Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Medicine

В естественных условиях, чрескожной иглы основе оптической когерентной томографии почек масс

doi: 10.3791/52574 Published: March 30, 2015

Introduction

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

В последние десятилетия показали устойчивый рост заболеваемости опухолями почек 1,2. До сих пор, почечная решения массового лечения не было сделано, прежде всего, на основе МРТ и КТ характеристик изображений, возраста и сопутствующих заболеваний. Однако эти методы диагностики и клинические параметры не имеют утонченность действительно обнаружить злокачественную потенциал почечной массы. Пункционная биопсия или тонкой иглой с достаточной ткани патологических оценка (диагностика) обеспечивает объективную дифференцировка опухоли как с чувствительностью и специфичностью в диапазоне 95-100% 3. Поэтому биопсия получает признание в оценке подозрительных опухолей почек 4,5. Тем не менее, биопсия без достаточного ткани, чтобы установить диагноз или с нормальной почечной паренхимы (не-диагностическая) происходят со скоростью 10-20% в целом, и даже до 30% в небольших опухолей почки (<4 см, ГСО), задерживая диагностический процесс из-за частого необходимость в дополнительномпроцедур биопсии 3,5.

Оптическая когерентная томография (ОКТ) роман методом визуализации, который имеет потенциал, чтобы преодолеть вышеупомянутые препятствия в почечной ткани дифференциации. На основе обратного рассеяния света из ближней инфракрасной, октябрь обеспечивает изображения с осевой размер 15 мкм в качестве эффективного проникновения в ткани 2-3 мм (фиг.1, 2). Потеря интенсивности сигнала на миллиметр от проникновения в ткани, в результирующей ткане-специфической рассеяния света, выражается в виде коэффициента ослабления (μ октября: мм -1), как описано Faber и др. 6. Гистологические характеристики могут быть соотнесены с μ значения октябре обеспечение количественного параметра для тканевой дифференцировки (рис 3).

Во время канцерогенеза, злокачественные клетки проявляют повышенное количество, более крупные и неправильной формы ядер с более высокий показатель преломления и более активные митохондрии. В связи с этим сверхэкспрессии клеточных компонентов, изменение μ октября следует ожидать при сравнении злокачественных опухолей, чтобы доброкачественных опухолей или без изменений ткани 7.

Недавно мы изучали способность поверхностного октября по дифференцировать доброкачественные и злокачественные опухолей почек 8,9. В 16 пациентов, интраоперационные измерения октября опухолевой ткани были получены с использованием внешнего размещены октября зонд. Рычаг состоит ОКТ измерений незатронутой ткани в тех же пациентов. Нормальные ткани имели значительно меньший средний коэффициент ослабления по сравнению с злокачественной ткани, подтверждая потенциал ОКТ для дифференцировки опухоли. Этот количественный анализ был применен таким же образом до степени других типов злокачественных тканей, таких как рак мочевых путей 10,11 и эпителиальной неоплазии вульвы дифференциации 12.

ЛОР "> Мы стремимся развивать октября в оптический биопсии, обеспечивая изображения в режиме реального времени в сочетании с на-месте дифференцировки опухоли. Целью данного исследования является описание чрескожной иглы основе, октябрь подход у пациентов с диагнозом твердый Повышение почечной массы. Это описание метод, по нашим сведениям, первым оценить возможность иглой на основе октября опухолей почек.

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

Представлены процедура происходит под протоколом исследования, утвержденного ведомственного комитета Ученого медицинского центра Амстердама, регистрационный номер NL41985.018 в. Письменное информированное согласие требуется от всех участников.

1. Система

  1. Для этого эксперимента, используют в области Фурье систему октября, работающий на длине волны полосы 13 в 1,280-1,350 нм. Домен Фурье низкокогерентного интерферометрии позволяет непрерывного сканирования, которая увеличивает скорость сбора данных по сравнению с временной области октября систем первого поколения. Примечание: Система ОСТ сопряжена с волоконно-оптического зонда, сканирования по спирали под ~ 90 °. Он имеет наружный диаметр 2.7F (0,9 мм) и длиной вставки 135 см. Зонд соединяется с консоли октября по приводным двигателем и оптический контроллер (установка док) с отката в диапазоне 54 мм. Приобретенные октября наборы данных состоят из 541 изображения поперечного сечения (B-сканов) WIth осевом разрешением 15 мкм (фиг.1, 2).
  2. Чтобы гарантировать точные и воспроизводимые измерения ослабления, калибровки путем измерения μ октября для повышения концентрации, основанные на весовых процентах в жировой эмульсии (например, Intralipid), как описано ранее Kodach и др. 14, 15.
    Вкратце:
    1. Развести стандартную партию 20% жировой эмульсии с деминерализованной H 2 O, чтобы достичь концентрации 0,125, 0,250, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0, 10, 15 и 20 (фондовой) процентов.
      1. Поместите зонд октября в 200 мл жировой эмульсии смеси и приобретают измерение октября.
      2. Перекрестная ссылка извлекается μ октября значения с известными значениями в литературе.

2. Time Out и позиционирование пациента

  1. Перед началом процедуры, выполните "тайм-аут" Проверка имени, даты рождения, процедуры, PRocedural сторона, антикоагулянт использования и аллергии.
  2. В зависимости от локализации опухоли, место пациента в любом лежа или боковое положение пролежни. Обеспечить пациенту адекватную поддержку и убедитесь, что он / она ожидает, чтобы быть удобным в этом положении в течение определенного периода от 20 до 40 мин.
  3. Использование ультразвука (США) 16, локализации опухоли и отметьте точку входа иглы на коже с несмываемыми чернилами.
    ПРИМЕЧАНИЕ: При использовании компьютерной томографии (КТ), использовать гибкую шаблон иглы наведения локализовать нужное положение иглы доступа.

3. Дезинфекция и стерильные драпировка

  1. Положите на хирургическая шапочка, полости рта и крышки.
  2. Очистите кожу вокруг места прокола использованием раствора хлоргексидина / алкоголя, заботясь, чтобы не удалить ранее размещенные знак входа иглы (этап 2.3). Дезинфекция широкую область будет препятствовать необходимость дополнительной очистки в случае неожиданного иглы доступ репозиционирования.
  3. С гegard стерильной содержания, открыть подкожную набор прокола, содержащий: 10 мл шприц, тупой аспирации иглу, 21 G инъекционной иглы, скальпель, 15 G Коаксиальная проводниковую иглу, с 18 г троакара иглу, и 16 G пункционная биопсия пистолет.
  4. Тщательно мойте руки, применяя ручной дезинфицирующее средство после этого. Положите на хирургическом халате и стерильных перчатках.
  5. Накройте пациента в стерильными пеленками.
  6. Наложите стерильную крышку вокруг ультразвукового зонда и фиксации направляющей иглы на месте.

4. октября Подготовка

  1. Запустите консоль октября до ввода пациентов детали в поля, отмеченные ID пациента, фамилия, имя, отчество и д.р. (дата рождения), используя интерфейс консоли.
  2. Что касается стерильной содержания, распаковать архив октябре, содержащий зонд окт стерильный монтажа док крышку и 5 мл Луер-Лок шприц.
  3. Нанесите стерильную крышку ОКТ консоль монтажа док. Руководящие нестерильные монтажа док требуетпомощь ассистента.
  4. Заполните шприц 5 мл 0,9% NaCl и приложите его к промывной порт. Промойте зонд октября пока вода не появится в дистальной части крышки зонда.
  5. Загрузите зонд октября в монтажную скамью подсудимых. После загрузки зонд будет вращаться и излучать красный свет, подтверждающий надлежащее функционирование. Оставьте зонд в защитной крышке во время промывки и погрузки чтобы свести к минимуму риск повреждения.
  6. Снимите датчик октября из ее обложке. Поместите зонд на твердую поверхность и использовать скальпель, чтобы сократить кончик. Закрепить дистальной части зонда во время резки, чтобы минимизировать давление на оптическом волокне и призмы. Вырезать 5 мм дистальнее от призму, используя в отходящих газах (красный) свет для ориентации.

5. Прокол

  1. Обезболить кожу и глубокие слои с использованием 2% лидокаин (20 мг / мл). Подождите несколько минут, позволяющие лидокаина вступили в силу. Попросите пациента, если есть какие-либо боли.
  2. Использование подсказок иглу, положите15 G коаксиальный для введения иглы проверки состояния путем визуализации. Если размещение удовлетворительное, удалить обтуратор (резко основной иглы).
  3. Поместите 18 г троакара иглу через интродуктора иглы, проникая в опухоль. Проверьте еще раз положение иглы с изображениями. Если размещение удовлетворительное удалить обтуратор.
  4. Кормите зонд Oct Up троакара иглой, пока чувство сопротивления.
  5. При закреплении зонд окт убрать троакара иглу, подвергая зонд октября по опухолевой ткани. Поддержание кончик троакара иглы внутри опухоли минимизирует образование петель зонда октября во дыхательных циклов. Это снижает риск повреждения зонда.
  6. Октябрь Scan:
    1. Выполните сканирование окт с консолью, установленной на 541 B-сканов в наборе данных. Системе ОКТ используется здесь будет выполнять автоматизированную откат на длине 5,4 см, не требующих каких-либо конкретных корректировок параметров.
    2. Проверьте сканирование качества, артефактов и появление твердого ткани (1А). Артефакты чаще всего появляются в виде круговых полос выделяясь из нормального октября рисунком (рис 1б).
    3. Замените датчик, если артефакты сохраняется после повторного сканирования.
  7. Повторите шаг 5,6 до минимума 3 октября наборов данных приобретены.
  8. Снимите датчик октября до троакара иглу, оставив проводниковую иглу на месте.
  9. Вооружитесь пункционная биопсия пистолет и поместить его через интродьюсер иглы, проверяя положение на визуализации.
  10. Если позиционирование является удовлетворительным, стрелять биопсии пистолет.
  11. Поместите биопсии материал в контейнере в соответствии с протоколом Отделение патологии. Здесь место биопсии на чашку Петри с бумажным вкладышем, достаточно насыщен 0,9% NaCl.
  12. Проверьте качество пункционная биопсия и повторите шаг 5,9 и 5,10, пока не будет получено достаточное количество материала.

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

Среди первых 25 опухолей (23 больных), в общей сложности 24 успешных процедур октября были проведены. В одном случае неисправности датчика привело к невозможности приобрести сканирование Октябрь. Два неблагоприятные события (AE) произошли, которые подробно описаны в разделе обсуждения. Общие характеристики пациентов находятся в таблице 1.

Консоль ОКТ предварительно установленного программного обеспечения, предоставляя в реальном времени ОКТ для немедленного качественного анализа полученных данных. Для дальнейшего анализа и ослабления измерений, данные октября могут быть экспортированы в исходных данных, TIFF, DICOM или в формате AVI. Количественный анализ μ октября данных ОКТ сделано с использованием собственных разработанного программного обеспечения.

Использование контурный программное обеспечение, 3D объем оказываемых с RAW данных (рис 2а). Это обеспечивает 3D обзор сканируемого траектории с возможностью orthoslicing вдоль 3 осей. Отображается набор данных яп фиг.2 показывает хорошее качество по всей длине отката. Ясно, визуальное различие может быть сделано между твердой ткани (фиг.2В - C), периренальных жировой ткани (фиг 2D) и внутренней троакара иглой. Файлы экспортированного TIFF загружаются в ImageJ основе программного пакета для просмотра в 2D, прокручивая сложенных В-сканов. Сочетание 2D и 3D визуализацию набора данных Октябрь области интереса (ROI) выбран.

В ROI равномерно распределенных B-сканирование выбраны (рисунок 2, 3). В соответствующей B-сканирование коэффициент затухания определяется по прямой излучающей наружу от центра датчика (рис 3а, D). На основе программного пакета ImageJ имеет возможность построения точек данных по затухания линии в графике. Наклон отображается графика представляет ослабления коэфф циент (3В, Е).

Соотнося измерения затухания результатам Гистопатология (рис 3C, F), тканеспецифическую пороговые значения могут быть получены предоставление средств для дифференцировки опухоли.

Рисунок 1
Рисунок 1: (А) ОКТ B-скан твердой ткани. B) Октябрь В-сканирование с круговым артефакта.

Фиг.2
Рисунок 2: Объем () 3D визуализации от 541 сложенных В-сканов. (B - C), выбранный B-сканирование, показывающие твердое ткани, свидетельствующего об успешном размещении зонда Октябрь. (D) Избранные В-сканирование показывает паранефральная жировой ткани.

ove_content "FO: Keep-together.within-странице =" всегда "> Рисунок 3
Рисунок 3: Oct анализ и корреляция четкой клеток почечно-клеточной карциномы - С) и oncocytoma (D - E). Построение точки вдоль выделенной линии (A, D) обеспечивает изображенные графики (B, E). Наклон графиков представляет собой коэффициент ослабления. Впоследствии, коэффициент затухания коррелирует с патологией образца из той же адресом (C, F) в целях получения тканеспецифические пороговых значений.

Количество пациентов 23
Опухоль No. 25
Возраст (лет): AVG (диапазон) 63,7 (32-83)
Макс тumor диаметр (см): AVG (диапазон) 3,5 (1.4-7.5)
Секс
Мужчина (%) 17 (68)
Женщина (%) 8 (32)
Опухоль сторона
Left (%) 15 (60)
Право (%) 10 (40)
Опухоль расположение
Полностью выше верхней полярной линии или ниже нижней полярной линии (%) 8 (32)
Кресты полярный линию (%) 9 (36)
> 50% по полярной линии или пересекает осевую срединный или между полярными линий (%) 8 (32)
Экзофитный / эндофитные свойства
≥50% экзофитный (%) 10 (40)
<50% экзофитный (%) 14 (56)
Полностью эндофитный (%) 1 (4)

Таблица 1: Характеристики пациентов.

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

В этой публикации мы сообщаем о возможности чрескожной иглы основе, октябрь почки. Это важный первый шаг в развитии ОКТ в его клинического применения методики для дифференцировки опухоли, называется, как "оптический биопсии». Наши первые 25 пациентов показали, чрескожное октября по быть легко и безопасная процедура. Оптический биопсии имеет два преимущества по сравнению с обычными основными биопсии. Во-первых, приобретение в режиме реального времени и анализ данных Октябрь обеспечит мгновенную диагностику и результаты, по сравнению с 5-10 дней время обработки обычной патологии. Во-вторых, октябрь имеет потенциал, чтобы уменьшить количество не-диагностических процедур, что на 20% для обычных биопсий. Когда сканирование октября показывает паранефральная жира или неповрежденные ткани почек (не-диагностические результаты) оператор октября переставить датчик октября по успешно предназначаться для опухоли.

Два побочных реакций (АЕ) произошло среди первых 25 пациентов.Первый AE был пост процедурный гипотензия, у пациента с известными эпизодами гипотензии, которые разрешены после отдыха и 0,9% NaCl инфузии.

Во втором AE фрагмент наконечника OCT зонда стригли из. Запрос пациента задержать дыхание во время измерения предложено глубокий вдох. Чрезмерное движение почек вызвало зонд октября, чтобы изгибать, а затем сдвига на краю троакара иглой. Зонд фрагмент 1-2 мм оставался на месте, пока не вызвало никаких проблем или дискомфорта. Это АЕ имело место во время процедуры октября числа пациентов 10. В следующих больных кончик иглы троакара хранилась в опухоли (протокол этапе 5,5), минимизируя петель зонда октября, на краю троакара иглой, при дыхании циклы. Эта модификация процедуры октября показал существенно меньшую нагрузку на зонд октября. Однако дальнейшее перспективное оценки необходимо.

ОКТ зонд, используемый в данном исследовании разработандля внутрисосудистого визуализации коронарных артерий. Возможность автоматического сканирования отката в сочетании с 2,7 F (0,9 мм) в диаметре составляет этот зонд подходит для иглы основе октября опухолей почек. Тем не менее, тонкая природа оптического волокна и призма, слитый с дистального конца зонда сделать подвержены повреждению. В 3 случаях зонд манипуляции во время неисправности датчика процедуры обусловлено, в 1 случае до набора данных Октябрь могут быть приобретены. Микроскопическое обследование призму не показали никаких отклонений, делая перерыв в оптическом волокне наиболее вероятной причиной отказа.

Количественный анализ данных требует вывод тканеспецифическую ослабления пороговых значений. Это обеспечивает средства для дифференцировки объективной ткани. Мы предполагаем, что ОКТ возможность различать доброкачественные и злокачественные поражения, а затем между 3 основных злокачественных подгрупп почечно-клеточной карциномы. В настоящее время значения затухания рассчитываются вручную изВыбранные области интереса, который представляет собой процесс занимает много времени. Мы разработали программное обеспечение для автоматизированного расчета затухания. Это уменьшает изменчивость внутри- и наблюдателя по выбору ROI, ускоряет процесс анализа и увеличивает количество измерений в наборе данных. Интеграция данного программного обеспечения для обмена мгновенными ослабления расчета коэффициента в консоль ОКТ необходимо будущее шаг в разработке полностью функционального и клинического применения метода оптической биопсии.

Кроме того, протокол качественный анализ необходимо. Intra-процессуального признание особенностей незатронутой ткани (т.е. признание периренальных жира) может спровоцировать октября зонда репозиционирование, уменьшая количество не диагностических процедур. Кроме того, качественный анализ необходим для выбора ROI для расчета коэффициента затухания. В настоящее время мы разрабатываем протокол, состоящий из предопределенных визуальных аспектов, которые необходимо забил. Когда sufficienт наборы данных приобретается, ослепленные наблюдатели будут проверять этот протокол.

Успех почек стратегий массового лечения зависит от точного разграничения и определения профиля, с помощью смарт-протоколов для планирования лечения и выявлять в реальном времени (подтипирования и классификации) и последующей деятельности поражения. Оба последующие стратегии и идентификация в реальном времени поражения являются нерешенные задачи с использованием текущих методов диагностики. Октябрь в виде оптического биопсии имеет потенциал для выполнения этих требований, обеспечивая минимально инвазивного анализ канцерогенеза, связанных с изменением оптических свойств и изменений архитектуры слоистой ткани т.е. визуального обнаружения структур в изображении октября.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Jemal, A., Siegel, R., Xu, J., Ward, E. Cancer statistics, 2010. CA Cancer J. Clin. 60, 277-300 (2010).
  2. 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).
  3. Volpe, A., et al. Contemporary management of small renal masses. Eur. Urol. 60, 501-515 (2011).
  4. Ljungberg, B., et al. EAU guidelines on renal cell carcinoma: the 2010 update. Eur. Urol. 58, 398-406 (2010).
  5. Donat, S. M., et al. Follow-up for Clinically Localized Renal Neoplasms. AUA Guideline, J. Urol. 190, 407-416 (2013).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Barwari, K., et al. Advanced diagnostics in renal mass using optical coherence tomography: a preliminary report. J. Endourol. 25, 311-315 (2011).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Wessels, R., et al. Optical coherence tomography in vulvar intraepithelial neoplasia. Journal of Biomedical Optics. 17, (2012).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Baxter, G. M., Sihdu, P. S. Ultrasound of the Urogenital System. Thieme Medical Publishers Inc. New York, United States. (2006).
<em>В естественных условиях,</em> чрескожной иглы основе оптической когерентной томографии почек масс
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wagstaff, P. G., Swaan, A., Ingels, A., Zondervan, P. J., van Delden, O. M., Faber, D. J., van Leeuwen, T. G., de la Rosette, J. J., de Bruin, D. M., Laguna Pes, M. P. In Vivo, Percutaneous, Needle Based, Optical Coherence Tomography of Renal Masses. J. Vis. Exp. (97), e52574, doi:10.3791/52574 (2015).More

Wagstaff, P. G., Swaan, A., Ingels, A., Zondervan, P. J., van Delden, O. M., Faber, D. J., van Leeuwen, T. G., de la Rosette, J. J., de Bruin, D. M., Laguna Pes, M. P. In Vivo, Percutaneous, Needle Based, Optical Coherence Tomography of Renal Masses. J. Vis. Exp. (97), e52574, doi:10.3791/52574 (2015).

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