Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Terahertz Imaging og karakterisering protokol for frisk udskilles brystkræft tumorer

Published: April 5, 2020 doi: 10.3791/61007
Automatic Translation
*1, *1, 2, 1
1Department of Electrical Engineering, University of Arkansas, 2Oklahoma Animal Disease Diagnostic Laboratory, Oklahoma State University
* These authors contributed equally

Summary

Frisk punkterede menneskelige brystkræft tumorer er karakteriseret med terahertz spektroskopi og billeddannelse efter frisk væv håndtering protokoller. Væv positionering er taget i betragtning for at muliggøre en effektiv karakterisering og samtidig give analyse i tide til fremtidige intraoperative applikationer.

Abstract

Dette manuskript præsenterer en protokol til at håndtere, karakterisere, og billede frisk punkterede menneskelige bryst tumorer ved hjælp af pulserende terahertz billeddannelse og spektroskopi teknikker. Protokollen omfatter terahertz-transmissionstilstand ved normal incidens- og terahertz-refleksionstilstand i en skrå vinkel på 30°. De indsamlede eksperimentelle data repræsenterer tid domæne pulser af det elektriske felt. Det elektriske feltsignal terahertz, der sendes gennem et fast punkt på det udsondrede væv, behandles ved hjælp af en analysemodel for at udtrække det brydningsindeks og absorptionskoefficienten for vævet. Ved hjælp af en stepper motor scanner, den terahertz udsendte puls afspejles fra hver pixel på tumoren giver en planar billede af forskellige væv regioner. Billedet kan præsenteres i tid eller frekvens domæne. Desuden er de udtrukne data fra brydningsindekset og absorptionskoefficienten ved hver pixel udnyttet til at give et tomografisk terahertz billede af tumoren. Protokollen viser en klar differentiering mellem kræft og sundt væv. På den anden side, ikke overholder protokollen kan resultere i støjende eller unøjagtige billeder på grund af tilstedeværelsen af luftbobler og væske forbliver på tumoroverfladen. Protokollen giver en metode til kirurgisk margener vurdering af bryst tumorer.

Introduction

Terahertz (THz) billeddannelse og spektroskopi har været et hastigt voksende forskningsområde i det seneste årti. Den fortsatte udvikling af mere effektive og konsekvente THz-udledere inden for intervallet 0,1-4 THz har fået deres applikationer til at vokse betydeligt1. Et område, hvor THz har vist lovende og betydelig vækst er det biomedicinske felt2. THz stråling har vist sig at være nonionizing og biologisk sikker på de effektniveauer, der generelt anvendes til at analysere fast væv3. Som et resultat, THz billeddannelse og spektroskopi er blevet brugt til at klassificere og differentiere forskellige væv funktioner såsom vandindhold til at angive brænde skader og healing4, skrumpelever5, og kræft i punkterede væv6,7. Kræft vurdering især dækker en bred vifte af potentielle kliniske og kirurgiske anvendelser, og er blevet undersøgt for kræft i hjernen8, leveren 9, æggestokkene10, mave-tarmkanalen11, og bryst7,12,13,14,15,16,17,18,19.13

THz ansøgninger om brystkræft er primært fokuseret på at støtte bryst bevare kirurgi, eller lumpectomy, via margin vurdering. Formålet med en lumpectomy er at fjerne tumor og et lille lag af omgivende sundt væv, i modsætning til fuld mastektomi, som fjerner hele brystet. Det punkterede vævs kirurgiske margen vurderes derefter via patologi, når prøven er blevet fastsat i formalin, sektionsopdelt, indlejret i paraffin og monteret i 4 μm-5 μm skiver på mikroskopobjektglas. Denne proces kan være tidskrævende og kræver en sekundær kirurgisk procedure på et senere tidspunkt, hvis en positiv margen er observeret20. De nuværende retningslinjer fra American Society of Radiation Oncology definerer denne positive margen som havende kræftceller, der kommer i kontakt med margenblæk på overfladeniveau21. THz-billeddannelse for hydreret væv med høj absorption er primært begrænset til overfladebilleddannelse med en varierende penetration baseret på vævstype, hvilket er tilstrækkeligt til at opfylde de kirurgiske behov for hurtig marginvurdering. En hurtig analyse af margin betingelser under den kirurgiske indstilling ville i høj grad mindske kirurgiske omkostninger og opfølgning procedure sats. Til dato har THz vist sig effektiv til at skelne mellem kræft og sundt væv i formalin-fast, paraffin-indlejret (FFPE) væv, men yderligere undersøgelse er nødvendig for at give pålidelig påvisning af kræft i frisk udskilles væv7.

Denne protokol beskriver trinene til at udføre THz-billeddannelse og spektroskopi på nyudsondrede humane vævsprøver fra en biobank. THz applikationer bygget på frisk punktafgifter humant brystkræft væv har sjældent været anvendt i offentliggjort forskning7,18,22,23, især af forskningsgrupper ikke integreret med et hospital. Brugen af frisk sondret væv er ligeledes sjældent for andre kræftansøgninger, med de fleste ikke-brystkræft eksempler, der indberettes for tyktarmskræft24,25. En af grundene til dette er, at FFPE væv blokke er langt lettere at få adgang til og håndtere end frisk punkteret væv, medmindre THz-systemet, der anvendes til undersøgelsen er en del af den kirurgiske arbejdsgang. Tilsvarende er de fleste kommercielle laboratorie-THz-systemer ikke parate til at håndtere fersk væv, og dem, der gør, er stadig i færd med at bruge cellelinjevækst eller er først begyndt at se på udsondet væv fra dyremodeller. For at anvende THz på en intraoperativ indstilling kræver, at billeddannelse og karakterisering trin udvikles for frisk væv på forhånd, således at analysen ikke forstyrrer evnen til at udføre standard patologi. For applikationer, der ikke i sig selv er beregnet til at være intraoperativ, karakterisering af frisk væv er stadig et udfordrende skridt, der skal rettes til at arbejde hen imod in vivo applikationer og differentiering.

Formålet med dette arbejde er at give en retningslinje for THz-anvendelse for frisksonderet væv ved hjælp af et kommercielt THz-system. Protokollen blev udviklet på en THz billeddannelse og spektroskopi system26 for murine brystkræft tumorer13,17,19 og blev udvidet til humant kirurgisk væv fremstillet af biobanks7,18. Mens protokollen blev genereret for brystkræft, de samme begreber kan anvendes til lignende THz billeddannelse systemer og andre typer af solid-tumor kræft, der behandles med kirurgi, hvor succes afhænger af margin vurdering27. På grund af en forholdsvis lille mængde af offentliggjorte THz resultater på frisk punktafgifter væv, dette er det første arbejde til forfatternes viden til at fokusere på protokollen for frisk væv håndtering for THz billeddannelse og karakterisering.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne protokol følger alle de krav, der er fastsat af afdelingen for miljøsundhed og -sikkerhed ved University of Arkansas.

1. Opsæt vævshåndteringsområdet

  1. Tag en metalbakke i rustfrit stål, og dæk den til med den biologiske pose som vist i figur 1. Enhver håndtering af det biologiske væv vil blive udført inden for bakkeområdet (dvs. vævshåndteringsområdet).
  2. Forbered laboratoriepincet, vævssletter, papirhåndklæder, filterpapirpakke, vævsfarveflasker, blegemiddelflaske og ethanolflaske rundt om bakken for nem adgang, når det er nødvendigt. Opbevar brugte væv, klude og handsker på biohazard materialeoverfladen til at bortskaffe ved afslutningen af protokollen.
  3. Fyld et 50 ml centrifugerør med op til 45 ml 10% neutral buffered formalin og læg det i centrifugeopbevaringsbakken nær vævshåndteringsbakken.

Figure 1
Figur 1: Opsætning af vævshåndteringsområde. Klik her for at se en større version af dette tal.

2. Håndtering frisk brystkræft tumor for THz Transmission Spektroskopi

FORSIGTIG: Før håndtering af levende væv, sat på nitril håndhandsker, øjenbeskyttelse beskyttelsesbriller, en ansigtsmaske, og en laboratoriekittel. Brug altid laboratoriepincet til at håndtere væv og undgå at røre ved dem direkte med hænderne. Alt arbejde med frisk væv uden for en forseglet beholder eller scanningsstadiet skal udføres på det vævshåndteringsområde, der er etableret i trin 1.1.

BEMÆRK: Alle væv håndteres i dette arbejde blev afsendt i Dulbecco's Modified Eagle's medium (DMEM) og antibiotika opløsning fra biobank.

  1. Fjern bulk tumor fra DMEM opløsning og læg den i en petriskål på vævhåndtering område (se figur 2A).
  2. Fra brutto inspektion, identificere forskellige tumor regioner, hvorfra at skære små stykker til transmission karakterisering. Skær et 0,5 mm tykt segment af tumor fra de identificerede punkter ved hjælp af en rustfri stål lav profil klinge, som vist i figur 2B. Denne snittede sektion anbringes mellem to kvartsvinduer med en afstandsstykke på 0,1 mm tykkelse i en væskeprøveholder, som vist i figur 2C.

Figure 2
Figur 2: Tumorafsniting for THz transmissionsspektroskopimålinger. (A) Fotografi af bulk tumor. (B) Fotografi af de små sektioner (0,5 mm) af tumoren skåret fra bulk tumor. (C) Den snittede tumorsektion, der er placeret i væskeprøveholderen mellem de to kvartsvinduer med et 0,1 mm polytetrafluorethylenspacer til spektroskopimåling. Figur genudgivet fra T. Bowman et al.18 med tilladelse fra SPIE. Klik her for at se en større version af dette tal.

3. THz transmissionsspektroskopimålinger

  1. Indstil transmissionsspektroskopimodulet inde i THz-kernekammeret ved at justere modulhåndtagene over monteringsstolperne i kernesystemet og skubbe trinnet ned i systemet. Stram de to monteringsskruer i modulets øverste højre og nederste venstre hjørne som vist i figur 3A.
  2. Systemet renses med tør nitrogengas ved 5 L/min. (LPM) under hele spektroskopiproceduren for at fjerne vanddamp fra prøverummet.
  3. Åbn thz-overførselsspektroskopimålesoftwaren fra skrivebordet, der er tilsluttet THz-systemet. Det vil åbne hovedvinduet.
  4. Klik på fanen Scan øverst i vinduet. Der vises et vindue til konfiguration af Spectra-scanning. Vælg Transmission i rullemenuen under fanen Målingstilstand øverst til højre i vinduet for at konfigurere transmissionsspektroskopi. Hvis toppen ikke er automatisk synlig, skal du markere indstillingen Aktivér under fanen Manuel topsøgning og manuelt øge den optiske forsinkelse for at få vist toppen.
  5. Efter 30 minutters udrensning registreres et luftreferencesignal ved at følge nedenstående trin.
    1. Under fanen Scanningsindstillinger i vinduet til konfiguration af spektrescanning skal du indtaste et passende navn til referencefilen, indstille Antal scanninger til 1.800 og indstille Startforsinkelse (r)til 0. Lad de andre indstillinger være standardværdier.
    2. Klik på Måle reference i scanningsopsætningsvinduet for at tage luftreferencemålingen. Klik derefter på Mål prøve for at måle transmissionssignalet gennem luften som et eksempel gennemsnit på 1.800 signaler over ~ 1 min.

Figure 3
Figur 3: THz transmissionsspektroskopi modul setup. (A) THz-kernekammeret med transmissionsmodulet monteret på. bB) Et fotografi af indehaveren af den flydende prøve. cC) Prøveholderen, der er placeret i hovedkammeret til målingerne. Klik her for at se en større version af dette tal.

  1. De to kvartsruder i væskeprøveholderen måles som vist i figur 3B.
    1. Placer de to kvartsvinduer i væskeprøveholderen uden afstandsstykke imellem.
    2. Åbn THz-kernekammeret. Monter væskeprøveholderen på transmissionsspektroskopimodulet som vist i figur 3C. Luk kammeret.
    3. Klik på fanen Scan i hovedvinduet. Gentag trin 3.5.1-3.5.2 for kvartsprøven, men opdater Startforsinkelse (r)til 900. Dette giver tid til at rense enhver vanddamp før måling.
    4. Hvis kvartset ønskes som reference for yderligere prøver, skal du klikke på fanen Ryd reference under scanningsindstillingerne. Dette rydder luftreferencen. Klik derefter på fanen Målreference for at registrere kvartsmålingerne som en ny reference.
  2. Placer den skivede tumor sektion mellem de to kvarts vinduer inde i væskeprøven indehaveren og placere indehaveren inde i kammeret for en enkelt punkt transmission måling af vævet. Hvis du vil registrere målingen, gentages trin 3.6.3.
  3. Udtag væskeprøveholderen ud af kammeret, når målingerne er afsluttet, og bring den til det område, der er udpeget til vævshåndtering. Demonter væskeprøveholderen, tør tumorsektionen fra kvartsvinduerne med vævsservietterne, og læg de brugte vævsservietter i samme bakke for at bortskaffe den biologiske pose sammen med det andet biofarligt affald.
  4. Gentag trin 2.2, 3.7 og 3.8 som nødvendigt for at karakterisere yderligere tumorskiver. Når målingerne er fuldført, skal du gå til hovedvinduet og klikke på fanen Filer for at gemme måledataene. Luk softwarevinduet.

4. Håndtering frisk brystkræft tumor for THz Reflection Mode Imaging

  1. Fjern den friske tumor prøve fra DMEM og antibiotika løsning og læg den på en petriskål. Ved hjælp af grov inspektion, vælge en side af tumoren, der skal afbildes, der er tilstrækkeligt flad og har lidt blod og få blodkar. Undgå billeddannelse af væv med blod eller blodkar, hvis det er muligt.
  2. Placer tumor med den side, der skal afbildes på klasse 1 filterpapir til at tørre den overskydende DMEM og rydde væv af væske eller sekreter fra tumoren, som vist i figur 4A. Placer tumoren på filterpapiret til et tørt sted, da papiret mættes. Tør tumoren i ~ 5 min.

Figure 4
Figur 4: Frisk tumorprøve forberedelse til THz-billeddannelse. (A) Tumor placeret på filterpapir til tørre. (B) Tumor placeret på polystyren plade over billeddannelse vinduet med væv tørre puder til at absorbere overskydende væske. (C) Tumor set nedefra for at spore orientering og kontrollere for luftbobler. Klik her for at se en større version af dette tal.

  1. Afmonter transmissionsspektroskopimodulet, og indstil spejlbasen (RIM) refleksionsmodul (RIM) på THz-kernesystemet som vist i figur 5A. Når spejlene sættes op, monteres RIM-scanningsfasen over spejlbasen, og det skrues fast i kernesystemet (se figur 5B).
  2. Systemet renses med tør nitrogengas ved 5 LPM i 30 minutter før billeddannelsesproceduren for at fjerne vanddamp fra prøverummet. Efter 30 min reduceres mængden af tør nitrogengas til 3 LPM i resten af tiden, som systemet er i brug.
  3. Placer en polystyrenplade af tykkelse ~ 1,2 mm på scanningsvinduet med diameter ~37 mm. Centrer scanningsvinduet sammen med polystyrenpladen på prøvetrinet.

Figure 5
Figur 5: Systemopsætning til refleksionsbilleder. (A) Refleksion imaging modul spejl base. (B) Scanning sfase. Klik her for at se en større version af dette tal.

BEMÆRK: Andre tykkelser og pladematerialer er velegnede til trin 4.5, men bør have en ensartet tykkelse og være af lav nok absorption til ikke at hindre THz-signalet.

  1. Åbn THz refleksionsmålingssoftware fra skrivebordet, der er tilsluttet THz-systemet. Der vises et vindue, der viser flere dialogboksikoner for bestemte funktioner og to undervinduer for THz-feltparceller (vilkårlige enheder a.u.) i forhold til henholdsvis tid og frekvens.
  2. Hvis du vil angive parametrene for RIM-opsætningen, skal du klikke på ikonet Billedparameterdialog øverst i vinduet. Vinduet Parametre for billedanskaffelse vises. Vælg RIM i rullemenuen under fanen Skabelon til opsætning af refleksionsbilleder. Hit OK og gå tilbage til hovedvinduet i softwaren.
  3. Klik på ikonet Fastpunktsscanning i hovedvinduet. Dette vil aktivere THz-antennerne for at begynde at sende tHz-systemet og modtage det reflekterede THz-signal fra et enkelt punkt på polystyrenpladen.
  4. Klik på ikonet Motor Stage Dialog øverst i hovedvinduet. Motorkontrolvinduet åbnes. Juster den optiske forsinkelsesakse ved at klikke på pilene fremad/omvendt for at centrere den reflekterede puls fra polystyren i hovedvinduet.
    BEMÆRK: Efter justering af den optiske forsinkelsesakse skal der vises to impulser på vinduet, som vist i figur 6: en fra polystyrenpladens nederste grænseflade (primær refleksion) og en fra polystyrenpladens øverste grænseflade (sekundær refleksion).
  5. Vindue ud den primære refleksion fra polystyren plade og holde den sekundære refleksion i vinduet, hvilket vil bidrage til refleksioner fra vævet under billeddannelse procedure. Dette gøres i to trin.
    1. Klik først på knappen DAQ-indstillinger øverst i hovedvinduet for at åbne dialogvinduet FOR DAQ-indstillinger. Ændre den optiske forsinkelsesværdi fra 5 V (standard) til 4 V.
    2. For det andet skal du justere scanningsstadiets lodrette position med mikrometerskalaen på scanningsstadiet, indtil minimaen for den sekundære puls er den stærkeste. Juster den optiske forsinkelse af aksen i motorkontrolvinduet for at placere den primære refleksion uden for det reflekterede signals rækkevidde.
      BEMÆRK: For en 1,2 mm tyk polystyrenplade windowes den primære refleksion ud, når den sekundære refleksions mindste spids top er ca. -0,3 mm på tidsdomænevinduets optiske forsinkelsesakse.

Figure 6
Figur 6: THz-refleksioner fra polystyrenpladens nederste og øvre grænseflader. (A) THz signal hændelse til og reflekteres fra en 1,2 mm tyk polystyren plade. (B) Målte primære og sekundære THz-tidsdomænesignaler fra polystyren. Klik her for at se en større version af dette tal.

  1. Udjævn prøvestadiet, og optag referencesignalet.
    1. Vælg to punkter på hver akse (A-aksen og B-aksen), der angiver steder på polystyrenpladen nær kanten af prøvevinduet. For A-aksen fra -15 mm-15 mm kan de to positionspunkter f.eks. og for B-aksen fra -15 mm-15 mm kan de to positionspunkter være -10 mm og 10 mm.
    2. Klik på knappen Motor control Dialog for at åbne motorkontrolvinduet. Placer motorkontrolvinduet og hovedsoftwarevinduet, så tidsdomænesignalet er synligt, mens motorpositionerne justeres. Indstil både A-aksen og B-aksen til 0 mm.
    3. Udjævn A-aksen ved hjælp af følgende trin. Et -10 mm-10 mm område bruges som eksempel.
    4. I vinduet Motorkontrolskal du ændre værdien af A-aksen fra 0 til -10 og trykke på Enter. Scenen bevæger sig til -10 mm position på A-aksen og et skift i signalpositionen på hovedvinduet er observeret.
    5. Brug den justerbare mikrometerskala på scanningsstadiet vist i figur 5B til at flytte signalets mindste top tilbage til den position, der er indstillet i trin 4.10.2.
    6. Skift a-akseværdien til +10, og tryk på enter. Fasen vil nu bevæge sig fra -10 mm position til +10 mm position på A-aksen og et skift i signalet observeres igen. Bemærk den retning og den afstand, som signalet skiftede fra sin tidligere position, og skift a-akseværdien igen til -10. Signalet går tilbage til den position, der er indstillet i trin 4.11.5.
    7. Drej nivelleringsskruen på A-aksen i scanningsstadiet, som vist i figur 5B, og skift signalet til dobbelt afstanden i samme retning, som den bevægede sig fra den oprindelige position. Brug mikrometeret på scanningsstadiet til at flytte signalet tilbage til den oprindelige position (-0,3 mm for 1,2 mm polystyren).
    8. Gentag trin 4.11.6-4.11.7 indtil signalet ved +10 og -10 er ens, og toppen for begge positioner er fokuseret på den oprindelige position (-0,3 mm på den optiske akse).
  2. Når a-aksener er udjævnet, skal du ændre A-akseværdien til 0 og gentage den samme procedure for B-aksen. Start med at ændre værdien af B-aksen på motorkontrolvinduet fra 0 til den mest positive værdi (f.eks. +10 mm). Også, mens nivellering, bruge nivellering skrue på B-aksen af scanningen fase, som er vist i figur 5B.
  3. Når begge akser er jævnet med jorden, skal både A-aksen og B-aksen returneres til 0 mm. Luk motorkontrolvinduet, og kontroller, at signalet er i sin oprindelige position, hvis det skiftes lidt.
  4. Optag dette signal som reference.
    1. Gå til vinduet EGENSKABER for den indstillede DAQ. Skift gennemsnitsværdien til 5, og bevar alle andre parametre som standard.
    2. Klik på Ny reference. Den gennemsnitlige tæller i øverste højre side af vinduet vil tælle fra 0-20. Når tælleren når 20, skal du ændre gennemsnitsværdien til 1 og klikke på OK. Det reflekterede signal fra polystyren gemmes som reference for eventuelle scanninger, der foretages senere.
      BEMÆRK: Hvis kun THz imaging procedure skal udføres, så er det bedst at udføre trin 4.3-4.14 før du tager tumorvæv ud af DMEM-opløsningen.
  5. Monter tumoren på polystyrenpladen, der dækker scanningsfasevinduet.
    1. Fjern billeddannende vindue fra scanningfasen og bringe det til vævshåndteringsområdet. Placer tumoren på en polystyrenplade, som vist i figur 4B.
    2. Sørg for, at der ikke er nogen væsentlige luftbobler mellem pladen og tumoren. Hvis luftbobler observeres, skal du trykke på tumoren med en pincet eller løfte tumoren og forsigtigt rulle den på polystyren, indtil lufthullerne er minimeret.
    3. Absorptive afstandsstykker anbringes med jævne mellemrum omkring prøveemnet som vist i figur 4B. Placer en anden polystyren plade over tumoren og tryk forsigtigt for at gøre tumoroverfladen så flad som muligt. Tape ned denne polystyren-tumor-polystyren arrangement på prøvevinduet.
  6. Vend prøvevinduet som vist i figur 4C, og tag billeder af tumoren for at registrere dens orientering. Returner prøvevinduet med tumoren til scanningsfasen.
  7. Klik på knappen Image Parameter Dialog for at åbne vinduet Parametre for billedanskaffelse. Indstil værdierne Axis1min, Axis1max, Axis2minog Axis2max til fuldt ud at omslutte tumorens position i billedvinduet
    BEMÆRK: Akse1 er som standard A-aksen, og Akse2 er B-aksen.
  8. Indstil Axis1step og Axis2step til 0,2 mm for billedscanningen.
    BEMÆRK: Indstilling af Axis1step og Axis2step indstiller stepper-motorernes trinstørrelse til 200 μm-intervaller under scanningsprocessen. Den samlede scanningstid kan estimeres i vinduet Parametre for billedanskaffelse.
  9. Klik på fanen Mål i hovedvinduet, og vælg indstillingen Flyback 2D-scanning. I det vindue, der vises, skal du angive den mappe og det filnavn, som scanningsdataene skal gemmes under.

5. Efterbehandling af friskvæv som forberedelse til histopatologisk procedure

  1. Når scanningsprocessen er afsluttet, fjernes prøvevinduet, polystyrenpladerne og prøven fra tHz-kernesystemet, og de flyttes til det område, der er beregnet til farligt affald. Fjern tumoren fra polystyrenpladen og læg den på et fladt stykke pap af en størrelse, der kan sammenlignes med tumorens. Sørg for, at orienteringen af tumoren er den samme som den var på polystyren, med billeddannelse ansigt rører pap.
  2. Dyp en vatpind i rødt væv farvestof og plette venstre side af tumoren ned til, hvor kanten af tumoren kontakter pap. Tilsvarende plettehøjre side af tumoren med blåt vævsfarve. Pletteden den eksponerede overflade af tumoren med en linje af gult vævsfarve, der forbinder den røde plet til den blå plet for at betegne bagsiden af prøven, som vist i figur 7A.
    BEMÆRK: For at forhindre, at blækket farvning af formalin opløsning, anvende kun et tyndt lag til vævet. Dette kan opnås ved at duppe vatpind på en anden overflade, før farvning vævet eller ved hjælp af en ren vatpind til at tørre eventuelle overskydende farvestof. Undgå at lade farvestoffet komme i kontakt med huden eller tøjet. Denne tumor-farvning proces udføres som en reference til at give oplysninger om tumorens billeddannelse side og dens orientering til patologen.

Figure 7
Figur 7: Efterbehandling på tumoren efter THz billeddannelse. (A) Tumor placeret med forsiden nedad på pap holder og farvet med væv mærkning farvestof. (B) Filterpapir placeret over tumor og tapede for at opretholde kontakten. (C) Plettet tumor fastgjort på pap nedsænket i 10% neutral buffered formalin opløsning og forseglet med parafilm. Klik her for at se en større version af dette tal.

  1. Lad blækket tørre i ca. 3-4 min. Skær et stykke filterpapir med de samme omtrentlige dimensioner som pappet. Placer den på tumoren og pak et stykke tape helt rundt om filterpapir og pap som vist i figur 7B. Tapen og filterpapir bør sikre tumoren mod pap uden at anvende nogen væsentlig tiskalering.
  2. Det farvede væv, der er anbragt på pappet, nedsænkes i 10 % neutral bufferopløsning, og centrifugerøret forsegles ved hjælp af en paraffinfilm som vist i figur 7C. Angiv prøvenummer, dato, vævstype og tumornummer for prøven på røretiketten. Send tumoren til patologen for yderligere histopatologisk behandling.

6. Bortskaffelse af farligt affald

  1. Saml alt affaldet fra bakken til håndtering af væv sammen med den biohazardpose, der bruges til at dække bakken, og læg det i en ny biohazardpose, som vist i figur 8. Bring posen til det udpegede område for biofarligt affald i bygningen og sæt en aftale med Miljø- og Sikkerhedsafdelingen (EH&S) om affaldsafhentning. Rengør vævshåndteringsbakken og det omgivende område på bordet med 10% blegemiddelopløsning og ethanol.

Figure 8
Figur 8: Foto af den biofarlige affaldspose. Klik her for at se en større version af dette tal.

  1. Tag væskeprøveholderen med afstandsstykker og kvartsvinduer, prøvetagningsvindue, hvor tumoren blev monteret, polystyrenplader og laboratoriepincet til vaskeområdet. Skyl alle materialer med vand og derefter 10% blegemiddel opløsning, aftørring med papirhåndklæder efter behov for at fjerne væv snavs. Skyl igen med vand, krat med alconox opløsning, og skyl grundigt. For glas og plast, skyl i 70% isopropylalkohol og der er afsat til tørre.
    BEMÆRK: Når tumoren er i formalin og prøven rummet er ren, databehandling kan håndteres på samme tid som billeddannelse eller et senere tidspunkt.

7. Databehandling til konstruktion af THz-billeder

  1. Eksporter de gemte .tvl-datafiler fra THz-systemet. De rå datafiler fra systemet er skrevet i Python og er bedst læst i Python, før du gemmer som MATLAB datafiler.
  2. For at konstruere THz-billedet af det scannede friske væv skal du konvertere de rå tidsdomænerefleksionsbilleddata til frekvensdomænet ved hjælp af Fourier-transformering på den tredje dimension af den rå datamatrix (dvs. tidsdimensionen). Tag også Fourier-transformeringen af referencedataene.
    BEMÆRK: Et typisk frekvensdomænespektrum bør levere data fra 0,1 THz-4 THz.
  3. Normaliser eksempeldataene med referencedataene, og udfør effektspektrene baseret på integration af de normaliserede data over frekvensområdet fra f1 = 0,5 THz til f2 = 1,0 THz ved hjælp af følgende ligning19:
    Equation 1
    BEMÆRK: Her eprøve er frekvensdomænerefleksion imaging data af vævsprøven og Ereference er frekvensdomænet for et enkelt punkt refleksion data af referencesignalet.
  4. Konstruere to-dimensionelle billede ved at plotte den beregnede magt spektre data på hvert punkt i matrix defineret af A-aksen og B-aksen. Dette er kendt som power spektra THz billede.
    BEMÆRK: Metoden til at opnå et tomografisk THz-billede er i stedet beskrevet i trin 7.5-7.7.
  5. For karakterisering, beregne den teoretiske frekvens-afhængige refleksion for en række potentielle væv egenskaber ved hjælp af følgende ligning18:
    Equation 2
    BEMÆRK: Her er ρT,ij den komplekse Fresnel refleksionskoefficient mellem region i og region j;dj er tykkelsen af region j; og θj er spredningsvinklen i region j relateret til den forekomstvinkel, som Snells lov har. Equation 3 er den komplekse formeringskoefficient i region j, hvor ω er vinkelfrekvensen, c er lysets hastighed i vakuum, nj er den virkelige del af brydningsindekset, og αabs,j er absorptionskoefficienten18. Region 1 er luft, Region 2 er polystyrenpladen, og Region 3 er vævet.
  6. Refleksionen i ligning (2) beregnes for en række brugerdefinerede brydningsindekser og absorptionskoefficienter for region 3 (n3 og αabs,3) og sammenlignes med det målte signal ved hvert punkt for at beregne den kombinerede gennemsnitlige kvadrerede fejl for størrelsen og fasen.
    BEMÆRK: Løsningen for brydningsindekset og absorptionskoefficienten er det værdipar, der giver den laveste fejl.
  7. Tomografisk THz-billede fremstilles af det udtrukne brydningsindeks og absorptionskoefficientdata (n3 og αabs,3) ved hver pixel. Analysere tumor regioner ved at sammenligne med patologi slide billede opnået fra patolog. Repræsentative resultater fremgår af figur 9med eksempler på utilstrækkelig overholdelse af protokollen i figur 10 og figur 11.

8. Udvinding af elektriske egenskaber af vævet ved hjælp af transmissionsspektroskopi data

  1. På hovedvinduet i THz transmission spektroskopi måling software, gå til fanen Filer og klik på eksport er inde. Der vises et vindue for at vælge den datatype og det eksempel, der skal eksporteres. Vælg Datatyper for overførsel og overførsel af fase til kvarts- og vævsprøvemålingerne.
  2. Den teoretiske frekvensafhængige transmission beregnes for en række potentielle vævsegenskaber ved hjælp af følgende ligning15:
    Equation 4
    BEMÆRK: Her Icon 3 er forholdet mellem Fresnel-transmissionskoefficienter for prøve- og referenceopsætningerne. γ1 og γ3 er henholdsvis luft- og vævskomplekse formeringskonstanter og d er tykkelsen af vævet. Formeringskonstanten i almindelighed Equation 5 defineres som . ñ er det komplekse brydningsindeks defineret som Equation 6 , hvor n er den reelle del af brydningsindekset c er lysets hastighed; ω er vinkelfrekvensen og αabs er absorptionskoefficienten15.
  3. Den kombinerede gennemsnitlige kvadrerede fejl mellem transmissionens størrelse og fase i ligning (3) og måledataene fra systemet beregnes for en række brugerdefinerede n- og αabs-værdier.
    BEMÆRK: Løsningen for brydningsindekset og absorptionskoefficienten er det værdipar, der giver den laveste fejl.
  4. De udtrukne brydningsindeks og absorptionskoefficientdata afbildes i forhold til frekvensområdet fra 0,15-3,5 THz. Repræsentative resultater er vist i figur 12.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

THz-billeddannelsesresultaterne18 opnået efter ovennævnte protokol over tumorprøver vedrørende human brystkræft, #ND14139 modtaget fra biobanken , præsenteres i figur 9. Ifølge patologi rapport, den #ND14139 tumor var en I/II kvalitet infiltrerende ductal carcinom (IDC) fremstillet af en 49-årig kvinde via en venstre bryst lumpectomy kirurgi procedure. Fotografiet af tumoren er vist i figur 9A, patologibilledet i figur 9B, og thzeffektspektrebilledet opnået ved hjælp af ligning (1) i protokollen er vist i figur 9C. Vurderingen af patologi billedet blev udført af vores høring patolog ved Oklahoma State University. Ved at korrelere THz-billedet med patologibilledet stod det klart, at kræftregionen (dvs. det røde farveområde i figur 9C)viste højere refleksion end fedtregionen (dvs. det blå farveområde i figur 9C). Den blå cirkel tæt på midten af kræftregionen i figur 9C skyldtes tilstedeværelsen af en luftboble under tumoren under billeddannelsesprocessen.

Tomografiske billeder baseret på de elektriske egenskaber af tumoren opnået ved hjælp af ovenstående diskuterede model for hver pixel (2.477 pixels i alt) præsenteres også. De tomografiske billeder baseret på absorptionskoefficienten (cm-1)data (α- billeder) og brydningsindeksdata(n- billede) af tumoren opnået ved frekvensen 0,5 THz og 1,0 THz er vist i henholdsvis figur 9D, 9E, 9Fog 9G. Efterhånden som frekvensen steg, steg de beregnede absorptionskoefficienter (cm-1) for kræft og fedtpixel, og kræftpixel viser højere værdier end fedt ved begge frekvenser. I modsætning hertil faldt brydningsindekset for begge væv, efterhånden som hyppigheden steg. Det skal bemærkes, at den målte fase blev genstand for mikrometerskalavariationer i billeddannelsesstadiet nivellering, polystyrenpladetykkelse og steppermotorjitter, efterhånden som frekvensen steg. F.eks. skyldtes de vandrette linjer, der blev observeret i figur 9E og 9G, det lille faseskift, som steppemotorerne indførte under scanningsprocessen, og som ikke blev observeret ved lavere frekvenser.

Figure 9
Figur 9: Analyse af brystkræft tumor #ND14139 ved hjælp af THz billeddannelse teknik. (A) Fotografi af tumoren. (B) Lav effekt patologi billede af tumoren. (C) THz effektspektrebillede over frekvensområdet 0,5 THz-1,0 THz. (D) THz tomografiske absorptionskoefficientbillede opnået ved 0,5 THz. Dette billede blev konstrueret ved hjælp af de ekstraherede absorptionskoefficientdata ved hver pixel fra tumorens rå refleksionsbilleddannelsesdata. (E) Absorptionskoefficientbillede opnået ved 1,0 THz. (F) Brydningsindeksbillede (n- billede) opnået ved 0,5 THz. Dette billede blev konstrueret ved hjælp af udtrukne brydningsindeks data på hver pixel fra den rå refleksion imaging data af tumoren. (G) Brydningsindeksbillede (n- billede) opnået ved 1,0 THz. Figur genudgivet fra T. Bowman et al.18 med tilladelse fra SPIE. Klik her for at se en større version af dette tal.

De THz-resultater, der blev drøftet i figur 9, blev opnået ved at følge den beskrevne protokol. Utilstrækkelig håndtering af vævet kan føre til vildledende billeddannelsesresultater. For eksempel, THz billeddannelse resulterer i figur 10 for menneskelige brystkræft tumor #ND10405 vise virkningerne af utilstrækkelig tørring. Overskydende DMEM-opløsning i vævet dominerede THz-effektspektrebilledet af tumoren i figur 10B28 med høj refleksion, der ikke korrelerer med det patologibillede, der er vist i figur 10A28. Dette førte til en falsk positivt resultat, tyder på en større tilstedeværelse af kræft i tumoren. DMEM viste et tilsvarende højt brydningsindeks og absorptionskoefficient til vand, som det ses i figur 10C19 og 10D19,så det anbefales stærkt at tørre tumoren ordentligt før billeddannelse.

Figure 10
Figur 10: Effekten på tumorbilleddannelse taget ud af DMEM-opløsningen uden tørring ved hjælp af filterpapir. (A) Lav effekt patologi billede af tumoren #ND10405. (B) THz-effektspektrebillede af tumor #ND10405 over frekvensområdet 0,5 THz-1,0 THz. (C) Transmissionbrydningsindeksets plot for DMEM, PBS og vand fra 0,15 THz-3,5 THz. (D) Transmissionskoefficienten (cm-1)for DMEM PBS, og vand spænder fra 0,15 THz-3,5 THz. Figur 10A, 10B er genudgivet fra T. Bowman et al.28 med tilladelse fra IEEE og Figur 10C, Figur 10D genudgives fra N. Vohra et al.19 med tilladelse fra IOP Publishing, Ltd. Klik her for at se en større version af dette tal.

Et andet eksempel på utilstrækkelig overholdelse af protokollen er vist for tumor #ND11713 i figur 11. I dette tilfælde blev luftboblerne mellem polystyrenpladen og tumoren ikke fjernet, da tumoren blev placeret på pladen til billedbehandlingsproceduren. Dette resulterede i flere steder med lav refleksion over THz-billedet i figur 11B, hvilket forhindrede en nøjagtig sammenligning med patologien i figur 11A. Således, hvis nogen luftbobler observeres efter at placere tumor på pladen, tryk den med pincet eller løft tumoren og rul forsigtigt den på polystyren, indtil lufthuller er fjernet.

Figure 11
Figur 11: Artefakterne i THz-billedet forårsaget af tilstedeværelsen af luftbobler mellem polystyrenpladen og tumoren. (A) Lav effekt patologi billede af tumor #ND11713. (B ) THz magt spektre billede af tumor #ND11713 over frekvensområdet fra 0,5-1,0 THz. Klik her for at se en større version af dette tal. B

Resultater af transmissionsspektroskopi18 for samme prøve (# ND14139) er angivet i figur 12. Tumor sektioner blev Icon 1 taget Icon 1 fra punkter og i figur 12A og karakteriseret efter protokollen. Begge udvalgte punkter blev taget fra kræftvæv sområde i tumoren i henhold til patologi billedet i figur 12B. Det ekstraherede absorptionskoefficient og brydningsindeks for begge tumorsektioner er vist i figur 12C,D. Begge punkter viste god enighed for hele frekvensområdet. Den sorte kurve fra 0,15-2 THz i figur 12C og figur 12D repræsenterer data fra litteraturen23 for at sammenligne de resultater, der er opnået i vores arbejde.

Figure 12
Figur 12: Karakterisering af brystkræft tumor #ND14139 ved hjælp af THz transmission spektroskopi. (A) Fotografiet af tumoren Icon 1 Icon 1 med to udvalgte punkter markeret, og hvorfra de 0,5 mm tykke dele af tumoren blev skåret til transmissionsspektroskopi målinger. (B) Lav effekt patologi billede af tumoren. cC) Transmissionsabsorptionskoefficienten (cm-1 ) fra 0,15 til 3,5 THz ved punkter–1 Icon 1 og Icon 1 . (D) Transmissionsbrydningsindeksplottet fra 0,15 til 3,5 THz ved punkter Icon 1 og Icon 1 . Figur genudgivet fra T. Bowman et al.18 med tilladelse fra SPIE. Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Effektiv THz-refleksionsbilleddannelse af friskvæv afhænger primært af to kritiske aspekter: 1) korrekt overvejelse af vævshåndtering (punkt 2 og 4.15); og 2) faseopsætningen (primært afsnit 4.11). Utilstrækkelig tørring af vævet kan resultere i øget refleksion og manglende evne til at visualisere regioner på grund af høje refleksioner af DMEM og andre væsker. I mellemtiden skaber dårlig vævskontakt med billeddannende vindue ringe eller pletter med lav refleksion i THz refleksionsbilledet, der tilslører resultaterne. Der bør gøres en ekstra indsats for at sikre god vævskontakt med billeddannende vindue, herunder repositionering af vævet for at opnå en bedre grænseflade. For væv karakterisering, yderligere overvejelser for scenen setup skal gennemføres omhyggeligt. Forkert afbalancering af scenen med selv et par mikron kan forårsage betydelige ændringer i det beregnede brydningsindeks og absorptionskoefficient af vævet. Dette kan også være et resultat af at anvende for meget pres på vævet, når du monterer det på billeddannelse vinduet, som kan forårsage bukkende af polystyren plade. Ved nøjagtige beregninger skal det referencesignal, der vælges til karakterisering, også hentes fra billedets samme faseplan for at undgå kunstigt faseskift.

Det primære område, hvor protokollen kan ændres, er i de dielektriske materialer, der anvendes til at montere vævet, såsom kvarts (punkt 3.6-3.7) og polystyren (begyndende i punkt 4.5). Så længe de valgte vinduematerialer er ensartet tykke og af lav nok absorption til at have god signalinteraktion med tumoren, kan andre materialer erstattes. Materialer bør evalueres i god tid for at afgøre, om de giver et passende faseplan. Alternativt kan der for systemer, hvor billedbehandlingsvinduet skal fastgøres, håndteres en uensartet vinduestykkelse ved at karakterisere faseskiftet beregnet ud fra en tom vinduesscanning. Der er også plads til modifikation i, hvordan vævet er monteret til forsendelse til patologen. Mens vævmærkningsfarvestoffer anvendes her ude af konventionen, er det vigtige aspekt at have en metode på plads, der gør det muligt at sammenligne THz-billeddannelse og patologien. De primære fejlfindingsproblemer for protokollen vil indebære, at der opnås et godt THz-signal, og at der etableres korrekt vindue, som vil afhænge af det specifikke system, der anvendes.

En primær begrænsning af enhver frisk vævshåndteringsteknik er det tidspunkt, hvor vævet udsættes for luft. Denne protokol var udformet således, at vævet ikke kunne forblive eksponeret i højst 1 time for at undgå nedbrydning forud for patologivurderingen. Dette afspejles også i valget af billedets trinstørrelse. THz-systemet i denne protokol kan nå enhver trinstørrelse fra 50-500 μm i intervaller på 50 μm, selv om systemets maksimale rumlige opløsning er omkring 80 μm på grund af THz-signalets spektrale indhold. 200 μm-trinnet i protokollen gav tilstrækkelig detaljering, samtidig med at der blev fastholdt en rimelig scanningstid på ~ 30 min. Vurdering af tumorprøverne foretaget af vores konsulterende patolog fastslog, at denne mængde lufteksponering ikke forårsager skade på vævet på en observerbar måde på celleniveau. Materialer som gelatine kan dog bruges til at give klar THz-billeddannelse uden overdreven tørring og kan undersøges for fremtidige opdateringer af protokol29. For effektiv brug af tid, trin som udrensning af systemet med tørt nitrogen og opsætning af billeddannelse eller spektroskopi kan udføres, før vævet fjernes fra DMEM. Dette er også vigtigt for fremtidige intraoperative applikationer, hvor den tid, det tager at få billeddannelse, er en nøglefaktor i gennemførelsen af THz-billeddannelse i den kirurgiske arbejdsgang.

Ved hjælp af denne protokol intraoperativt repræsenterer et potentielt betydeligt fald i tiden til at vurdere de kirurgiske margener af tumoren fra flere dage eller uger til få et minut. Dette vil ske, når hardwaren i THz-systemet er forbedret til at bruge THz kameraer i stedet for stepper motor scannere i fremtiden. På nuværende tidspunkt er den mest lignende metode ansat intraoperativt er prøve radiografi, som tager transmission X-ray billeder af punkterede tumorer til fortolkning af en radiolog at afgøre, om der er kræft på vævsoverfladen. Den beskrevne billedbehandlingsprotokol giver et middel til direkte billeddannelse af vævsoverfladen. Protokollen for frisk punktafgifterede brystkræft tumorer kan også bruges til karakterisering og billeddannelse af enhver anden form for frisk excised solid tumor8,9,10,11. Mens dette manuskript fokuserer på billeddannelse frisk fjernet bryst tumorer efter den beskrevne protokol, THz billeddannelse af de tilhørende formalin-faste paraffin-indlejrede væv blokke er også blevet valideret med patologi14,15,16,17,19. Imaging protokoller svarende til den foreslåede her kunne udvikles til patologi støtte i at analysere indlejrede væv samt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen interessekonflikt.

Acknowledgments

Dette arbejde blev finansieret af National Institutes of Health (NIH) Award # R15CA208798 og delvist af National Science Foundation (NSF) Award # 1408007. Finansiering af det pulserende THz-system blev opnået gennem NSF/MRI Award # 1228958. Vi anerkender brugen af væv indkøbt af National Disease Research Interchange (NDRI) med støtte fra NIH tilskud U42OD11158. Vi anerkender også samarbejdet med Oklahoma Animal Disease Diagnostic Laboratory på Oklahoma State University for at gennemføre histopatologisk procedure på alle de væv, der håndteres i dette arbejde.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
70% isopropyl alcohol VWR 89108-162 Contains 70% USP grade isopropanol and 30% USP grade deionized water
Alconox powder detergent VWR 21835-032 Concentrated detergent to remove organic contaminants from glass, metal, stainless steel, porcelain, ceramic, plastic, rubber, and fiberglass
Bio Hazard Bags Fisher Scientific 19-033-712 Justrite FM-Approved Biohazard Waste Container Replacement Bags
Cardboard holder N/A N/A Scrap cardboard to keep tissue imaging face intact when immersed in formalin
Centrifuge Tubes VWR 10026-078 Centrifuge Tubes with Flat Caps, Conical-Bottom, Polypropylene, Sterile, Standard Line
Cotton Swabs Walmart 551398298 Q-tips Original Cotton Swabs used to dye the tissue
Ethyl Alcohol VWR 71002-426 KOPTECH Pure (undenatured) anhydrous (200 proof/100%) ethyl alcohol
Eye protection goggles VWR 89130-918 Kimberly-clark professional safety glasses
Face Mask VWR 95041-774 DUKAL Corporation surgical masks
Filter paper Sigma Aldrich Z240087 Whatman grade 1 cellulose filters
Formalin solution Sigma Aldrich HT501128-4L 10% neutral buffered formalin
Human freshly excised tumors (Infilterating Ductal Carcinoma (IDC)) National Disease Research Interchange (NDRI biobank N/A A protocol is signed with the NDRI for the type of tumors required
IRADECON Bleach solution VWR 89234-816 Pre-diluted Sodium Hypochlorite Bleach solution
KIMTECH SCIENCE wipes VWR 21905-026 Kimberly-clark professional Kim wipes
Laboratory Coat VWR 10141-342 This catalog number is for medium size coat
Laboratory tweezers/Forceps VWR 82027-388 Any laboratory tweezers can be used as long as it does not damage the tissue
Liquid sample holder (two quartz windows with a 0.1 mm teflon spacer) TeraView, Ltd N/A 1" diameter, and 0.1452" thick quartz windows
Nitrile hand gloves VWR 82026-426 This catalog number is for medium size gloves
Nitrogen cylinder Airgas NI UHP300 NITROGEN UHP GR 5.0 SIZE 300
Paper towel VWR 14222-321 11" x 8.78" Sheets, 1 Ply
Parafilm VWR 52858-076 Flexible thermoplastic. Rolled, waterproof sheet interwound with paper to prevent self-adhesion.
Petri Dish VWR 470210-568 VWR Petri Dish, Slippable, Mono Plate (undivided bottom)
Polystyrene Plate Home Depot 1S11143A ~ 10 cm x 10 cm square piece cut from a 11" x 14" x 0.05" Non-glare styrene sheet
ScanAcquire Software TeraView, Ltd N/A System Software for THz reflection imaging measurements
Stainless steel low-profile blade (#4689) VWR 25608-964 Tissue-Tek Accu-Edge Disposable Microtome Blades
Stainless steel metal tray Quick Medical 10F Polar Ware Stainless Steel Medical Instrument Trays
Tissue Marking Dyes Ted Pella, Inc Yellow Dye #27213-1
Red Dye #27213-2
Blue Dye #27213-4		 Used to orient excised tissue samples
sent to the histopathology laboratory
TPS Spectra 3000 TeraView, Ltd N/A THz imaging and spectroscopy system
TPS Spectra Software TeraView, Ltd N/A System Software for THz transmission spectroscopy measurements

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Burford, N. M., El-Shenawee, M. O. Review of terahertz photoconductive antenna technology. Optical Engineering. 56 (1), 010901 (2017).
  2. Sun, Q., et al. Recent advances in terahertz technology for biomedical applications. Quantitative Imaging in Medicine and Surgery. 7 (3), 345-355 (2017).
  3. Wilmink, G. J., et al. In vitro investigation of the biological effects associated with human dermal fibroblasts exposed to 2.52 THz radiation. Lasers in Surgery and Medicine. 43 (2), 152-163 (2011).
  4. Arbab, M. H., et al. Terahertz spectroscopy for the assessment of burn injuries in vivo. Journal of Biomedical Optics. 18 (7), 077004 (2013).
  5. Sy, S., et al. Terahertz spectroscopy of liver cirrhosis: investigating the origin of contrast. Physics in Medicine and Biology. 55 (24), 7587-7596 (2010).
  6. Yu, C., Fan, S., Sun, Y., Pickwell-Macpherson, E. The potential of terahertz imaging for cancer diagnosis: A review of investigations to date. Quantitative Imaging in Medicine and Surgery. 2 (1), 33-45 (2012).
  7. El-Shenawee, M., Vohra, N., Bowman, T., Bailey, K. Cancer detection in excised breast tumors using terahertz imaging and spectroscopy. Biomedical Spectroscopy and Imaging. 8 (1-2), 1-9 (2019).
  8. Yamaguchi, S., et al. Brain tumor imaging of rat fresh tissue using terahertz spectroscopy. Scientific Reports. 6 (30124), 1-6 (2016).
  9. Rong, L., et al. Terahertz in-line digital holography of human hepatocellular carcinoma tissue. Scientific Reports. 5 (8445), 1-6 (2015).
  10. Park, J. Y., Choi, H. J., Nam, G., Cho, K., Son, J. In Vivo Dual-Modality Terahertz / Magnetic Resonance Imaging Using Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles as a Dual Contrast Agent. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2 (1), 93-98 (2012).
  11. Ji, Y. B., et al. Feasibility of terahertz reflectometry for discrimination of human early gastric cancers. Biomedical Optics Express. 6 (4), 1413-1421 (2015).
  12. Bowman, T., et al. A Phantom Study of Terahertz Spectroscopy and Imaging of Micro- and Nano-diamonds and Nano-onions as Contrast Agents for Breast Cancer. Biomedical Physics and Engineering Express. 3 (5), 055001 (2017).
  13. Chavez, T., Bowman, T., Wu, J., Bailey, K., El-Shenawee, M. Assessment of Terahertz Imaging for Excised Breast Cancer Tumors with Image Morphing. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 39 (12), 1283-1302 (2018).
  14. Bowman, T. C., El-Shenawee, M., Campbell, L. K. Terahertz Imaging of Excised Breast Tumor Tissue on Paraffin Sections. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 63 (5), 2088-2097 (2015).
  15. Bowman, T., El-Shenawee, M., Campbell, L. K. Terahertz transmission vs reflection imaging and model-based characterization for excised breast carcinomas. Biomedical Optics Express. 7 (9), 3756-3783 (2016).
  16. Bowman, T., Wu, Y., Gauch, J., Campbell, L. K., El-Shenawee, M. Terahertz Imaging of Three-Dimensional Dehydrated Breast Cancer Tumors. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 38 (6), 766-786 (2017).
  17. Bowman, T., et al. Pulsed terahertz imaging of breast cancer in freshly excised murine tumors. Journal of Biomedical Optics. 23 (2), 026004 (2018).
  18. Bowman, T., Vohra, N., Bailey, K., El-Shenawee, M. Terahertz tomographic imaging of freshly excised human breast tissues. Journal of Medical Imaging. 6 (2), 023501 (2019).
  19. Vohra, N., et al. Pulsed Terahertz Reflection Imaging of Tumors in a Spontaneous Model of Breast Cancer. Biomedical Physics and Engineering Express. 4 (6), 065025 (2018).
  20. Jacobs, L. Positive margins: the challenge continues for breast surgeons. Annals of Surgical Oncology. 15 (5), 1271-1272 (2008).
  21. Moran, M. S., et al. Society of Surgical Oncology--American Society for Radiation Oncology Consensus Guideline on Margins for Breast-Conserving Surgery With Whole-Breast Irradiation in Stages I and II Invasive Breast Cancer. International Journal of Radiation Oncology. 88 (3), 553-564 (2014).
  22. Fitzgerald, A. J., et al. Terahertz Pulsed Imaging of human breast tumors. Radiology. 239 (2), 533-540 (2006).
  23. Ashworth, P. C., et al. Terahertz pulsed spectroscopy of freshly excised human breast cancer. Optics Express. 17 (15), 12444-12454 (2009).
  24. Doradla, P., Alavi, K., Joseph, C., Giles, R. Detection of colon cancer by continuous-wave terahertz polarization imaging technique. Journal of Biomedical Optics. 18 (9), 090504 (2013).
  25. Reid, C. B., et al. Terahertz pulsed imaging of freshly excised human colonic tissues. Physics in Medicine and Biology. 56 (1), 4333-4353 (2011).
  26. Teraview. Teraview.com. , Available from: https://teraview.com (2019).
  27. Orosco, R. K., et al. Positive Surgical Margins in the 10 Most Common Solid Cancers. Scientific Reports. 8 (1), 1-9 (2018).
  28. Bowman, T., et al. Statistical signal processing for quantitative assessment of pulsed terahertz imaging of human breast tumors. 2017 42nd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). , Cancun 1-2 (2017).
  29. Gavdush, A. A., et al. Terahertz spectroscopy of gelatin-embedded human brain gliomas of different grades: a road toward intraoperative THz diagnosis. Journal of Biomedical Optics. 24 (2), 027001 (2019).

Tags

Engineering kræftforskning terahertz refleksion imaging terahertz transmission spektroskopi menneskelige brystkræft tumorer brydningsindeks absorptionkoefficient
Terahertz Imaging og karakterisering protokol for frisk udskilles brystkræft tumorer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Vohra, N., Bowman, T., Bailey, K.,… More

Vohra, N., Bowman, T., Bailey, K., El-Shenawee, M. Terahertz Imaging and Characterization Protocol for Freshly Excised Breast Cancer Tumors. J. Vis. Exp. (158), e61007, doi:10.3791/61007 (2020).

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