Introduction
De siste tiårene har vist en jevn økning i forekomsten av nyre massene 1,2. Inntil nå har nyremasse behandling beslutninger blitt laget hovedsakelig på grunnlag av MR og CT bildekarakteristikk, alder og komorbiditet. Men disse diagnostiske metoder og kliniske parametre mangler finesse å virkelig oppdage ondartet potensialet for en nyre masse. En biopsi eller fine nål aspirasjon med tilstrekkelig vev for patologisk vurdering (diagnostisk) gir objektive tumor differensiering med både sensitivitet og spesifisitet i området fra 95 til 100% 3. Derfor biopsi er å få aksept i evalueringen av mistenkelige nyre massene 4,5. Men for å biopsier uten tilstrekkelig vev etablere en diagnose eller med normal nyreparenchymet (ikke-diagnostisk) forekommer i en mengde av 10-20% totalt, og til og med opp til 30% i små nyre masser (<4 cm, SRMs), forsinke den diagnostiske prosessen på grunn av hyppig nødvendighet for ytterligerebiopsi prosedyrer 3,5.
Optisk koherens tomografi (OCT) er et nytt avbildningsfunksjonalitet som har potensial til å overvinne de nevnte hindringer i renal mass differensiering. Basert på tilbakespredning av nær infrarødt lys, gir oktober bilder med en 15 um aksial oppløsning med en effektiv vevspenetrasjon på 2-3 mm (figur 1, 2). Tap av signalintensitet per millimeter av vevspenetrering, en resulterende vev-spesifikk lysspredning, er uttrykt som dempningskoeffisienten (μ oktober: -1 mm) som beskrevet av Faber et al 6.. Histologiske karakteristika kan korreleres til μ oktober verdier som gir en kvantitativ parameter for vev differensiering (figur 3).
I løpet av kreft, ondartede celler viser et økt antall, større og mer uregelmessig formet kjerner med en høyere brytningsindeks og mer aktive mitokondrier. På grunn av dette overekspresjon av cellekomponenter, er en endring i μ oktober å forvente når man sammenligner ondartede svulster til godartede svulster eller upåvirket vev 7.
Nylig har vi studert muligheten for overfladisk oktober å skille mellom godartede og ondartede nyre massene 8,9. I 16 pasienter, ble intra-operative oktober målinger av svulstvev innhentet ved hjelp av et eksternt plassert oktober sonde. Kontrollarmen består av oktober målinger av upåvirket vev i de samme pasientene. Normalt vev viste en betydelig lavere midlere dempningskoeffisienten sammenlignet med ondartet vev, bekrefter potensialet i oktober for tumor differensiering. Denne kvantitative analysen er blitt anvendt på en lignende måte til å karakter andre typer av malignt vev, slik som uroteliale karsinom 10,11 og vulva epitelial neoplasi 12 differensiering.
ent "> Vi tar sikte på å utvikle oktober til en optisk biopsi, tilby sanntids bildebehandling kombinert med on-the-spot svulst differensiering. Målet med studien er å beskrive en perkutan, nål basert, oktober tilnærming hos pasienter diagnostisert med en solid Økende nedsatt masse. Denne metoden beskrivelse er, så vidt vi vet, den første til å vurdere muligheten for nål basert oktober av nyresvulster.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Den presenterte prosedyren foregår under et forskningsprotokoll godkjent av Institutional Review Board of Academic Medical Center Amsterdam, registreringsnummer NL41985.018. Skriftlig informert samtykke kreves fra alle deltakerne.
1. System
- For dette eksperimentet, kan du bruke en Fourier domene oktober system, som opererer på et 1,280-1,350 nm bølgelengde bandet 13. Fourier domene lav-sammenheng interferometri tillater kontinuerlig skanning som øker datainnsamling hastighet sammenlignet med første generasjon tidsdomene oktober systemer. Merk: oktober systemet er integrert med en fiberoptisk sonde, skanning i spiralform på ~ 90 ° vinkel. Den har en ytre diameter på 2.7F (0,9 mm) og en innførbar lengde på 135 cm. Sonden kobles til OCT konsollen gjennom en drivmotor og optisk kontrolleren (monterings dock) med en pullback utvalg av 54 mm. De oppkjøpte oktober datasett består av 541 cross-sectional bilder (B-skanner) wed en aksial oppløsning på 15 um (figur 1, 2).
- For å garantere nøyaktige og reproduserbare dempningsmålingene, kalibrere ved å måle μ oktober for økende konsentrasjoner basert på vektprosent av en fettemulsjon, (f.eks Intralipid) som beskrevet tidligere av Kodach et al. 14, 15.
Kort sagt:- Fortynn en standard sats av 20% fett-emulsjon med demineralisert H 2 O for å oppnå konsentrasjoner på 0.125, 0.250, 0.5, 1.0, 2.0, 4.0, 10, 15 og 20 (lager) prosent.
- Plasser OCT sonde i 200 ml fettemulsjon blanding og får en OCT måling.
- Kryssreferanse hentet μ oktober verdier med kjente verdier i litteraturen.
- Fortynn en standard sats av 20% fett-emulsjon med demineralisert H 2 O for å oppnå konsentrasjoner på 0.125, 0.250, 0.5, 1.0, 2.0, 4.0, 10, 15 og 20 (lager) prosent.
2. Time Out og Pasient Positioning
- Før du starter prosedyren, må du utføre en "time out" sjekker navn, fødselsdato, prosedyre, procedural side, antikoagulerende bruk, og allergier.
- Avhengig av tumorlokalisasjon, plasser pasienten i enten utsatt eller lateral decubitus posisjon. Gi pasienten tilstrekkelig støtte og bekrefte om han / hun forventer å være komfortabel i denne posisjonen over en 20 til 40 min periode.
- Ved hjelp av ultralyd (US) 16, lokalisere svulsten og markere ålen oppføring på huden med permanent blekk.
MERK: Når du bruker computertomografi (CT), bruker en fleksibel nål veiledning mal for å lokalisere den foretrukne plasseringen av tilgangs nål.
3. Desinfeksjon og Sterile Drapering
- Sett på en kirurgiske lue og munn dekselet.
- Rens huden rundt stikkstedet ved hjelp av en klorheksidin / alkohol løsning, tar seg ikke å fjerne tidligere plassert nål oppføring mark på (trinn 2.3). Desinfisering et stort område vil hindre behovet for ekstra rengjøring i tilfelle uventet tilgang nål reposisjonering.
- Med regard av sterilt innhold, åpner perkutan punktering settet inneholder: 10 ml sprøyte, en sløv aspirasjonsnål, en 21 G kanyle, en skalpell, en 15 G koaksial innførings nål, en 18 G trokar nål, og en 16 G kjerne biopsi pistol.
- Vask hendene grundig, bruke hånddesinfeksjon etterpå. Sett på en kirurgisk kappe og sterile hansker.
- Dekk til pasienten i sterile forheng.
- Påfør et sterilt dekke rundt ultralydproben og fikse nålen anvisning på plass.
4. oktober Forberedelse
- Start oktober konsollen og inn pasientopplysninger i feltene merket pasient-ID, etternavn, fornavn og DOB (fødselsdato) ved hjelp av konsollen grensesnitt.
- Med hensyn til det sterile innhold, pakke OCT pakke som inneholder en oktober sonde, en steril montering dock cover, og en 5 ml luer-lock-sprøyte.
- Påfør sterile dekselet til OCT konsollen monterings dock. Guiding den ikke-sterile montering dock krever dethjelp av en assistent.
- Fyll 5 ml sprøyte med 0,9% NaCl og fest den til spyleporten. Skyll oktober sonde inntil vannet vises i den distale del av sondedeksel.
- Laste OCT sonde inn i monterings dock. Etter lasting sonden vil rotere og sende ut rødt lys bekrefter riktig funksjon. La sonden i beskyttelsesdekselet under skylling og lasting for å minimalisere risikoen for skade.
- Fjern OCT sonden fra forsiden. Plassere proben på en hard overflate, og bruk av en skalpell til å forkorte spissen. Løs den distale delen av sonden under sagingen for å minske trykket på den optiske fiber og prisme. Skjær 5 mm distalt fra prismet, ved hjelp av den utsendte (rødt) lys til orientering.
5. Punktering
- Bedøve huden og dype lag ved bruk av 2% lidokain (20 mg / ml). Vent noen minutter slik at for lidokain skal tre i kraft. Spør pasienten om det er noen smerte.
- Bruk nålen guide, plasserer15 g co-aksial innføringsnålen verifisere posisjonen gjennom avbildning. Hvis emisjonen er tilfredsstillende, fjerner tetningsmiddelet (skarp nål kjerne).
- Plasser 18 G trocar nål gjennom innføringsnålen, piercing svulsten. Igjen kontrollerer posisjonen til nålen med avbildning. Hvis emisjonen er tilfredsstill fjerne obturatoren.
- Mate OCT sonde opp trokaren nål til å føle motstand.
- Mens fikse OCT sonde, trekke trokaren nål, utsette OCT sonden til svulstvev. Å holde spissen av trokaren nålen innenfor tumor minimaliserer knekking av oktober probe under pusting sykluser. Dette reduserer risikoen for skade på sonden.
- Oktober Scan:
- Utfør en oktober scan, med konsollen satt til 541 B-skanninger per datasett. OCT systemet som brukes her vil utføre en automatisert pullback over en lengde på 5,4 cm som krever ingen spesifikke parameterjusteringer.
- Sjekk skanningen for kvalitet, gjenstander og utseendet på solid vev (Figur 1A). Gjenstander oftest vises som sirkulære band står ut fra normal oktober mønster (figur 1B).
- Bytt ut sonden hvis gjenstander vedvarer etter rescanning.
- Gjenta steg 5,6 til minimum 3 oktober datasett er ervervet.
- Fjern OCT sonde og trocar nål, forlater innføringsnålen in-sted.
- Arm kjernen biopsi pistol og plassere den gjennom innføringsnålen, verifisere posisjon på bildebehandling.
- Dersom posisjoneringen er tilfredsstillende, avfyre pistolen biopsi.
- Plasser biopsimateriale i container i henhold til patologi avdeling protokollen. Her sted biopsier på en petriskål med et papir innlegg, tilstrekkelig mettet med 0,9% NaCl.
- Sjekk kjernen biopsi kvalitet og gjentar trinn 5.9 og 5.10 inntil tilstrekkelig materiale er oppnådd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Blant de første 25 svulster (23 pasienter), ble totalt 24 vellykkede oktober prosedyrer utført. I ett tilfelle en sonde feil førte til manglende evne til å tilegne seg en oktober scan. To bivirkninger (AE) inntraff, som er beskrevet i detalj i diskusjonskapittelet. Generelle pasientens egenskaper finnes i tabell 1..
OCT konsollen har forhåndsinstallert programvare som gir real-time oktober bilder for umiddelbar kvalitativ analyse av oppkjøpte datasett. For videre analyse og dempningsmålinger, kan oktober data eksporteres som rådata, TIFF, DICOM eller AVI-format. Kvantitativ analyse av μ oktober av OCT data er gjort ved hjelp egenutviklet programvare.
Ved hjelp av posisjonell programvare, er et 3D-volum gjengitt fra RAW-data (Figur 2A). Dette gir en 3D oversikt over det skannede bane med mulighet for orthoslicing langs tre akser. Den viste datasettet jegn Figur 2 viser god kvalitet over hele lengden tilbakegang. En klar visuell Det kan skilles mellom faste vev (Figur 2B - C), perirenal fettvev (figur 2D) og innsiden av trokaren nålen. Eksporterte TIFF-filer er lastet inn i en ImageJ basert programvarepakke for å bli sett i 2D ved å bla gjennom stablet B-skanninger. Kombinere 2D og 3D-visualisering av OCT datasett en region av interesse (ROI) er valgt.
Innenfor ROI jevnt fordelte B-skanninger velges (figur 2, 3). Innenfor de respektive B-skanner dempningskoeffisienten bestemmes langs en rett linje som stråler utover fra sentrum av sonden (figur 3A, D). Den ImageJ basert programvare pakken har mulighet til å plotte datapunktene langs demping linje i en graf. Helningen av den viste grafen representerer dempningen koeff icient (figur 3B, E).
Ved å korrelere dempningsmålinger for histopatologiske resultater (figur 3C, F), kan vevsspesifikk cut-off-verdier utledes tilveiebringe midlene for tumor differensiering.
Figur 1: (A) Oktober B-scan av solid vev. B) oktober B-scan med sirkulær gjenstand.
Figur 2: (A) 3D volumgjengitt fra 541 stablet B-skanninger. (B - C) Valgte B-skanninger viser solid vev, noe som indikerer vellykket oktober sonde plassering. (D) Valgt B-scan viser perirenal fettvev.
Figur 3: oktober analyse og korrelasjon av en klarcellet nyrecellekarsinom (A - C) og en oncocytoma (D - E). Plotte punkter langs den merkede linjen (A, D) gir de avbildede grafer (B, E). Skråningen av grafene representerer dempningskoeffisienten. Deretter blir dempningskoeffisienten korrelert til patologi prøven fra samme sted (C, F) for å utlede vevsspesifikk cut-off-verdier.
| Pasient Nei. | 23 |
| Svulst No. | 25 |
| Alder (år): AVG (utvalg) | 63.7 (32-83) |
| Max tumor diameter (cm): AVG (utvalg) | 3.5 (1.4 til 7.5) |
| Kjønn | |
| Mann (%) | 17 (68) |
| Kvinne (%) | 8 (32) |
| Svulst side | |
| Venstre (%) | 15 (60) |
| Høyre (%) | 10 (40) |
| Tumorlokalisasjon | |
| Helt over øvre polar linje eller under nedre polar linje (%) | 8 (32) |
| Krysser polar linje (%) | 9 (36) |
| > 50% over polar linje eller krysser aksial midtlinjen eller mellom polare linjer (%) | 8 (32) |
| Exophytic / endophytic egenskaper | |
| ≥50% exophytic (%) | 10 (40) |
| <50% exophytic (%) | 14 (56) |
| Helt endophytic (%) | 1 (4) |
Tabell 1: Pasient egenskaper.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denne publikasjonen rapporterer vi på muligheten for perkutan, nål basert, oktober i nyrene. Dette er et viktig første skritt i utviklingen av oktober til en klinisk relevant teknikk for svulst differensiering, betegnes som en "Optical Biopsi". Våre første 25 pasienter har vist perkutan oktober for å være en enkel og trygg prosedyre. En optisk biopsi har to fordeler fremfor konvensjonelle kjerne biopsier. Først vil den reelle tiden innsamling og analyse av oktober data gi umiddelbar diagnostiske resultater, sammenlignet med de 5-10 dager behandlingstid på konvensjonell patologi. For det andre har oktober potensial til å redusere mengden av ikke-diagnostiske prosedyrer, som er 20% for konvensjonelle biopsier. Når en oktober scan avslører perirenal fett eller upåvirket nyrevevet (ikke-diagnostiske resultater) OCT operatør kan reposisjonere OCT sonde for å kunne målrette svulsten.
To bivirkninger (AE) oppstod blant de første 25 pasientene. Denførst AE var innlegget prosedyre hypotensjon, i en pasient med kjente episoder med hypotensjon, som forsvant etter hvile og 0,9% NaCl infusjon.
I den andre AE et fragment av oktober sondespissen skåret av. Ber pasienten til å holde pusten under målingene bedt dyp inspirasjon. Dreven nyre bevegelse forårsaket OCT sonde til knekk og deretter skjære av på kanten av trocar nål. En probe-fragmentet av 1-2 mm forble in situ, men forårsaket ingen problemer eller ubehag. Dette AE fant sted under oktober Måten fra pasientnummer 10. I de følgende pasienter spissen av trokaren nål ble holdt innen tumoren (protokoll trinn 5.5) minimaliserer knekking av oktober sonden, på kanten av trokaren nålen, under pusting sykluser. Denne modifikasjon av fremgangsmåten har vist oktober vesentlig mindre belastning på oktober probe. Imidlertid er ytterligere potensiell evaluering nødvendig.
Den oktober probe anvendt i denne studien er utformetfor intravaskulær avbildning av koronararteriene. Muligheten for automatisk tilbakegang skanning kombinert med 2,7 F (0,9 mm) diameter gjør denne sonde egnet for nålen basert oktober av renale tumorer. Men den skjøre natur av den optiske fiber og prismet kondensert til den distale tuppen gjør sonden utsatt for skader. I tre tilfeller sondere manipulasjon under prosedyren forårsaket probe svikt, i en sak før en oktober datasett kan overtas. Mikroskopisk undersøkelse av prismet viste ingen abnormaliteter, slik at et brudd i den optiske fiber den mest sannsynlige feilårsak.
Kvantitativ dataanalyse krever avledning av vev spesifikk demping cut-off verdier. Dette gir mulighet for objektiv vev differensiering. Vi hypotese at oktober er i stand til å skille mellom godartede og ondartede lesjoner og deretter mellom de tre viktigste ondartede undergrupper av nyrecellekreft. Foreløpig er dempingsverdiene beregnes manuelt frautvalgte områder av interesse, noe som er en tidkrevende prosess. Vi har utviklet programvare for automatisert demping beregningen. Dette reduserer inter- og intraobservatørvariabilitet på ROI utvalg, hastigheter opp analyseprosessen og øker antall målinger per datasettet. Integrering av denne programvare for øyeblikkelig dempningskoeffisienten beregning inn i oktober konsollen er et nødvendig trinn fremover i utviklingen av en funksjonell og klinisk anvendbar optisk biopsi teknikk.
I tillegg er en kvalitativ analyse protokoll nødvendig. Intra-prosessuelle anerkjennelse av funksjonene i upåvirket vev (dvs. anerkjennelse av perirenal fett) kunne be oktober sonde reposisjonering, redusere antall ikke-diagnostiske prosedyrer. Videre er kvalitativ analyse for å velge en ROI for dempningskoeffisienten beregningen. Foreløpig er vi utvikle en protokoll som består av forhåndsdefinerte visuelle aspekter som skal scoret. Når sufficient datasett er kjøpt, vil blindet observatører validere denne protokollen.
Suksessen til nyremassebehandlingsstrategier avhenger av nøyaktig avgrensning og profil besluttsomhet, ved hjelp av smarte behandling planlegging protokoller og sanntid identifikasjon (inndeling i undergrupper og gradering) og oppfølging av lesjonen. Begge oppfølgings strategier og real-time identifikasjon av en lesjon er udekkede utfordringer med de aktuelle diagnostiske teknikker. Oktober i form av en optisk biopsi har potensial til å oppfylle disse krav, og gir minimal invasiv analyse av karsinogenese relatert endring av optiske egenskaper og endringer av lagdelt vevsarkitektur dvs. visuell påvisning av strukturene i oktober bildet.
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).
