Introduction
De seneste årtier har vist en støt stigning i forekomsten af nyre masser 1,2. Indtil nu er der foretaget renal masse behandlingsbeslutninger primært på grundlag af MR og CT billeddannelse egenskaber, alder og komorbiditet. Men disse diagnostiske metoder og kliniske parametre mangler finesse lige detektere maligne potentiale en nyre masse. En kerne biopsi eller finnålsaspiration med tilstrækkelig væv til patologisk evaluering (diagnostiske) leverer objektiv tumor differentiering med både følsomhed og specificitet i intervallet 95-100% 3. Derfor biopsi vinder accept i evalueringen af mistænkelige renale masser 4,5. Men biopsier uden tilstrækkelig væv til at etablere en diagnose eller med normal renal parenkym (ikke-diagnostisk) forekomme med en hastighed på 10-20% samlet, og endda op til 30% i små renale masser (<4 cm, SRM), forsinkelse den diagnostiske proces på grund af den hyppige brug af ekstrabiopsiprocedurer 3,5.
Optisk sammenhæng tomografi (OCT) er en ny afbildningsmodalitet, der har potentiale til at overvinde de førnævnte hindringer i nyremassen differentiering. Baseret på tilbagespredning af nær infrarødt lys, OCT giver billeder med en 15 um aksial opløsning ved en effektiv vævspenetration på 2-3 mm (figur 1, 2). Tabet af signalintensitet per millimeter vævspenetration, et resulterende af vævsspecifik lysspredning udtrykkes dæmpningskoefficienten (μ oktober: mm -1) som beskrevet af Faber et al 6.. Histologiske karakteristika kan korreleres til μ oktober værdier giver en kvantitativ parameter for vævsdifferentiation (figur 3).
Under karcinogenese, viser maligne celler et øget antal, større og mere uregelmæssigt formet kerner med et højere brydningsindeks og mere aktive mitochondrier. På grund af denne overekspression af cellekomponenter, er en ændring i μ oktober kan forventes, når man sammenligner maligne tumorer til godartede tumorer eller upåvirket væv 7.
For nylig studerede vi evne overfladiske oktober at differentiere mellem benigne og maligne renale masserne 8,9. I 16 patienter blev intra-operative oktober målinger af tumorvæv opnået ved anvendelse af en eksternt placeret oktober probe. Styringen arm består af oktober målinger af upåvirket væv i de samme patienter. Normalt væv viste en betydeligt lavere median dæmpningskoefficient forhold til malignt væv, bekræfter potentialet i OLT tumor differentiering. Dette kvantitative analyse er blevet anvendt på en tilsvarende måde til sortering andre typer af malignt væv, såsom urothelial carcinoma 10,11 og vulva epitel neoplasi differentiering 12.
ent "> Vi tilstræber at udvikle oktober til et optisk biopsi, der giver real-time imaging kombineret med on-the-spot tumor differentiering. Målet med den aktuelle undersøgelse er at beskrive en perkutan, nål baseret oktober tilgang hos patienter diagnosticeret med en fast forøgende renal masse. Denne metode beskrivelse er, så vidt vi ved, den første til at vurdere muligheden for nålen baserede oktober af renale tumorer.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De præsenterede procedure finder sted under en forskningsprotokol godkendt af Institutional Review Board af Akademisk Medical Center Amsterdam, registreringsnummer NL41985.018. Skriftligt informeret samtykke er påkrævet fra alle deltagere.
1. System
- Til dette eksperiment skal du bruge en Fourier-domæne oktober system opererer ved en 1,280-1,350 nm bølgelængde bånd 13. Fourier domæne lav sammenhængen interferometri tillader kontinuerlig scanning hvilket øger data erhvervelse hastighed i forhold til den første generation time-domæne oktober systemer. Bemærk: OLT-systemet tilsluttes en fiberoptisk probe, scanning spiralformet ved ~ 90 ° vinkel. Det har en ydre diameter på 2.7F (0,9 mm) og en indsættelig længde på 135 cm. Sonden forbindelse til OLT-konsollen gennem en drivmotor og optisk controller (montering dock) med en pullback vifte af 54 mm. De tilkøbte oktober datasæt består af 541 tværsnitsbilleder (B-scanning) wed en aksial opløsning på 15 um (figur 1, 2).
- For at sikre nøjagtige og reproducerbare dæmpningsmålinger, kalibrere ved at måle μ oktober til stigende koncentrationer baseret på vægtprocent af en fedtemulsion, (f.eks Intralipid) som beskrevet tidligere af Kodach et al. 14, 15.
Kort sagt:- Fortynd en standard parti af 20% fedt emulsion med demineraliseret H2O til at opnå koncentrationer på 0,125, 0,250, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0, 10, 15 og 20 (lager) procent.
- Placer OLT sonden i 200 ml fedt emulsion blandingen og erhverve et OLT måling.
- Cross henvisning udvundet μ oktober værdier med kendte værdier i litteraturen.
- Fortynd en standard parti af 20% fedt emulsion med demineraliseret H2O til at opnå koncentrationer på 0,125, 0,250, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0, 10, 15 og 20 (lager) procent.
2. Time Out og patientpositionering
- Før igangsættelse af proceduren, udføre en "time out" kontrollere navn, fødselsdato, procedure, PRet formelt side, antikoagulerende brug, og allergi.
- Afhængigt af tumorplacering placere patienten i enten tilbøjelige eller lateral decubitus position. Give patienten tilstrækkelig støtte og kontrollere, om han / hun forventer at være komfortable i denne position i løbet af en 20 til 40 minutter.
- Brug af ultralyd (US) 16, lokalisere tumoren og markere nålen indgang på huden med permanent blæk.
BEMÆRK: Ved brug computertomografi (CT), så brug en fleksibel nål vejledning skabelon til at lokalisere den foretrukne position af adgangen nål.
3. Desinfektion og Steril Drapering
- Sæt en kirurgisk hætte og mund dækning.
- Rens huden omkring indstiksstedet ved hjælp af en klorhexidin / alkohol-opløsning, pas på ikke at fjerne den tidligere placeret nål post mark (trin 2.3). Desinfektion af en bredt område vil forhindre behovet for yderligere rengøring i tilfælde af uventet adgang nål repositionering.
- Med reGard af den sterile indhold, åbne perkutan punktur sæt som indeholder: en 10 ml sprøjte, en stump aspiration nål, en 21 G kanyle, en skalpel, en 15 G koaksial indføringsnål, en 18 G trocar nål, og en 16 G kernebiopsi gun.
- Vask hænderne grundigt, anvende hånd desinfektionsmiddel bagefter. Sæt en kirurgisk kjole og sterile handsker.
- Dæk patienten i sterile forhæng.
- Påfør en steril dæksel rundt ultralydsonden og løse nålestyret på plads.
4. oktober Forberedelse
- Start OLT-konsollen og indtast patientens oplysninger på de områder, der er mærket patient-ID, efternavn, fornavn og fødselsdato (fødselsdato) ved hjælp af konsollen interface.
- Med hensyn til den sterile indhold, udpakke OLT-pakken indeholder et OLT sonde, en steril montering dock cover, og en 5 ml luer-lock sprøjte.
- Påfør den sterile låg til OLT-konsollen montering dock. Ledende den usterile montering dock kræver dethjælp fra en assistent.
- Fyld 5 ml sprøjte med 0,9% NaCl og fastgør den til skylning porten. Skyl OLT sonde indtil vandet vises i den distale del af sonden dækning.
- Læg OLT sonde ind i montering dock. Efter indlæsning sonden vil rotere og udsende rødt lys bekræfter fungerer korrekt. Lad sonden i dens overdækning under skylning og ilægning at minimere risikoen for skade.
- Fjern OLT sonden fra sin dækning. Placer sonden på en hård overflade og bruge en skalpel til at forkorte spidsen. Fastgør den distale del af sonden under skæring for at minimere presset på den optiske fiber og prisme. Skær 5 mm distalt fra prisme, ved hjælp af den udsendte (rød) lys til orientering.
5. Punktering
- Bedøve huden og dybe lag anvendelse af 2% lidocain (20 mg / ml). Vent nogle minutter giver mulighed for lidokain kan træde i kraft. Spørg patienten, hvis der er nogen smerte.
- Brug nålestyret placere15 G koaksial indføringsnål kontrollere positionen gennem billeddannelse. Hvis placeringen er tilfredsstillende, fjernes obturatoren (skarp nål kerne).
- Anbring 18 g trokar nål gennem indføringsnålen, piercing tumoren. Igen kontrollere positionen for nålen med billeddannelse. Hvis placering er tilfredsstillende fjerne obturatoren.
- Feed OLT sonden op trokaren nål indtil føle modstand.
- Mens fastsættelse OLT sonde, trække trokaren nål, udsætter OLT sonde til tumorvæv. Holder spidsen af trokaren nålen i tumoren minimerer kinkning af OLT probe under vejrtrækning cyklusser. Dette mindsker risikoen for probe skader.
- Oktober Scan:
- Udfør et OLT-scanning, med konsollen sat til 541 B-scanninger pr datasæt. OLT-systemet, der anvendes her, vil udføre en automatisk tilbagetrækning over en længde på 5,4 cm, der kræver ingen særlige justeringer parameter.
- Tjek scanningen for kvalitet, artefakter og fremkomsten af fast væv (Figur 1A). Artefakter oftest vises som cirkulære bånd stående ud fra det normale oktober mønster (figur 1B).
- Udskift sonden hvis artefakter fortsætter efter at scanne igen.
- Gentag trin 5.6, indtil mindst 3 oktober datasæt erhverves.
- Fjern OLT sonde og trocar nål, forlader indføringsnål in-sted.
- Arm kernen biopsipistolen og placere den gennem indføringsnål, verificere position på billeddannelse.
- Hvis positionering er tilfredsstillende, brand biopsipistolen.
- Anbring biopsi materiale i beholder ifølge patologi afdeling protokol. Her sted biopsier på en petriskål med en papirindlæg tilstrækkeligt mættet med 0,9% NaCl.
- Kontroller core biopsi kvalitet og gentag trin 5,9 og 5,10, indtil tilstrækkeligt materiale er opnået.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Blandt de første 25 tumorer (23 patienter), blev i alt 24 succesfulde oktober procedurer udføres. I et tilfælde førte en sonde funktionsfejl den manglende evne til at erhverve et OLT scanning. To bivirkninger (AE) forekom, som er beskrevet i detaljer i diskussionen afsnit. Generelle patientkarakteristika findes i tabel 1.
OLT-konsollen har pre-installeret software der giver real-time oktober billeder til øjeblikkelig kvalitativ analyse af erhvervede datasæt. For yderligere målinger analyse- og dæmpning, kan OLT data eksporteres som rådata, TIFF, DICOM eller AVI-format. Kvantitativ analyse af μ oktober af OLT data sker ved hjælp egenudviklet software.
Brug planimetrisk software, er et 3D volumen afsmeltet fra de rådata (figur 2A). Dette giver en 3D-oversigt over det scannede bane med mulighed for orthoslicing langs 3 akser. Den viste datasæt in Figur 2 viser god kvalitet over den fulde tilbagetrækning længde. Der kan foretages en klar visuel skelnen mellem fast væv (figur 2B - C), perirenalt fedtvæv (figur 2D) og indersiden af trokaren nålen. Eksporterede TIFF-filer indlæses i en ImageJ baseret software pakke, der skal ses i 2D ved at rulle gennem de stablede B-scanninger. Ved at kombinere 2D- og 3D-visualisering af OLT datasæt et område af interesse (ROI) er valgt.
Inden for ROI jævnt fordelte B-scanninger er valgt (Figur 2, 3). Inden de respektive B-scanner dæmpningskoefficienten bestemmes langs en lige linje stråler udad fra hjertet af proben (figur 3A, D). Den ImageJ software pakke har mulighed for at plotte datapunkter langs dæmpningen linie i en graf. Hældningen af den viste graf repræsenterer dæmpningen koeff icient (figur 3B, E).
Ved at samkøre dæmpningsmålinger til histopatologi resultater (figur 3C, F), kan vævsspecifikke afskæringsværdier afledes tilvejebringe midler til tumor differentiering.
Figur 1: (A) Oktober B-scan af fast væv. B) oktober B-scan med cirkulær artefakt.
Figur 2: (A) 3D volumen gengives fra 541 stablede B-scanninger. (B - C) De valgte B-scanninger viser fast væv, hvilket indikerer vellykkede oktober probe placering. (D) Valgt B-scan viser perirenalt fedtvæv.
Figur 3: Oct analyse og korrelation af en klar celle renalcellecarcinom (A - C) og en oncocytoma (D - E). Plotning af punkter langs den fremhævede linje (A, D) indeholder de afbildede grafer (B, E). Hældningen af graferne udgør dæmpningskoefficienten. Efterfølgende dæmpningskoefficienten korreleret til patologien prøvemateriale fra det samme sted (C, F) for at udlede vævsspecifikke afskæringsværdier.
| Patient No. | 23 |
| Tumor No. | 25 |
| Alder (år): AVG (interval) | 63,7 (32-83) |
| Max tumor diameter (cm): AVG (interval) | 3,5 (1,4-7,5) |
| Køn | |
| Mand (%) | 17 (68) |
| Kvinde (%) | 8 (32) |
| Tumor side | |
| Venstre (%) | 15 (60) |
| Højre (%) | 10 (40) |
| Tumorplacering | |
| Helt over øvre polære linje eller under nedre polære linje (%) | 8 (32) |
| Krydser polære linie (%) | 9 (36) |
| > 50% på tværs af polære linje eller krydser aksial midterlinjen eller mellem polære linier (%) | 8 (32) |
| Eksofytiske / endofytisk egenskaber | |
| ≥50% eksofytiske (%) | 10 (40) |
| <50% eksofytiske (%) | 14 (56) |
| Helt endofytisk (%) | 1 (4) |
Tabel 1: Patient karakteristika.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denne publikation rapporterer vi om muligheden for perkutan, nål baseret, oktober i nyrerne. Dette er et vigtigt første skridt i udviklingen af oktober i en klinisk anvendelig teknik til tumor differentiering, der betegnes som en "Optisk biopsi". Vores første 25 patienter har vist perkutan oktober at være en nem og sikker procedure. En optisk biopsi har to fordele i forhold til konventionelle centrale biopsier. For det første vil den reelle erhvervelse tid og analyse af oktober data giver øjeblikkelige diagnostiske resultater sammenlignet med 5-10 dage behandlingstid på konventionel patologi. For det andet, oktober har potentialet til at reducere mængden af ikke-diagnostiske procedurer, hvilket er 20% for konventionelle biopsier. Når et OLT-scanning afslører perirenalt fedt eller upåvirket nyrevæv (ikke-diagnostiske resultater) OLT operatøren kan ændre OLT sonden med succes målrette tumoren.
To bivirkninger (AE) forekom blandt de 25 første patienter. Denførst AE var stillingen proceduremæssig hypotension, hos en patient med kendte episoder af hypotension, der forsvandt efter hvile og 0,9% NaCl-infusion.
I den anden AE et fragment af OLT sondespidsen klippet af. Anmoder patienten om at holde vejret under målingerne bedt dyb inspiration. Overdreven nyre bevægelse forårsaget OLT sonde til kinke og efterfølgende forskydning af på kanten af trokaren nål. En probe fragment af 1-2 mm forblev in situ, men forårsagede ingen problemer eller ubehag. Dette AE fandt sted under OLT proceduren for patient nummer 10. I følgende patienter spidsen af trokaren nålen blev holdt inden for tumor (protokol trin 5.5) minimere knæk af OLT-sonde, på kanten af trokaren nål under vejrtrækning cykler. Denne ændring af OLT procedure har vist betydeligt mindre stress på OLT sonden. Det er dog nødvendigt yderligere fremadrettet evaluering.
OLT probe anvendt i denne undersøgelse er udformettil intravaskulær billeddannelse af koronararterierne. Muligheden for automatiserede pullback scanning kombineret med 2,7 F (0,9 mm) i diameter gør denne probe er egnet til nål baserede oktober af renale tumorer. Men den fine karakter af den optiske fiber og prismet fusioneret til den distale spids gør sonden modtagelige for skader. I 3 tilfælde, probe manipulation under proceduren forårsagede sonde fiasko, i 1 sag et OLT datasæt kunne erhverves. Mikroskopisk undersøgelse af prismet viste ingen abnormiteter, hvilket gør en pause i den optiske fiber den mest sandsynlige årsag til fiasko.
Kvantitative data analyse kræver afledning af væv specifik dæmpning afskæringsværdier. Dette giver mulighed for objektiv vævsdifferentiering. Vi hypotesen, at oktober er i stand til at skelne mellem benigne og maligne læsioner og efterfølgende mellem de 3 vigtigste maligne undergrupper af renalcellecarcinom. I øjeblikket er dæmpningsværdier beregnes manuelt fraudvalgte områder af interesse, hvilket er en tidskrævende proces. Vi har udviklet software til beregning automatiseret dæmpning. Dette reducerer inter- og intra-observatør variation på udvælgelse ROI, fremskynder analyseprocessen og øger antallet af målinger pr datasæt. Integrationen af denne software til øjeblikkelig dæmpningskoefficient beregning i OLT-konsollen er et nødvendigt fremtid skridt i udviklingen af en fuldt funktionel og klinisk relevant optisk biopsi teknik.
Desuden er det nødvendigt med en kvalitativ analyse protokol. Intra-proceduremæssige anerkendelse af funktioner i upåvirket væv (dvs. anerkendelse af perirenalt fedt) kunne få oktober sonde repositionering, at reducere antallet af ikke-diagnostiske procedurer. Endvidere er der behov for en kvalitativ analyse for at vælge en ROI til beregning dæmpningskoefficient. I øjeblikket er vi ved at udvikle en protokol, der består af foruddefinerede visuelle aspekter, der skal scoret. Når sufficient datasæt erhverves, vil blindede observatører validere denne protokol.
Succesen med nyre masse behandlingsstrategier afhængig præcis afgrænsning og profil beslutsomhed, ved hjælp af smarte behandlingsplanlægning protokoller og tidstro identifikation (subtypning og sortering) og opfølgning af læsionen. Både opfølgende strategier og real-time identifikation af en læsion er uopfyldte udfordringer med de aktuelle diagnostiske teknikker. Oktober i form af en optisk biopsi har potentiale til at opfylde disse krav, der giver minimal invasiv analyse af carcinogenese relaterede ændring af optiske egenskaber og ændringer i lagdelt vævsarkitekturen dvs. visuel påvisning af strukturerne i OLT billedet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 15 G/7.5 cm Co-Axial Introducer Needle | Angiotech, Gainesville, USA | MCXS1612SX | |
| 18 G/20 cm Trocar Needle | Cook medical, Bloomington, USA | DTN-18-20.0-U | |
| 16 G/20 cm Quick-Core Biopsy Gun | Cook Medical, Bloomington, USA | G07827 | |
| Ilumien Optis PCI Optimization System (OCT & FFR) | St. Jude medical, St. Paul, USA | C408650 | Part of Dragonfly Kit. St. Jude medical, St. Paul, USA. (C4088643) |
| Dragonfly Duo Imaging Catheter | LightLab Imaging, Westford, USA | C408644 | Part of Dragonfly Kit. St. Jude medical, St. Paul, USA. (C4088643) |
| Sterile Dock Cover | CFI Med. Solutions, Fenton, USA | 200-700-00 | Part of Dragonfly Kit. St. Jude medical, St. Paul, USA. (C4088643) |
| 5 ml Luer-lock Syringe | Merit Med. Syst., South Jordan, USA | C408647 | |
| 10 ml Syringe | BD, Franklin Lakes, USA | 300912 | |
| 18 G Blunt Fill Needle | BD, Franklin Lakes, USA | 305180 | |
| 21 G Injection Needle | BD, Franklin Lakes, USA | 301155 | |
| Sterile scalpel | BD, Franklin Lakes, USA | 372611 | |
| NaCl 0,9% solution | Braun, Melsungen AG, Germany | 222434 | |
| Lidocaïne HCl 2% (20 mg/ml) solution | Braun, Melsungen AG, Germany | 3624480 | |
| Sterile Ultrasound Gel, Aquasonic 100 | Parker Lab. Inc., Fairfield, USA | GE424609 | |
| Sterile Ultrasound Cover | Microtek Med., Alpharetta, USA | PC1289EU | |
| Pathology Container | |||
| AMIRA software package | FEI Visualization Sciences Group, Hillsboro, USA | Software platform for 3D data analysis | |
| FIJI software package (open source) | Open source, http://fiji.sc/Fiji | Open source image processing software |
References
- Jemal, A., Siegel, R., Xu, J., Ward, E. Cancer statistics, 2010. CA Cancer J. Clin. 60, 277-300 (2010).
- Mathew, A., Devesa, S. S., Fraumeni, J. F., Chow, W. H. Global increases in kidney cancer incidence, 1973-1992. Eur. J. Cancer Prev. 11, 171-178 (2002).
- Volpe, A., et al. Contemporary management of small renal masses. Eur. Urol. 60, 501-515 (2011).
- Ljungberg, B., et al. EAU guidelines on renal cell carcinoma: the 2010 update. Eur. Urol. 58, 398-406 (2010).
- Donat, S. M., et al. Follow-up for Clinically Localized Renal Neoplasms. AUA Guideline, J. Urol. 190, 407-416 (2013).
- Faber, D. J., van der Meer, F. J., Aalders, M. C. G., van Leeuwen, T. G. Quantitative measurement of attenuation coefficients of weakly scattering media using optical coherence tomography. Optics Express. 12, 4353-4365 (2004).
- Xie, T. Q., Zeidel, M. L., Pan, Y. T. Detection of tumorigenesis in urinary bladder with optical coherence tomography: optical characterization of morphological changes. Optics Express. 10, 1431-1443 (2002).
- Barwari, K., et al. Differentiation between normal renal tissue and renal tumours using functional optical coherence tomography: a phase I in vivo human study. BJU. Int. 110, E415-E420 (2012).
- Barwari, K., et al. Advanced diagnostics in renal mass using optical coherence tomography: a preliminary report. J. Endourol. 25, 311-315 (2011).
- Cauberg, E. C., et al. Quantitative measurement of attenuation coefficients of bladder biopsies using optical coherence tomography for grading urothelial carcinoma of the bladder. J. Biomed. Opt. 15, 066013 (2010).
- Bus, M. T., et al. Volumetric in vivo visualization of upper urinary tract tumors using optical coherence tomography: a pilot study. J. Urol. 190, 2236-2242 (2013).
- Wessels, R., et al. Optical coherence tomography in vulvar intraepithelial neoplasia. Journal of Biomedical Optics. 17, (2012).
- Yun, S. H., Tearney, G. J., de Boer, J. F., Iftimia, N., Bouma, B. E. High-speed optical frequency-domain imaging. Optics Express. 11, 2953-2963 (2003).
- Kodach, V. M., Kalkman, J., Faber, D. J., van Leeuwen, T. G. Quantitative comparison of the OCT imaging depth at 1300 nm and 1600 nm. Biomed. Opt. Express. 1, 176-185 (2010).
- Kinkelder, R., de Bruin, D. M., Verbraak, F. D., van Leeuwen, T. G., Faber, D. J. Comparison of retinal nerve fiber layer thickness measurements by spectral-domain optical coherence tomography systems using a phantom eye model. J. Biophotonics. 6, 314-320 (2013).
- Baxter, G. M., Sihdu, P. S. Ultrasound of the Urogenital System. , Thieme Medical Publishers Inc. New York, United States. (2006).
