract

Unøyaktigheter i intraoperativ tumor lokalisering og evaluering av kirurgisk margin status resultat i suboptimal utfallet av brystbevarende kirurgi (BCS). Optisk avbildning, spesielt nær-infrarøde fluorescens (NIRF) avbildning, kan redusere hyppigheten av positive kirurgiske marginer følgende BCS ved å gi kirurgen med et verktøy for pre-og intraoperativ tumor lokalisering i sanntid. I denne studien, er potensialet i NIRF-guidet BCS evalueres med vev-simulere bryst fantomer på grunn av standardisering og opplæringsformål.

Bryst fantomer med optiske egenskaper sammenlignbare med de av normale brystvev ble brukt til å simulere bryst konserverende kirurgi. Tumor-simulere slutninger som inneholder fluorescerende fargestoff indocyanine grønn (ICG) ble innlemmet i fantomene på forhåndsdefinerte steder og avbildes for pre-og intraoperativ tumor lokalisering, real-time NIRF-guidet tumorreseksjon, NIRF-guidedevaluering av omfanget av operasjonen, og postoperativ vurdering av kirurgiske marginer. En tilpasset NIRF kamera ble brukt som en klinisk prototype for bildebehandling formål.

Bryst fantomer som inneholder tumor-simulere slutninger tilbyr en enkel, billig og allsidig verktøy for å simulere og evaluere intraoperativ svulst bildebehandling. Den geléaktige fantomene har elastiske egenskaper som ligner på menneskelig vev og kan kuttes ved hjelp av konvensjonelle kirurgiske instrumenter. Videre fantomene inneholder hemoglobin og Intralipid for å etterligne absorpsjon og spredning av fotoner henholdsvis oppretting ensartede optiske egenskaper som ligner på humant brystvev. Den største ulempen med NIRF bildebehandling er begrenset inntrengningsdybde av fotoner når forplanter seg gjennom vev, som hindrer (invasiv) avbildning av dyptliggende svulster med epi-belysning strategier.

Introduction

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

Brystbevarende kirurgi (BCS) etterfulgt av strålebehandling er standard behandling for brystkreftpasienter med T 1 -T to brystkreft 1,2. Unøyaktigheter i intraoperativ vurdering av omfanget av operasjonen resultat i positive kirurgiske marginer i 20 til 40% av pasientene som gjennomgikk BCS, nødvendiggjør ytterligere kirurgisk inngrep eller strålebehandling 3,4,5. Selv om omfattende reseksjon av tilstøtende sunn brystvev kan redusere hyppigheten av positive kirurgiske marginer, vil dette også hemme kosmetisk resultat og øke komorbiditet 6,7. Nye teknikker er derfor nødvendig at gi intraoperativ tilbakemelding på plasseringen av den primære tumor og omfanget av operasjonen. Optisk avbildning, spesielt nær-infrarøde fluorescens (NIRF) avbildning, kan redusere hyppigheten av positive kirurgiske marginer følgende BCS ved å gi kirurgen med et verktøy for pre-og intraoperativ tumor lokalisering i rEAL-tiden. Nylig rapporterte vår gruppe på den første in-human studie av tumor-målrettet fluorescens bildebehandling i eggstokkene kreftpasienter, viser gjennomførbarheten av denne teknikken til å oppdage primære svulster og intraperitoneal metastaser med høy følsomhet åtte. Før du går videre til kliniske studier hos brystkreftpasienter, men muligheten for ulike tumor målrettet NIRF bildebehandlingsprogrammer i BCS kan allerede bli evaluert preklinisk bruker fantomer.

Følgende forskningsprotokoll beskriver bruk av NIRF bildebehandling i vev-simulere bryst fantomer som inneholder fluorescerende tumor-simulere slutninger ni. Fantomene gi en rimelig og allsidig verktøy for å simulere pre-og intraoperativ tumor lokalisering, real-time NIRF-guidet tumorreseksjon, vurdering av kirurgisk margin status, og påvisning av restsykdom. Den geléaktige fantomene har elastiske egenskaper som ligner på menneskelig vev og kan kuttes ved hjelp av konvensjonelle surgical instrumenter. Under simulert kirurgisk prosedyre, blir styrt av kirurgen følbar informasjon (i tilfelle av inneslutninger palpable), og visuell inspeksjon av det operative området. I tillegg er NIRF avbildning anvendt for å gi kirurgen med sanntids tilbakemelding intraoperativ på omfanget av operasjonen.

Det bør understrekes at NIRF bildebehandling krever bruk av fluorescerende fargestoffer. Ideelt sett bør fluorescerende fargestoffer anvendes som emittere fotoner i det nær-infrarøde spektralområdet (650-900 nm) for å minimalisere absorpsjon og spredning av fotoner med molekyler fysiologisk rikelig i vev (for eksempel hemoglobin, lipider, elastin, kollagen, og vann) 10,11. Videre autofluorescens (dvs. den indre fluorescens aktivitet i vev på grunn av biokjemiske reaksjoner i levende celler) blir minimalisert i den nær-infrarøde spektralområdet, noe som resulterer i optimale tumor-til-bakgrunnsforhold 11. Ved å konjugere NIRF fargestoffer til tumor-TARGEted moieties (f.eks monoklonale antistoffer), kan fås målrettet levering av fluorescerende fargestoffer for intraoperativ bildebehandlingsprogrammer.

Som det menneskelige øyet er ufølsomt å lyse i nær-infrarøde spektrale området, er en svært følsom kamera enhet kreves for NIRF bildebehandling. Flere NIRF bildebehandlingssystemer for intraoperativ bruk har blitt utviklet så langt 12. I denne studien brukte vi en egendefinert bygge NIRF bildesystem som ble utviklet for intraoperativ søknad i samarbeid med det tekniske universitetet i München. Systemet gjør det mulig for samtidig kjøp av fargebilder og fluorescens bilder. For å forbedre nøyaktigheten av fluorescens bilder, blir en korreksjon ordning implementert for variasjoner i lysintensiteten i vev. En detaljert beskrivelse er levert av 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. Opprett Silikon Former for tumor simulere Slutninger

  1. Samle solide elementer av ønsket fasong og størrelse som kan tjene som modeller for tumor-simulere slutninger, for eksempel, perler eller klinkekuler.
  2. Rengjøre tumormodeller grundig. For å sikre enkel fjerning fra silikonformen, kan tumormodeller skal sprøytes med anti-stick spray eller belagt med et tynt skikt petroleumsgele eller bivoks.
  3. Plasser hver modell i en separat tynnvegget firkantet boks (plast) med en glatt overflate. Hvis det er nødvendig, fiksere modellen til bunnen av boksen for å holde den i stilling. Bruk en boks som er litt større enn svulsten modellen i seg selv å unngå å sløse store mengder silikon.
  4. Hell den nødvendige mengden av silikon-komponenten A i en bolle og tilsett silikonkomponenten B, på en 10: 1-forhold på vektbasis. Bland begge komponentene grundig. Alternativt kan en vakuumpumpe anvendes for å fjerne luftbobler fra silikonblandingen.
  5. Forsiktig pour silikonblandingen i plastboksen for å hindre overlapping luftbobler. Den silikon Blandingen skal behandles innen 45 min for å få optimale resultater.
  6. La silikonblandingen størkne i minst 6 timer før kutting av formen og fjerning av tumormodell. Alternativt kan silikonformen bli kuttet i et sikksakk-mønster for å tillate den til å passe sammen igjen en ren. Maksimal styrke på silikon oppnås etter 3 dager.

2. Opprett Tris-bufret Saline Solution

  1. Lag en tris-bufret saltløsning (TBS)-løsning ved å tilsette 6,1 g (50 mM) Tris og 8,8 g (150 mM) NaCl til 800 ml deionisert vann.
  2. Tilsett 1,0 g (15 mmol) NaN 3 for å blokkere oksygen hemoglobin (trinn 3.3 og 4.4), og for å hemme bakterievekst. FORSIKTIG: NaN 3 er en alvorlig gift. Det kan være dødelig i kontakt med hud eller svelging. Giftigheten for denne forbindelse er sammenlignbar med den oppløselige alkali-cyanider og den dødelige dose for en voksen menneskeliger omtrent 0,7 g. Følg alltid sikkerhetsinstruksjonene som fastsatt av produsenten.
  3. Juster pH til 7,4 og bringe volumet til 1.000 ml med avionisert vann.

3. Lag Fluorescent Slutninger

  1. Tilsett 2 g agarose i 50 ml TBS fra trinn 2. Jo høyere smeltepunktet for agarose i forhold til gelatin (trinn 4.2) vil hindre at inneslutninger fra å oppløse og lekkende fluorescerende fargestoff når den plasseres i smeltet gelatin. Alternativt kan mengden av tilsatt agarose endres til 1 eller 3 g for å oppnå mykere eller følbar tumor inneslutninger, respektivt.
  2. Varm opp slurryen agarose ved hjelp av en mikrobølgeovn før kokepunktet er nådd. Rør grundig til agarose er helt oppløst.
  3. Legg 1,1 g (17 pmol) hemoglobin og 5 ml Intralipid 20% oppløst i 50 ml TBS til agarose blandingen under konstant omrøring for å ligne på de optiske egenskapene til den omkringliggende brystfantom vev (trinn 4).
  4. Legg 20,0 mg (250,8 pmol) av det fluorescerende fargestoff indocyanine grønn til 83,8 ml avionisert vann. Kontroller at dye er helt oppløst.
  5. Pipetter 5,0 ml fra denne løsning og tilsett det til agarose blandingen for å oppnå en sluttkonsentrasjon på 14 uM. Eventuelt kan andre fluorescerende fargestoffer enn ICG brukes hvis ønsket med sine egne optimale konsentrasjon.
  6. Forsiktig fylle silikon former laget i trinn 1 med den varme agarose blandingen ved hjelp av en sprøyte (figur 1A). Gjenta denne prosessen til alle formene er fylt.
  7. La de fluorescerende slutninger stivne ved RT for omtrent en time. Beskytt slutninger fra lys ved å dekke hele formen med aluminiumsfolie.
  8. Etter herding, forsiktig åpne formen og trykk ut inkludering (figur 1B). Alternativt, med tuppen av sprøyten for å anvende små dråper av smeltet agarose blanding på overflaten av inkluderingen. Ved å gjenta denne prosessen flere ganger på samme sted, lite tuMor spurs kan bli opprettet for å simulere infiltrerende svulster.
  9. Beskytt agarose slutninger fra lys og dehydrering ved å pakke dem inn i aluminiumsfolie og lagre dem i en fuktet lagring container ved 4 ° C.
    MERK: Bruken av lavere eller høyere fluorescerende fargestoff konsentrasjoner enn den kjente konsentrasjonen optimal vil både resultat i redusert fluorescerende signal intensitet. Den tilsynelatende motstridende reduksjon i signalintensiteten ved økende fargestoffkonsentrasjoner over den optimale fluorescerende fargestoff konsentrasjonen er på grunn av et fenomen kjent som bråkjøling. Ved vurdering av maksimal dybde penetrasjon av et fluorescerende fargestoff i fantomer, med optimal konsentrasjon er obligatorisk.

4. Lag Bryst Phantoms

  1. Skaff et koppformet form for å skape bryst fantomer av den ønskede størrelse og volum, f.eks, et glass eller plastskål. Formen bør ha en glatt overflate for å hindre at gelatin skjema holde formen. En mold volume på 500 ml vil skape bryst fantomer av tilstrekkelig størrelse.
  2. Å skape et bryst fantom med et volum på 500 ml, tilsett 50 g gelatin 250 blomst til 500 ml TBS (trinn 2). Varm gelatin oppslemmingen til 50 ° C under konstant omrøring.
  3. Når gelatinen er helt oppløst, lar gelatinen blandingen gradvis avkjølt, og opprettholde den ved en konstant temperatur på 35 ° C ved hjelp av et varmt vannbad.
  4. Under konstant omrøring, tilsett 5,5 g (85 mmol) bovint hemoglobin og 25 ml Intralipid 20% for å simulere absorpsjon og spredning av fotoner i vev, henholdsvis.
  5. Prechill det koppformede form ved 4 ° C i minst 1 time. Deretter helles blandingen gelatin i formen til et nivå som svarer til den forhåndsdefinerte dybden av agarose tumor-simulerende inkludering (figur 1C). La gelatin blandingen stivne ved 4 ° C i 30 minutter til én time.
  6. Etter størkning, plasserer et tumor-simulerende fluorescerende agarose inkludering på overflaten av Fantomet og midlertidig fiksere inkludering med en liten nål. Opp til maksimalt tre tumor-simulere fluorescerende slutninger kan bli innlemmet i en enkelt bryst fantom. Tilstrekkelig plass (minst 5 cm) bør holdes mellom individuelle tumor simulere slutninger (Figur 1D).
  7. Hell den resterende del av den varme gelatinblanding i den resterende formvolumet, slik at for tilslutning av begge lag uten å skape brytning gjenstander. Merk av plasseringen av de fluorescerende tumor-simulere slutninger på mold. La fantomet stivne O / N ved 4 ° C.
  8. Når størknet, fjerne nåler som brukes for midlertidig fiksering av inneslutninger og brystet phantom fra sin mold (figur 1E) forsiktig ut. Beskytt bryst fantom fra lys og dehydrering ved å pakke den inn i aluminiumsfolie og lagre den i en fuktet lagring container ved 4 ° C.

ure en "fo: content-width =" 5in "src =" / filer / Ftp_upload / 51776 / 51776fig1highres.jpg "width =" 500 "/>
Figur 1. sekvensielle trinnene med å skape bryst fantomene inneholdende fluorescerende tumor-simulerende slutninger. Etter å skape silikon former av ønsket form og størrelse, er formene fylt med smeltet agarose blanding ved hjelp av en sprøyte (A). Tumor-simulerende inneslutninger av forskjellig størrelse og form ble produsert i denne studien (B). Deretter ble et tynt lag av smeltet gelatin blandingen helt i en tilpasset belagt tre bryst form (C). Etter størkning blir de tumor-simulerende inklusjoner plasseres midlertidig fiksert, og dekket med et annet lag av smeltet gelatin-blanding (D). Etter størkning blir bryst fantom forsiktig fjernet fra sin form (E). Fantomet kan deretter brukes for å simulere ulike NIRF bildebehandlingsprogrammer (F).ref = "/ filer / Ftp_upload / 51776 / 51776fig1highres.jpg" target = "_blank"> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

5. Sett NIRF kamerasystem

  1. En NIRF kamera system for intraoperativ søknad er nødvendig for å simulere målrettet NIRF bildebehandling i brystkreft kirurgi. Flere NIRF imaging-systemer for sanntids intraoperativ NIRF bildebehandling er for tiden tilgjengelig for eksperimentell bruk. Selv om noen forskjeller mellom disse anordninger eksisterer, de alle inneholder en eksitasjon lyskilde (for magnetisering av de fluorescerende tumorinneslutninger) og en svært følsom bildebehandlingsenhet for deteksjon av fotoner som sendes ut.
  2. Sørg for å bruke en eksitasjon lyskilde av en tilstrekkelig bølgelengde. For tumor-simulere slutninger som inneholder ICG, bruk en eksitasjon lyskilde (f.eks laser) som avgir fotoner mellom 750 og 800 nm. Hvis en alternativ fluorescerende fargestoff er brukt, bør eksitasjonsbølgelengde bli justert i samsvar ma nufacturer instruksjoner.
  3. I tilfelle NIRF kamerasystemet inneholder en utslipps filter for å filtrere bort uønsket bakgrunnssignaler, må du kontrollere at riktig filter er brukt. For tumor-simulere slutninger som inneholder ICG, bruke en utslipps filter mellom 800 og 850 nm. Alternative fluorescerende fargestoffer kan kreve ulike emisjonsfiltre, avhengig av produsentens instruksjoner.
    MERK: Sørg for at det er null overlapp mellom eksitasjon og utslippsbølgelengder for å hindre overmettede bilder. I tillegg kan bildeinnlastingen tid må bli justert for å oppnå optimale fluorescerende bilder. I tilfelle av dypt sittende fluorescerende slutninger eller svake fluorescerende signaler, kan image oppkjøpet tiden økes for opp til flere sekunder til min. I tilfelle av overfladiske slutninger eller sterke fluorescerende signaler, kan registreringstid reduseres til flere millisekunder for å tillate fluorescens bildevideo-sats i sanntid.
e "> 6. Simulering av NIRF bildebehandlingsprogrammer i Breast Cancer Surgery

  1. Ta vev-simulere bryst fantom fra beholderen og plasser den på en flat nonfluorescent underlag. Deretter plasserer du NIRF bildeenheten over brystet phantom, etterlot seg en tilstrekkelig arbeidsavstand for eksisjon av tumor-simulere slutninger.
  2. Lokalisere tumor-simulere fluorescerende inkludering ved hjelp av NIRF bildebehandling og / eller palpasjon av fantom bryst. I sak nr fluorescerende signal kan oppdages, er inkluderingen enten plassert for dypt i fantom for påvisning eller bildeinnlastingen tid bør økes.
  3. Når inkludering er lokalisert, innsnittet fantom bryst og fjerne svulsten-simulere inkludering i henhold til sanntid NIRF-veiledning ved hjelp av konvensjonelle kirurgiske instrumenter. Alternativt kan inkludering bli fjernet styrt utelukkende ved visuell inspeksjon og palpering av brystene fantom å simulere standard-of-care.
  4. Rett etter fjerningav tumor-simulerende inkludering, bilde kirurgisk hulrom for eventuelle gjenværende fluoriserende aktivitet som indikerer utilstrekkelig eksisjon.
  5. Ved eventuelle gjenværende fluorescerende aktivitet, forbruks inkludering rest under direkte NIRF veiledning til det ikke fluorescerende signal som er igjen.
  6. Bilde de utskårende fantom fragmenter å simulere NIRF-guidet makroskopisk margin tilstandsvurdering. Hertil, skjær phantom vev i 3 - 5 mm plaketter og bilde plaketter tilsvarende. Fluorescens-signalet å nå inn i de kirurgiske marginer indikerer eksistensen av positive kirurgiske marginer.

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

Resultater fra denne studien har tidligere blitt rapportert andre steder ni.

Våre data viser at NIRF bildebehandling kan brukes til å oppdage fluorescerende tumor-simulere slutninger i vev-simulere bryst fantomer, simulere NIRF-guidet brystbevarende kirurgi hos brystkreftpasienter. Ved hjelp av vår fantommodell, fant vi intraoperativ tumor lokalisering, NIRF-guidet tumorreseksjon, intraoperativ vurdering av kirurgiske hulrom marginer, og påvisning av restsykdom å være mulig (figur 2). I korte trekk, ble totalt fire fantom brystene produsert, alle med to fluorescerende slutninger med forskjellige dimensjoner og / eller morfologi (tabell 1).

Fluorescent tumor-simulerende inklusjoner ble fjernet kirurgisk fra den første og andre bryst fantom ved hjelp av konvensjonelle kirurgiske instrumenter. Eksisjon av inneslutninger ble veiledet av palpasjon og visuell inspeksjon av driftsive feltet. Kirurgen ble bedt om å operere på fantom bryst før svulsten-simulere slutninger ble helt fjernet. Deretter ble den tilpassede fluorescens kameraet anvendt for å skanne den kirurgiske hulrom for eventuelle gjenværende fluorescerende signaler. I tilfelle av en ufullstendig eksisjon, angitt med en sterk gjenværende fluorescens-signal, ble kirurgen om å skjære inkludering rest i henhold til sanntids NIRF veiledning. I begge phantom # 1 og # 2, eksisjon av en av to tumor-simulere slutninger var ufullstendig, noe som gjenspeiles av en sterk gjenværende fluorescens signal som stammer fra operasjonsrommet. I tilfelle av ufullstendig fjerning etter den første kirurgisk forsøk, kirurgen oppdaget og fjernet rest inkludering i henhold NIRF veiledning under samme (såkalt theranostic) prosedyre. Reexcision under direkte NIRF veiledning resulterte i en fullstendig fjerning av inkludering rest på den andre kirurgiske forsøk i alle tilfeller, mens det ikke var nødvendig å skjære store volumes av phantom vev.

I tredje og fjerde bryst fantom, NIRF-guidet lokalisering og kirurgisk fjerning av de fluorescerende slutninger ble utført ved første kirurgiske forsøk. Mens nærmer svulst-simulere fluorescerende slutninger, kirurgen hadde en skjerm til sin disposisjon hvor fluorescens signalet ble anslått i sanntid. I fjerde bryst fantom, en svulst-simulere inkludering plassert på 3,0 cm dybde var bare påvises etter incising fantom vev ca 1 cm. I den tredje bryst fantom, ble både tumor-simulerende slutninger radikalt fjernet ved den første kirurgisk forsøk, mens fjerningen av en infiltrerende inkludering i den fjerde fantom ble funnet å være ufullstendig. Reexcision under direkte NIRF-veiledning resulterte i en fullstendig fjerning av tumoren rest i dette fantom.

Postoperativt, ble skåret fantom vev fragmenter skåret i 3 mm lysbilder og avbildes ved hjelp av NIRF kamera system å simulere ex vivo makroskopisk evaluering av den kirurgiske margin status. I alle tilfeller, postoperativ NIRF bildebehandling tydelig avbildet grensene av svulsten-simulere slutninger og indikerte hvorvidt tumor-rest var til stede på de kirurgiske marginer (figur 2C).

Figur 2
Figur 2. NIRF bildebehandling simulering i bryst fantomer. Tissue-simulere bryst fantomer som inneholder fluorescerende tumor-simulere slutninger ble brukt for simulering av intraoperativ tumor lokalisering (A), NIRF-guidet fjerning av svulster (B), og NIRF-guidet vurdering av kirurgisk margin status (C). Endret fra:.. Pleijhuis et al, EJSO (2011) Pllette klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Tabell 1. Oversikt over phantom komposisjon. Tabell 1
Totalt 4 fantomer ble produsert, som inneholder to tumor-simulere fluorescerende slutninger hver av ulik 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 simulert potensielle kliniske anvendelser av NIRF-guidede BCS gjennom bruk av bryst-formet fantomer med integrerte tumor-simulere slutninger. Intraoperativ tumor lokalisering, NIRF-guidet tumorreseksjon, evaluering av omfanget av operasjonen, og postoperativ vurdering av kirurgiske marginer ble alle funnet mulig ved hjelp av en skredder bygge NIRF kamerasystem. Ikke-invasiv deteksjon av fluorescerende tumor-simulerende inneslutninger var bare mulig for inneslutninger som er plassert i fantom vev i en dybde på 2 cm eller mindre. Intraoperativt imidlertid den begrensede penetrasjon signal dybde var i hovedsak løst ved arten av BCS kirurgi, hvor kirurgen ville bringe vevet av interesse nærmere overflaten ved incising overliggende vev.

Intraoperativ NIRF bildebehandling har noen viktige fordeler, blant annet mangel på ioniserende stråling, generell sikkerhet av teknikken, og en høy oppløsning 9,14. Videre technique gir tilbakemeldinger i sanntid for kirurgen om omfanget av operasjonen og muliggjør umiddelbar integrering av fluorescerende bilder med fargebilder av de operative feltet for en mer nøyaktig lokalisering av fluorescerende signal 13.

Som nevnt tidligere, er en viktig ulempe ved NIRF avbildning begrenset vev inntrengningsdybde av optiske signaler på grunn av absorpsjon og spredning av fotoner av visse vev bestanddeler 10,11. For å matche de optiske egenskapene til normal brystvev, ble hemoglobin og Intralipid lagt til våre fantomer for absorpsjon og spredning av fotoner, henholdsvis 10,15. En andre ulempe ved intraoperativ NIRF avbildning er den manglende evne til å kvantifisere fluorescerende signaler ved utføring av todimensjonal avbildning som følge av en ikke-lineær relasjon mellom signalintensitet og konsentrasjonen av den fluorescerende fargestoff 10..

I denne studien brukte vi en tilpasset NIRFkamera for intraoperativ bruk. Systemet får både to-dimensjonale farge og fluorescens bilder av det operative området. Andre intraoperativ NIRF bildebehandlingsenheter er også tilgjengelig med litt forskjellige bildestrategier 12. Dessverre, i multisenter studier, bruk av ulike bildesystemer og innstillinger kan påvirke resultatene oppnås mellom institusjoner. Ved hjelp av fantomer med kjente mengder av fluorescerende fargestoff kan hjelpe å løse dette problemet ved å tilveiebringe et verktøy for å kalibrere annen avbildningssystem. I tillegg kunne fantomene brukes til trening og standardiserings formål NIRF-guidede kirurgiske prosedyrer.

Som nevnt før, fluorescerende fargestoffer er en forutsetning for NIRF bildebehandling. Vi valgte å bruke ICG for våre tumor-simulere slutninger fordi det er den eneste klinisk grade nær-infrarødt fluorescerende fargestoff tilgjengelig for øyeblikket. Nye fluoroforene (f.eks IRDye 800CW) er under utvikling og forventes å få approval for klinisk bruk i nær fremtid. I motsetning til ICG, som ikke kan konjugert i sin klinisk godkjent form, nye fluoroforene som 800CW, kan lett konjugert til biomolekyler. Bøyning av disse nye fluoroforer til tumormålrettet ligander eller monoklonale antistoffer muliggjør spesifikk levering av det fluorescerende fargestoff til kreftceller. Faktisk har prekliniske og kliniske studier allerede har vist muligheten for NIRF avbildning av fluoroforpar merkede svulster og indikerte NIRF styrt kirurgi for å forbedre kirurgisk resultat 8,13,17,18,19,20.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noe å avsløre.

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-simulere Phantoms for Assessing Potensielle nær-infrarødt fluorescens bildebehandlingsprogrammer 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