In Vivo, percutane, Naald Based, Optical Coherence Tomography van niertumoren
Summary
Optical coherence tomography (OCT) is a high resolution imaging technique that allows analysis of tissue specific optical properties providing the means for tissue differentiation. We developed needle based OCT, providing real-time imaging combined with on-the-spot tumor differentiation. This publication describes a method for percutaneous, needle based OCT of renal masses.
Abstract
Optical coherence tomography (OCT) is the optical equivalent of ultrasound imaging, based on the backscattering of near infrared light. OCT provides real time images with a 15 µm axial resolution at an effective tissue penetration of 2-3 mm. Within the OCT images the loss of signal intensity per millimeter of tissue penetration, the attenuation coefficient, is calculated. The attenuation coefficient is a tissue specific property, providing a quantitative parameter for tissue differentiation.
Until now, renal mass treatment decisions have been made primarily on the basis of MRI and CT imaging characteristics, age and comorbidity. However these parameters and diagnostic methods lack the finesse to truly detect the malignant potential of a renal mass. A successful core biopsy or fine needle aspiration provides objective tumor differentiation with both sensitivity and specificity in the range of 95-100%. However, a non-diagnostic rate of 10-20% overall, and even up to 30% in SRMs, is to be expected, delaying the diagnostic process due to the frequent necessity for additional biopsy procedures.
We aim to develop OCT into an optical biopsy, providing real-time imaging combined with on-the-spot tumor differentiation. This publication provides a detailed step-by-step approach for percutaneous, needle based, OCT of renal masses.
Introduction
De afgelopen decennia hebben laten zien een gestage toename in de incidentie van niertumoren 1,2. Tot nu toe renale massabehandeling beslissingen gemaakt voornamelijk op basis van MRI en CT imaging kenmerken leeftijd en comorbiditeit. Echter deze diagnostische methoden en klinische parameters missen de finesse om de maligne potentie van een renale massa echt detecteren. Een biopsie of punctie voldoende weefsel voor pathologische evaluatie (diagnostische) bepaald doel tumordifferentiatie met zowel gevoeligheid als specificiteit in het traject van 95-100% 3. Daarom biopsie steeds meer aanvaard bij de evaluatie van verdachte niertumoren 4,5. Echter, biopten onvoldoende weefsel diagnose of gewone nierparenchym (niet-diagnostische) optreden met een snelheid van 10-20% in totaal, en zelfs tot 30% kleine niertumoren (<4 cm, SRM) vaststellen, vertragen het diagnostisch proces vanwege de frequente noodzaak voor aanvullendebiopsieprocedures 3,5.
Optische coherentie tomografie (OCT) is een nieuwe beeldvormende modaliteit die het potentieel heeft om de voornoemde obstakels in de renale massa differentiatie overwonnen heeft. Op basis van de terugverstrooiing van nabij infrarood licht, oktober geeft beelden met een 15 urn axiale resolutie van een effectieve penetratie van 2-3 mm (figuur 1, 2). Het verlies van signaalintensiteit per millimeter weefselpenetratie, een resultante van weefselspecifieke lichtverstrooiing, uitgedrukt als de demping coëfficiënt (μ oktober: -1 mm) zoals beschreven door Faber et al. 6. Histologische kenmerken kunnen worden gecorreleerd oktober waarden verschaffen een kwantitatieve parameter voor weefseldifferentiatie (figuur 3) μ.
Tijdens carcinogenese, kwaadaardige cellen vertonen een toenemend aantal grotere en meer onregelmatig gevormde kernen met een hogere brekingsindex en actievere mitochondria. Door deze overexpressie van celbestanddelen, een verandering in μ oktober te verwachten bij het vergelijken kwaadaardige tumoren benigne tumoren of aangetast weefsel 7.
Onlangs hebben we de mogelijkheid van oppervlakkige oktober te maken tussen goedaardige en kwaadaardige niertumoren 8,9. Bij 16 patiënten, intra-operatieve oktober metingen van tumorweefsel werd verkregen met een extern geplaatste oktober probe. De bedieningsarm omvat oktober metingen van aangetast weefsel in dezelfde patiënten. Normaal weefsel toonde een significant lagere mediane verzwakkingscoëfficiënt opzichte van kwaadaardig weefsel, bevestigt het potentieel van oktober voor tumor differentiatie. Deze kwantitatieve analyse werd op soortgelijke wijze rang andere soorten kwaadaardig weefsel toegepast zoals urotheelcarcinoom 10,11 en vulvaire epitheliale neoplasie differentiatie 12.
ent "> Wij willen oktober ontwikkelen tot een optische biopsie, die real-time imaging gecombineerd met on-the-spot tumor differentiatie. Het doel van de huidige studie is om een percutane, naald gebaseerd beschrijven, oktober aanpak bij patiënten met een massief verbeterende renale massa. Deze methode beschrijving is, voor zover ons bekend, de eerste om de mogelijkheid van de naald gebaseerd oktober van niertumoren te beoordelen.Protocol
Representative Results
Discussion
In deze publicatie wordt verslag gedaan van de haalbaarheid van percutane, naald gebaseerd, oktober van de nier. Dit is een essentiële eerste stap in de ontwikkeling van oktober tot een klinisch toepasbare techniek voor tumordifferentiatie, aangeduid als "Optical Biopsy". Onze eerste 25 patiënten hebben aangetoond percutane oktober om een gemakkelijke en veilige procedure. Een optische biopsie heeft twee voordelen ten opzichte van conventionele naaldbiopsiën. Eerst zal de werkelijke tijd verwerven en …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work is funded by the Cure for Cancer Foundation, Dutch Technology Foundation (STW) and The Netherlands Organisation for Health Research and Development (ZonMw).
Materials
| 15G / 7.5cm Co-Axial Introducer Needle | Angiotech, Gainesville, USA | MCXS1612SX | |
| 18G / 20cm Trocar Needle | Cook medical, Bloomington, USA | DTN-18-20.0-U | |
| 16G / 20cm 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) |
| 5ml Luer-lock Syringe | Merit Med. Syst., South Jordan, USA | C408647 | |
| 10ml Syringe | BD, Franklin Lakes, USA | 300912 | |
| 18G Blunt Fill Needle | BD, Franklin Lakes, USA | 305180 | |
| 21G 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% (20mg/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. , (2006).
