Introduction
In den vergangenen Jahrzehnten haben einen stetigen Anstieg der Inzidenz von Nierentumoren 1,2 gezeigt. Bisher wurden Nierenmassenbehandlungsentscheidungen in erster Linie anhand der MRI und CT-Abbildungseigenschaften, Alter und Begleiterkrankungen vorliegen. Allerdings sind diese Diagnosemethoden und klinische Parameter fehlt die Raffinesse, um wirklich erfassen das maligne Potential eines Nierenmasse. Eine Stanzbiopsie oder Feinnadelpunktion mit genügend Gewebe für pathologische Auswertung (Diagnose) liefert objektive Tumordifferenzierung sowohl Sensitivität und Spezifität im Bereich von 95-100% 3. Daher Biopsie Akzeptanz bei der Bewertung von verdächtigen Nierentumoren 4,5. Allerdings Biopsien, ohne ausreichend Gewebe, um eine Diagnose oder bei normalen Nierenparenchym (non-Diagnose) treten mit einer Rate von 10-20% insgesamt, und sogar bis zu 30% in kleinen Nierentumoren (<4 cm, SRM) aufzubauen, verzögert der Diagnoseprozess aufgrund der häufigen Notwendigkeit zusätzlicherBiopsie 3,5.
Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist ein neuartiges bildgebendes Verfahren, das das Potenzial, die oben genannten Hürden bei Nierenmassen Differenzierung überwunden hat. Basierend auf der Rückstreuung von Licht im nahen Infrarot liefert OCT-Bilder mit einer 15 um die axiale Auflösung bei einer wirksamen Gewebepenetration von 2-3 mm (Figur 1, 2). Der Verlust der Signalintensität pro Millimeter Gewebepenetration, einer Resultierenden von gewebespezifischen Lichtstreuung wird als Dämpfungskoeffizienten ausgedrückt (μ Okt: mm -1). Wie durch Faber et al 6 beschrieben. Histologischen Eigenschaften korreliert werden kann OCT Werte bietet eine quantitative Parameter zur Gewebedifferenzierung (Abbildung 3) μ.
Während der Krebsentstehung, bösartige Zellen zeigen eine erhöhte Anzahl, größer und unregelmäßig geformte Kerne mit einen höheren Brechungsindex und aktiver Mitochondrien. Durch diese Überexpression von Zellbestandteilen, ist eine Änderung in μ OAT erwarten beim Vergleich malignen Tumoren zu gutartigen Tumoren oder unberührt Gewebe 7.
Kürzlich haben wir die Fähigkeit der oberflächlichen Oktober, zwischen gutartigen und bösartigen Nierentumoren 8,9 unterscheiden. Bei 16 Patienten wurden intraoperative Oktober Messungen von Tumorgewebe unter Verwendung eines extern platziert Oktober Sonde erhalten. Der Steuerarm OCT Messungen unbeeinflußt Gewebe in der gleichen Patienten umfaßt. Normalgewebe zeigten eine signifikant niedrigere mittlere Schwächungskoeffizient im Vergleich zu bösartigem Gewebe, bestätigt das Potenzial von OCT für Tumor-Differenzierung. Diese quantitative Analyse wurde in ähnlicher Weise in die Besoldungsgruppe andere Arten von bösartigem Gewebe, wie Urothelkarzinom 10,11 und Vulva epitheliale Neoplasie Differenzierung 12 angewendet.
ent "> Wir wollen Oktober in eine optische Biopsie entwickelt, Echtzeit-Bildgebung mit on-the-spot Tumordifferenzierung kombiniert. Das Ziel der vorliegenden Studie ist es, eine perkutane, Nadel basierend beschreiben, Oktober Ansatz bei Patienten mit einer Diagnose feste steigernden Nierenmasse. Diese Methode Beschreibung ist unseres Wissens das erste, um die Möglichkeit von Nadel basierend Oktober von Nierentumoren zu bewerten.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Das vorgestellte Verfahren nach einem von der Institutional Review Board des Academic Medical Center Amsterdam, Registriernummer NL41985.018 genehmigten Forschungsprotokoll statt. Eine schriftliche Einverständniserklärung ist von allen Beteiligten erforderlich.
1. System
- Für dieses Experiment wurde mit einem Fourier-Domain-OCT-System, die bei einer 1,280-1,350 nm Wellenlängenband 13. Fourier-Bereich Niederkohärenz-Interferometrie ermöglicht eine kontinuierliche Abtastung, die im Vergleich zu der ersten Generation der Zeitdomäne OCT-Systeme die Datenerfassungsgeschwindigkeit erhöht. Hinweis: Das OCT-System mit einem faseroptischen Sonde schraubenförmig bei ~ 90 ° angeschlossen, Scannen. Sie hat einen Außendurchmesser von 2.7F (0,9 mm) und eine einführbare Länge von 135 cm. Die Sonde verbindet sich mit dem Oktober-Konsole über einen Antriebsmotor und Lichtsteuerung (Montage Dock) mit einem Pullback Bereich von 54 mm. Die erworbenen Oktober Datensätze bestehen aus 541 Schnittbilder (B-Bilder) with eine axiale Auflösung von 15 um (1, 2).
- Um genaue und reproduzierbare Dämpfungsmessungen zu gewährleisten, kalibriert durch Messen μ OCT zur steigenden Konzentrationen bezogen auf Gewichtsprozent einer Fettemulsion, (zum Beispiel Intralipid), wie zuvor von Kodach et al. 14, 15 beschrieben.
Kurz gesagt:- Verdünnen Sie eine Standard-Charge von 20% Fettemulsion mit VE-H 2 O, um Konzentrationen von 0,125, 0,250, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0, 10, 15 und 20 (Lager) Prozent.
- Setzen Sie den OCT-Sonde in 200 ml Fettemulsion Gemischs und erwerben ein OCT-Messung.
- Querverweis extrahiert μ Oktober Werte mit bekannten Werten in der Literatur.
- Verdünnen Sie eine Standard-Charge von 20% Fettemulsion mit VE-H 2 O, um Konzentrationen von 0,125, 0,250, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0, 10, 15 und 20 (Lager) Prozent.
2. Time Out und Patientenlagerung
- Vor dem Start des Verfahrens, führen Sie eine "Auszeit" Check-Name, Geburtsdatum, Verfahren, procedural Seite Antikoagulans Verwendung und Allergien.
- In Abhängigkeit von der Tumorlokalisation, legen Sie die Patienten entweder in Bauch- oder Seitenlage. Geben Sie dem Patienten mit angemessener Unterstützung und überprüfen, ob er / sie geht davon aus bequem in dieser Position über einen 20-40 min Periode sein.
- Mit Ultraschall (US) 16, den Tumor zu lokalisieren und markieren Sie die Nadeleinstichpunkt auf der Haut mit dauerhafter Tinte.
HINWEIS: Bei der Verwendung von Computertomographie (CT), mit einem flexiblen Nadelführung Schablone, um die bevorzugte Position der Zugangsnadel zu lokalisieren.
3. Desinfektion und sterilen Abdeckung
- Setzen Sie auf einen chirurgischen Kappe und Mundschutz.
- Reinigen Sie die Haut um die Einstichstelle mit einem Chlorhexidin / Alkohol-Lösung, kümmert sich nicht um die zuvor platzierten Nadeleinstich Markierung zu entfernen (Schritt 2.3). Desinfektions einen weiten Bereich wird die Notwendigkeit für eine zusätzliche Reinigung bei unerwarteten Zugangsnadel Neupositionierung zu verhindern.
- Mit reGard der sterilen Inhalt, öffnen Sie die perkutane Punktion Set enthält: eine 10-ml-Spritze, eine stumpfe Punktionsnadel, eine 21 G Injektionsnadel, ein Skalpell, eine 15 G koaxiale Führungsnadel, eine 18 G Trokarnadel und eine 16 G Kernbiopsiepistole.
- Hände gründlich waschen, Anwendung Händedesinfektion danach. Setzen Sie auf einen OP-Kittel und sterile Handschuhe.
- Bedecken Sie den Patienten in sterilen Tüchern.
- Tragen Sie eine sterile Abdeckung um die Ultraschallsonde und befestigen Sie die Nadelführung an Ort und Stelle.
4. Oktober Vorbereitung
- Starten Sie das OAT-Konsole und geben Sie die Patientendaten in den Bereichen Patienten-ID bezeichnet, Nachname, Vorname und DOB (Geburtsdatum) mit Hilfe der Konsolenschnittstelle.
- Hinsichtlich des sterilen Inhalts, entpacken Sie die Oktober-Paket enthält ein OCT-Sonde, eine sterile Dock Befestigungsabdeckung und eine 5 ml Luer-Lock-Spritze.
- Übernehmen Sie die sterile Abdeckung am Oktober Konsolenmontage Dock. Führung des nicht-sterilen Montage Dock erfordert dieHilfe eines Assistenten.
- Füllen Sie den 5-ml-Spritze mit 0,9% NaCl und befestigen Sie es am Spülanschluss. Spülen Sie die Sonde Oktober bis Wasser im distalen Teil der Sondenhülle erscheint.
- Laden Sie die Oktober-Sonde in die Montage Dock. Nach dem Laden der Sonde drehen und emittieren rotes Licht bestätigt reibungslose Funktionieren. Lassen Sie die Sonde in der Schutzhülle beim Spülen und Laden, um das Risiko von Schäden zu minimieren.
- Entfernen Sie die Oktober-Sonde aus dem Cover. Legen Sie die Sonde auf eine harte Oberfläche und mit einem Skalpell, um die Spitze zu verkürzen. Fixieren den distalen Teil der Sonde während des Schneidens, um Druck auf die optische Faser und das Prisma zu minimieren. Schneiden 5 mm distal von Prisma, mit dem ausgesendeten (rot) Licht zur Orientierung.
5. Puncture
- Betäuben die Haut und tiefen Schichten mit 2% Lidocain (20 mg / ml). Warten Sie einige Minuten unter Berücksichtigung der Lidocain wirksam werden. Bitten Sie den Patienten, wenn es irgendeinen Schmerz.
- Mit der Nadelführung, legen Sie die15 G koaxiale Führungsnadel Überprüfung der Position durch Bildgebung. Wenn Platzierung zufriedenstellend ist, entfernen Sie den Verschluss (scharfe Nadelkern).
- Legen Sie die 18 G Trokarnadel durch die Punktionsnadel, Durchstechen der Tumor. Auch überprüft die Position der Nadel mit Bildgebung. Wenn die Platzierung ist zufriedenstellend entfernen Sie die Verschluss.
- Führen Sie die Sonde bis Oktober die Trokarnadel, bis das Gefühl Widerstand.
- Während die Festsetzung der OCT-Sonde einfahren Trokarnadel, Freilegung der OCT-Sonde, um das Tumorgewebe. Halten Sie die Spitze des Trokarnadel innerhalb des Tumors minimiert Abknicken des OCT-Sonde während Atemzyklen. Dies senkt das Risiko einer Schädigung Sonde.
- Oktober Scan:
- Führen Sie einen OCT-Scan, mit der Konsole bei 541 B-Scans pro Datensatz gesetzt. Das hier verwendete OCT-System wird eine automatische Rückzieh über eine Länge von 5,4 cm benötigt keine speziellen Parametereinstellungen durchzuführen.
- Überprüfen Sie die Scan-Qualität, Artefakte und das Aussehen der festen Gewebes (1A). Artefakte erscheinen am häufigsten als kreisförmige Bänder, sich von der normalen Oktober Muster (Abbildung 1B).
- Bringen Sie die Sonde, wenn Artefakte besteht, nachdem erneut zu scannen.
- Wiederholen Sie die Schritte 5.6 bis mindestens 3. Oktober Datensätze übernommen.
- Entfernen Sie die Sonde und Oktober Trokarnadel, so dass die Punktionsnadel in-place.
- Der Arm des Kernbiopsiepistole und legen Sie sie durch die Führungsnadel, die Überprüfung der Lage auf Bildgebung.
- Wenn die Positionierung ist zufriedenstellend, Feuer der Biopsiepistole.
- Zeigen Biopsiematerial in Behälter nach Pathologie Protokoll. Hier Ort Biopsien auf eine Petrischale mit einem Papiereinleger, ausreichend mit 0,9% NaCl gesättigt.
- Überprüfen Sie die Stanzbiopsie Qualität und wiederholen Sie Schritt 5.9 und 5.10 bis genügend Material erhalten.
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Representative Results
Unter den ersten 25 Tumoren (23 Patienten), wurden insgesamt 24 erfolgreiche Oktober Verfahren durchgeführt. In einem Fall führte eine Sonde eine Fehlfunktion der Unfähigkeit, einen OCT-Scan zu erwerben. Zwei Nebenwirkungen (AE) aufgetreten ist, die im Detail in der Diskussion beschrieben werden. Allgemeine Eigenschaften der Patienten sind in Tabelle 1 zu finden.
Die OCT-Konsole vorinstalliert Software, die Echtzeit-OCT-Bilder für die sofortige qualitative Analyse der erfassten Datensätze. Zur weiteren Analyse und Dämpfungsmessungen können die OCT-Daten als Rohdaten, TIFF, DICOM oder AVI-Format exportiert werden. Die quantitative Analyse der μ Oktober des OCT-Daten fertig mit selbst entwickelten Software.
Mit Lage-Software wird ein 3D-Volumen aus den Rohdaten (2A) wiedergegeben. Dies liefert eine 3D-Übersicht des abgetasteten Trajektorie mit der Möglichkeit, entlang orthoslicing 3 Achsen. Die angezeigten Datensatz in Abbildung 2 zeigt gute Qualität über die gesamte Länge Pullback. , Perirenalen Fettgewebe (2D) und der Innenseite des Trokarnadel - Eine klare visuelle Unterscheidung zwischen festen Gewebes (C 2B) hergestellt werden. Exportierten TIFF-Dateien werden in ein ImageJ basiertes Software-Paket geladen, um in 2D durch Scrollen durch die gestapelten B-Bilder angezeigt werden. Die Kombination der 2D- und 3D-Visualisierung des OCT-Datensatzes eine Region of Interest (ROI) ist ausgewählt.
Innerhalb der ROI gleichmäßig beabstandeten B-Bilder ausgewählt (2, 3). Innerhalb der jeweiligen B-Scans der Abschwächungskoeffizient ist entlang einer geraden Linie strahlenförmig vom Zentrum der Sonde (3A, D) nach außen bestimmt. Die ImageJ basiertes Softwarepaket hat die Möglichkeit, Auftragen der Datenpunkte entlang der Schwächungslinie in einem Graphen. Die Steigung der angezeigte Graph stellt die Dämpfung coeff iziente (3B, E).
Durch die Korrelation Dämpfungsmessungen zu histopathologischen Ergebnisse (3C, F), können gewebespezifischen Cut-off-Werten abgeleitet Bereitstellung der Mittel für die Tumordifferenzierung werden.
Figur 1: (A) Oktober B-Bild von festem Gewebe. B) Oktober B-Bild mit kreis Artefakt.
Abbildung 2: (A) 3D-Volumen von 541 gestapelt B-Bilder wiedergegeben. (B - C) Ausgewählte B-Bilder, die festes Gewebe, was eine erfolgreiche Oktober Sonde Platzierung. (D) Ausgewählte B-Scan zeigt perirenalen Fettgewebe.
Abbildung 3: Oktober Analyse und Korrelation eines klarzelligen Nierenzellkarzinoms (A - C) und einer Onkozytom (D - E). Trägt man die Punkte entlang der markierten Linie (A, D) liefert die dargestellten Graphen (B, E). Die Steigung der Graphen stellt den Dämpfungskoeffizienten. Anschließend wird die Dämpfungskoeffizienten für die Pathologie Probe vom selben Ort (C, F), um die gewebespezifischen Cut-Off-Werte abzuleiten korreliert.
| Patient Nr | 23 |
| Tumor No. | 25 |
| Alter (Jahre): AVG (Bereich) | 63,7 (32-83) |
| Max tumor Durchmesser (cm): AVG (Bereich) | 3,5 (1,4-7,5) |
| Sex | |
| Männlich (%) | 17 (68) |
| Weiblich (%) | 8 (32) |
| Tumor Seite | |
| Links (%) | 15 (60) |
| Rechts (%) | 10 (40) |
| Tumorlokalisation | |
| Ganz oben obere polare Linie oder unter geringer Polargrenze (%) | 8 (32) |
| Überquert Polargrenze (%) | 9 (36) |
| > 50% gegenüber polaren Linie kreuzt oder axiale Mittellinie oder zwischen polaren Zeilen (%) | 8 (32) |
| Exophytischen / endophytischen Eigenschaften | |
| ≥50% exophytischen (%) | 10 (40) |
| <50% exophytischen (%) | 14 (56) |
| Ganz endophytischen (%) | 1 (4) |
Tabelle 1: Patientencharakteristika.
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Discussion
In dieser Veröffentlichung berichten wir über die Möglichkeit der perkutanen, Nadel Sitz Oktober der Niere. Dies ist ein wichtiger erster Schritt bei der Entwicklung der OCT in einer klinisch anwendbare Technik für Tumordifferenzierung als "Optical Biopsy" bezeichnet. Unsere ersten 25 Patienten wurden perkutane Oktober gezeigt, dass eine einfache und sichere Verfahren. Optisches Biopsie hat zwei Vorteile gegenüber herkömmlichen Stanzbiopsien. Zuerst wird die Echtzeit-Erfassung und Analyse von OCT-Daten liefern sofortige diagnostische Ergebnisse, verglichen mit den 5-10 Tagen der Verarbeitungszeit der herkömmlichen Pathologie. Zweitens hat Oktober das Potential, die Menge an nicht-diagnostischen Verfahren, die 20% für konventionelle Biopsien verringern. Wenn ein OCT-Scan zeigt perirenalen Fett oder unberührt Nierengewebe (nicht Diagnoseergebnisse) die OCT-Operator kann das Office-Sonde, um den Tumor erfolgreich Ziel neu zu positionieren.
Zwei unerwünschten Ereignisse (AE) traten bei den ersten 25 Patienten. Dieerste AE war nach Verfahrenshypotonie, bei einem Patienten mit bekannter Episoden von Hypotonie, die sich nach Ruhe und 0,9% NaCl-Infusion gelöst.
In der zweiten AE ein Fragment des OCT-Sondenspitze abgeschert von. Anfordern der Patient den Atem zu halten, während der Messung aufgefordert tiefe Inspiration. Übermäßige Nierenbewegung verursacht das Office-Sonde knicken und in der Folge zu scheren der am Rande des Trokarnadel. Ein Sondenfragment von 1-2 mm blieb in situ, noch verursacht keine Probleme oder Beschwerden. Das AE fand während der Oktober Verfahren der Patientennummer 10. In den folgenden Patienten die Spitze des Trokarnadel wurde innerhalb des Tumors (Protokoll Schritt 5.5) minimiert Abknicken des OCT-Sonde gehalten, am Rande des Trokarnadel, während der Atmung Zyklen. Diese Modifikation des OCT-Verfahren erheblich weniger Stress auf der Oktober-Sonde gezeigt. , Ist notwendig, aber weitere prospektive Evaluierung.
Das OCT-Sonde in dieser Studie verwendet wurde entwickeltzur intravaskulären Bildgebung der Koronararterien. Die Möglichkeit der automatischen Rückzugsabtastung, kombiniert mit 2,7 F (0,9 mm) Durchmesser ist diese Sonde für Nadel basierend OCT Nierentumoren. Der empfindlichen Natur der optischen Faser und das Prisma an der distalen Spitze verschmolzen Jedoch machen die Sonde anfällig für Beschädigungen. In 3 Fällen Sonde Manipulation während des Verfahrens verursacht Fühlerbruch, in 1 Fall vor ein OCT-Datensatzes erworben werden konnten. Eine mikroskopische Untersuchung des Prismas zeigte keine Auffälligkeiten, so dass Sie eine Pause in der optischen Faser ist die wahrscheinlichste Ursache des Fehlers.
Quantitative Datenanalyse erfordert Ableitung von gewebespezifischen Dämpfung Cut-off-Werte. Dies bietet die Möglichkeit zur objektiven Gewebedifferenzierung. Wir vermuten, dass Oktober ist in der Lage, zwischen gutartigen und bösartigen Läsionen und anschließend zwischen den drei Hauptgruppen von bösartigen Nierenzellkarzinom zu unterscheiden. Derzeit werden Dämpfungswerte manuell berechnetausgewählte Bereiche von Interesse, die ein zeitraubendes Verfahren ist. Wir haben eine Software für automatische Dämpfungsberechnung entwickelt. Dadurch verringert sich die inter- und intra-observer Variabilität auf ROI Auswahl, beschleunigt den Analyseprozess und erhöht die Anzahl der Messungen pro Datensatz. Durch die Integration dieser Software für Instant Schwächungskoeffizienten Berechnung in den Oktober-Konsole ist eine notwendige Zukunft Schritt in der Entwicklung eines voll funktionsfähigen und klinisch anwendbare optische Biopsietechnik.
Darüber hinaus ist eine qualitative Analyse-Protokoll erforderlich. Intraverfahrens Anerkennung Merkmale unberührt Gewebe (dh Anerkennung perirenalen Fett) konnte Oktober Sonde Neupositionierung auffordern, die Verringerung der Zahl der nicht-diagnostische Verfahren. Darüber hinaus wird die qualitative Analyse erforderlich, um eine ROI für Schwächungskoeffizienten Berechnung auswählen. Derzeit entwickeln wir ein Protokoll aus vordefinierten visuellen Aspekte bewertet werden. Wenn sufficient Datensätze erfasst werden, werden geblendet Beobachter dieses Protokolls zu überprüfen.
Der Erfolg der Nierenmasse Behandlungsstrategien stützt sich auf genaue Abgrenzung und Profilerfassung, über intelligente Planung der Behandlung Protokolle und Echtzeit-Identifikation (Subtypisierung und Grading) und Follow-up der Läsion. Beide Follow-up-Strategien und Echtzeit-Identifizierung einer Läsion sind unerfüllten Herausforderungen mit den aktuellen Diagnosetechniken. Oktober in Form einer optischen Biopsie hat das Potenzial, diese Anforderungen zu erfüllen, bietet die minimalinvasive Analyse der Krebsentstehung bedingte Veränderung der optischen Eigenschaften und Veränderungen von geschichteten Gewebearchitektur dh visuelle Erkennung der Strukturen im Oktober Bild.
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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
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- 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).
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