Summary
Vers uitgesneden menselijke borstkankertumoren worden gekenmerkt door terahertzspectroscopie en beeldvorming volgens protocollen voor de behandeling van vers weefsel. Weefselpositionering wordt in aanmerking genomen om effectieve karakterisering mogelijk te maken en tegelijkertijd tijdig analyses te leveren voor toekomstige intraoperatieve toepassingen.
Abstract
Dit manuscript presenteert een protocol voor het behandelen, karakteriseren en beelden van vers uitgesneden menselijke borsttumoren met behulp van gepulseerde terahertz beeldvorming en spectroscopie technieken. Het protocol omvat terahertz transmissie modus bij normale incidentie en terahertz reflectie modus onder een schuine hoek van 30°. De verzamelde experimentele gegevens vertegenwoordigen tijddomeinpulsen van het elektrische veld. Het terahertz elektrische veldsignaal dat via een vast punt op het uitgesneden weefsel wordt overgebracht, wordt via een analytisch model verwerkt om de brekingsindex en absorptiecoëfficiënt van het weefsel te extraheren. Met behulp van een stepper motor scanner, de terahertz uitgezonden puls wordt weerspiegeld van elke pixel op de tumor die een vlakke afbeelding van verschillende weefselgebieden. De afbeelding kan worden gepresenteerd in tijd of frequentie domein. Bovendien worden de geëxtraheerde gegevens van de brekingsindex en absorptiecoëfficiënt bij elke pixel gebruikt om een tomografisch terahertzbeeld van de tumor te geven. Het protocol toont een duidelijke differentiatie tussen kanker en gezonde weefsels. Aan de andere kant, niet vasthouden aan het protocol kan resulteren in luidruchtige of onnauwkeurige beelden als gevolg van de aanwezigheid van luchtbellen en vloeistof blijft op het tumoroppervlak. Het protocol biedt een methode voor chirurgische marges beoordeling van borsttumoren.
Introduction
Terahertz (THz) beeldvorming en spectroscopie is een snel groeiend gebied van onderzoek in het afgelopen decennium. De voortdurende ontwikkeling van efficiëntere en consistenteTHz-zenders in het bereik van 0,1-4 THz heeft ervoor gezorgd dat hun toepassingen aanzienlijk groeien1. Een gebied waar THz heeft aangetoond belofte en aanzienlijke groei is de biomedische veld2. THz-straling is aangetoond dat nonionizing en biologisch veilig op de vermogensniveaus die over het algemeen worden gebruikt om vaste weefsels te analyseren3. Als gevolg hiervan is THz imaging en spectroscopie gebruikt om verschillende weefselkenmerken te classificeren en te differentiëren, zoals watergehalte om brandschade en genezing aan te geven4, levercirrose5, en kanker in uitgesneden weefsels6,7. Kankerbeoordeling omvat met name een breed scala aan potentiële klinische en chirurgische toepassingen, en is onderzocht ophersenkanker8,lever9, eierstokken10, maag-darmkanaal11en borst7,12,13,14,15,16,17,18,19.
THz toepassingen voor borstkanker zijn voornamelijk gericht op het ondersteunen van borstsparenchirurgie, of lumpectomie, via margebeoordeling. Het doel van een lumpectomie is het verwijderen van de tumor en een kleine laag omringend gezond weefsel, in tegenstelling tot volledige borstamputatie, die de hele borst verwijdert. De chirurgische marge van het uitgesneden weefsel wordt vervolgens beoordeeld via pathologie zodra het monster is vastgesteld in formaline, verdeeld, ingebed in paraffine, en gemonteerd in 4 μm-5 μm plakjes op microscoopdia's. Dit proces kan tijdrovend zijn en vereist een secundaire chirurgische ingreep op een later tijdstip als een positieve marge wordt waargenomen20. Huidige richtlijnen van de American Society of Radiation Oncology definiëren deze positieve marge als het hebben van kankercellen contact opnemen met het oppervlak-niveau marge inkt21. THz beeldvorming voor hoog-absorptie gehydrateerd weefsel is voornamelijk beperkt tot oppervlakte beeldvorming met een aantal verschillende penetratie op basis van weefsel type, dat is voldoende voor het voldoen aan de chirurgische behoeften van een snelle marge beoordeling. Een snelle analyse van de margevoorwaarden tijdens de chirurgische instelling zou de chirurgische kosten en het beoordelingsproces sterk verlagen. Tot op heden heeft THz bewezen effectief te zijn in het onderscheiden van kanker en gezond weefsel in formaline-vaste, paraffine-ingebedde (FFPE) weefsels, maar aanvullend onderzoek is nodig om betrouwbare detectie van kanker in vers uitgesneden weefsels te bieden7.
Dit protocol beschrijft de stappen voor het uitvoeren van THz-beeldvorming en spectroscopie op vers uitgesneden menselijke weefselmonsters die zijn verkregen bij een biobank. THz-toepassingen gebouwd op vers uitgesneden menselijke borstkanker weefsels zijn zelden gebruikt in gepubliceerd onderzoek7,18,22,23, vooral door onderzoeksgroepen niet geïntegreerd met een ziekenhuis. Het gebruik van vers uitgesneden weefsels is eveneens zeldzaam voor andere kankertoepassingen, met de meeste niet-borstkankervoorbeelden die voor darmkanker24,25worden gemeld. Een van de redenen hiervoor is dat FFPE weefselblokken zijn veel gemakkelijker te bereiken en te hanteren dan vers uitgesneden weefsel, tenzij de THz-systeem wordt gebruikt voor de studie is onderdeel van de chirurgische workflow. Op dezelfde manier zijn de meeste commerciële laboratorium THz-systemen niet bereid om vers weefsel te verwerken, en degenen die dat wel doen, bevinden zich nog in de stadia van het gebruik van cellijngroei of zijn pas begonnen met het bekijken van uitgesneden weefsel van diermodellen. Om THz toe te passen op een intraoperatieve instelling moeten imaging- en karakteriseringsstappen vooraf worden ontwikkeld voor vers weefsel, zodat de analyse de mogelijkheid om standaardpathologie uit te voeren niet verstoort. Voor toepassingen die niet inherent bedoeld zijn om intraoperatief te zijn, is de karakterisering van vers weefsel nog steeds een uitdagende stap die moet worden aangepakt om te werken aan in vivo toepassingen en differentiatie.
Het doel van dit werk is om een richtlijn te bieden voor THz-toepassing voor vers uitgesneden weefsel met behulp van een commercieel THz-systeem. Het protocol werd ontwikkeld op een THz imaging en spectroscopie systeem26 voor murine borstkanker tumoren13,17,19 en werd uitgebreid tot menselijk chirurgisch weefsel verkregen uit biobanken7,18. Terwijl het protocol werd gegenereerd voor borstkanker, dezelfde concepten kunnen worden toegepast op soortgelijke THz imaging systemen en andere vormen van vaste-tumor kankers die worden behandeld met een operatie waar succes hangt af van marge beoordeling27. Door een vrij kleine hoeveelheid gepubliceerde THz-resultaten op vers uitgesneden weefsels, is dit het eerste werk voor de kennis van de auteurs om zich te concentreren op het protocol van vers weefselbehandeling voor THz-beeldvorming en karakterisering.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dit protocol voldoet aan alle eisen van de afdeling Milieugezondheid en Veiligheid van de Universiteit van Arkansas.
1. Het weefselbehandelingsgebied instellen
- Neem een roestvrijstalen metalen lade en bedek deze met de biohazard zak zoals afgebeeld in figuur 1. Elke behandeling van de biologische weefsels zal worden uitgevoerd binnen de lade gebied (dat wil zeggen, het weefsel handling gebied).
- Bereid laboratorium pincet, weefsel doekjes, papieren handdoeken, filter papieren verpakking, weefsel kleurstof flessen, bleekmiddel fles, en ethanol fles rond de lade voor gemakkelijke toegang wanneer dat nodig is. Bewaar gebruikte weefsels, doekjes en handschoenen op het oppervlak van het biohazard materiaal om aan het einde van het protocol te verwijderen.
- Vul een centrifugebuis van 50 mL met maximaal 45 mL van 10% neutraal gebufferd formaline en plaats deze in de centrifugeopslaglade in de buurt van de tissuehandlingtray.
Figuur 1: Opstelling van weefselbehandelingsgebied. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
2. Behandeling van verse borstkanker tumor voor THz Transmission Spectroscopie
LET OP: Voordat u met levende weefsels omgaat, trekt u nitrilhandschoenen, oogbeschermingsbril, een gezichtsmasker en een labjas aan. Gebruik altijd laboratoriumpincet om weefsels te behandelen en te voorkomen dat ze direct met de handen worden aangeraakt. Alle werkzaamheden met vers weefsel buiten een verzegelde recipiënt of het scanstadium moeten worden uitgevoerd in het weefselbehandelingsgebied dat in stap 1.1 is vastgesteld.
LET OP: Alle weefsels behandeld in dit werk werden verzonden in Dulbecco's Modified Eagle's medium (DMEM) en antibiotica oplossing van de biobank.
- Verwijder de bulktumor uit de DMEM-oplossing en plaats deze in een petrischaaltje op het weefselbehandelingsgebied (zie figuur 2A).
- Van grove inspectie, identificeren verschillende tumor regio's van waaruit kleine stukjes snijden voor transmissie karakterisering. Snijd een 0,5 mm dik segment van de tumor van de geïdentificeerde punten met behulp van een roestvrij stalen low profile mes, zoals weergegeven in figuur 2B. Plaats dit gesneden gedeelte tussen twee kwartsramen met een afstand van 0,1 mm dikte in een vloeistofmonsterhouder, zoals afgebeeld in figuur 2C.
Figuur 2: Tumorsectie voor de THz transmissiespectroscopie metingen. (A) Foto van de bulktumor. (B) Foto van de kleine secties (0,5 mm) van de tumor gesneden uit de bulk tumor. (C) De gesneden tumorsectie die in de vloeistofmonsterhouder tussen de twee kwartsramen is geplaatst met een polytetrafluorethyleenspacer van 0,1 mm voor spectroscopiemeting. Figuur opnieuw gepubliceerd van T. Bowman et al.18 met toestemming van SPIE. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
3. THz Transmission Spectroscopie Metingen
- Stel de transmissiespectroscopiemodule in de THz-kernkamer in door de handgrepen van de module over de montagepalen in het kernsysteem uit te lijnen en het podium naar beneden in het systeem te schuiven. Draai de twee montageschroeven in de linkerbovenhoek en de linkerbenedenhoek van de module aan, zoals afgebeeld in figuur 3A.
- Zuiver het systeem met droog stikstofgas bij 5 L/min (LPM) tijdens de gehele spectroscopieprocedure om waterdamp uit de monsterruimte te verwijderen.
- Open de THz-transmissiespectroscopie-meetsoftware van het bureaublad dat is aangesloten op het THz-systeem. Het opent het hoofdvenster.
- Klik op het tabblad Scannen boven aan het venster. Er verschijnt een spectra-scaninstallatievenster. Selecteer Transmissie om transmissiespectroscopie in te stellen in het vervolgkeuzemenu van het tabblad Metingsmodus rechtsboven in het venster. Als de piek niet automatisch zichtbaar is, schakelt u de optie Inschakelen in onder het tabblad Handmatig zoeken naar pieken en zet u de optische vertraging handmatig in om de piek in beeld te brengen.
-
Na 30 min van het zuiveren, registreert een luchtreferentiesignaal door de onderstaande stappen te volgen.
- Voer onder het tabblad Scaninstellingen in het venster voor het instellen van spectra scannen een geschikte naam voor het referentiebestand in, stel Num Scans in op 1.800 en stel de startvertraging (s)in op 0. Laat de andere instellingen als hun standaardwaarden.
- Klik op Referentie meten in het venster voor de installatie van de scan om de luchtreferentiemeting uit te voeren. Klik vervolgens op Measure Sample om het transmissiesignaal door de lucht te meten als een monstergemiddelde van 1.800 signalen van meer dan ~ 1 min.
Figuur 3: THz transmissie spectroscopie module setup. (A) THz-kernkamer met de transmissiemodule erop gemonteerd. bB) Een foto van de vloeistofmonsterhouder. (C) De monsterhouder die voor de metingen in de kernkamer is geplaatst. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
-
Meet de twee kwartsramen in de vloeistofmonsterhouder zoals aangegeven in figuur 3B.
- Plaats de twee kwartsramen in de vloeistofmonsterhouder zonder spaander ertussen.
- Open de THz-kernkamer. Monteer de vloeistofmonsterhouder op de transmissiespectroscopiemodule, zoals aangegeven in figuur 3C. Sluit de kamer.
- Klik op het tabblad Scannen in het hoofdvenster. Herhaal stap 3.5.1–3.5.2 voor het kwartsmonster, maar werk Start Delay (s)bij naar 900. Dit maakt het mogelijk om alle waterdamp te zuiveren voor de meting.
- Als het kwarts gewenst is als referentie voor extra monsters, klikt u op het tabblad Duidelijke verwijzing onder de scaninstellingen. Dit maakt de luchtreferentie vrij. Klik vervolgens op het tabblad Metenverwijzing om de kwartsmetingen als nieuwe referentie op te nemen.
- Plaats het gesneden tumorgedeelte tussen de twee kwartsramen in de vloeistofmonsterhouder en plaats de houder in de kamer voor een transmissiemeting met één punt van het weefsel. Als u de meting wilt opnemen, herhaalt u stap 3.6.3.
- Haal de vloeistofmonsterhouder uit de kamer wanneer de metingen zijn voltooid en breng deze naar het gebied dat is aangewezen voor weefselbehandeling. Demonteer de vloeistof monsterhouder, veeg de tumorsectie uit de kwartsramen met de weefseldoekjes en plaats de gebruikte weefseldoekjes in dezelfde lade om samen met het andere biohazard-afval in de biohazard-zak te gooien.
- Herhaal stap 2.2, 3.7 en 3.8 indien nodig om extra tumorsegmenten te karakteriseren. Wanneer de metingen zijn voltooid, gaat u naar het hoofdvenster en klikt u op het tabblad Bestand om de meetgegevens op te slaan. Sluit het softwarevenster.
4. Behandeling verse borstkanker tumor voor THz Reflectie Mode Imaging
- Verwijder het verse tumormonster uit de DMEM en antibioticaoplossing en leg het op een petrischaaltje. Met behulp van grove inspectie, selecteer een kant van de tumor te worden afgebeeld die voldoende plat is en heeft weinig bloed en weinig bloedvaten. Vermijd beeldvorming weefsel met bloed of bloedvaten indien mogelijk.
- Plaats de tumor met de kant te worden afgebeeld op rang 1 filterpapier om de overtollige DMEM drogen en duidelijk het weefsel van vloeistof of afscheidingen van de tumor, zoals blijkt uit figuur 4A. Herpositioneer de tumor op het filterpapier naar een droge plek als het papier verzadigd. Droog de tumor voor ~ 5 min.
Figuur 4: Verse tumormonstervoorbereiding voor THz-beeldvorming. (A) Tumor geplaatst op filterpapier te drogen. (B) Tumor geplaatst op polystyreen plaat over de beeldvorming venster met weefsel veegkussens om overtollige vloeistoffen te absorberen. (C) Tumor bekeken van onderen naar oriëntatie te volgen en te controleren op luchtbellen. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
- Monteer de transmissiespectroscopiemodule en stel de reflectiebeeldmodule (RIM)-spiegelbasis in op het THz-kernsysteem zoals afgebeeld in figuur 5A. Bij het instellen van de spiegels, monteer de RIM scanning stage boven de spiegel basis en schroef het in de kern systeem (zie figuur 5B).
- Zuiver het systeem met droog stikstofgas op 5 LPM gedurende 30 minuten voorafgaand aan de beeldvormingsprocedure om waterdamp uit het monstercompartiment te verwijderen. Na 30 min, de hoeveelheid droog stikstof gas te verminderen tot 3 LPM voor de rest van de tijd het systeem in gebruik is.
- Plaats een polystyreenplaat van dikte ~ 1,2 mm op het scanvenster met een diameter ~37 mm. Centreer het scanvenster samen met de polystyreenplaat op het monsterstadium.
Figuur 5: Systeemopstelling voor reflectiebeeldvorming. (A) Reflectie imaging module spiegel basis. (B) Scanfase. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
LET OP: Andere diktes en plaatmaterialen zijn geschikt voor stap 4.5, maar moeten een uniforme dikte hebben en laag genoeg absorptie hebben om het THz-signaal niet te belemmeren.
- Open de THz reflectie imaging measurement software van het bureaublad aangesloten op het THz-systeem. Er verschijnt een venster met verschillende dialoogvensterpictogrammen voor specifieke functies en twee subvensters voor THz-veldplots (willekeurige eenheden a.u.) tegen respectievelijk de tijd en frequentie.
- Als u de parameters voor de RIM-set-set wilt instellen, klikt u op het pictogram Afbeeldingsparameterdialoogvenster boven aan het venster. Er verschijnt een venster Parameters voor afbeeldingsacquisitie. Selecteer RIM in het vervolgkeuzemenu van het tabblad Sjabloon voor reflectieweergave ingesteld. Druk op OK en ga terug naar het hoofdvenster van de software.
- Klik in het hoofdvenster op het pictogram Scannen met vaste punten. Dit activeert de THz-antennes om te beginnen met het verzenden van het incident THz-signaal en het ontvangen van de gereflecteerde THz-signaal vanaf een enkel punt op de polystyreenplaat.
- Klik op het pictogram Dialoogvenster Motorfase boven aan het hoofdvenster. Het motorcontrolevenster gaat open. Pas de optische vertragingsas aan door op de pijlen vooruit/achteruit te klikken om de gereflecteerde puls van het polystyreen in het hoofdvenster te centreren.
LET OP: Na het aanpassen van de optische vertragingsas moeten twee pulsen op het venster verschijnen, zoals weergegeven in figuur 6:een van de onderste interface van de polystyreenplaat (primaire reflectie) en een van de bovenste interface van de polystyreenplaat (secundaire reflectie). -
Raam de primaire reflectie van de polystyreenplaat uit en houd de secundaire reflectie in het venster, wat zal bijdragen aan de reflecties van het weefsel tijdens de beeldvormingsprocedure. Dit gebeurt in twee stappen.
- Klik eerst op de knop DAQ-instellingen boven aan het hoofdvenster om het dialoogvenster DAQ-instellingen te openen. Wijzig de optische vertragingswaarde van 5 V (standaard) naar 4 V.
- Ten tweede, pas de verticale positie van de scanfase aan met de micrometerschaal op het scanstadium totdat de minima van de secundaire puls de sterkste zijn. Pas de optische vertraging van de as in het motorcontrolevenster aan om de primaire reflectie buiten het bereik van het gemeten gereflecteerde signaal te plaatsen.
LET OP: Voor een 1,2 mm dikke polystyreenplaat wordt de primaire reflectie uitgevensterd wanneer de secundaire reflectieminimale piek ongeveer -0,3 mm bedraagt op de optische vertragingsas van het tijddomeinvenster.
Figuur 6: THz-reflecties van de onderste en bovenste interfaces van de polystyreenplaat. (A) THz signaal incident aan en gereflecteerd van een 1,2 mm dikke polystyreen plaat. (B) Gemeten primaire en secundaire THz-tijddomeinsignalen van het polystyreen. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
- Niveau van de monsterfase en neem het referentiesignaal op.
- Selecteer twee punten op elke as (A-as en B-as) die locaties aanduiden op de polystyreenplaat aan de rand van het voorbeeldvenster. Voor de A-as van -15 mm–15 mm kunnen de twee positiepunten bijvoorbeeld -10 mm en 10 mm zijn; en voor de B-as van -15 mm–15 mm kunnen de twee positiepunten -10 mm en 10 mm zijn.
- Klik op de knop Dialoogvenster Motorbesturing om het venster van het motorbesturingsvenster te openen. Plaats het motorcontrolevenster en het hoofdvenster van de software zo dat het tijddomeinsignaal zichtbaar is tijdens het aanpassen van de motorische posities. Stel zowel de A-as als de B-as in op 0 mm.
- De A-as nivelleermet de volgende stappen. Een bereik van -10 mm–10 mm wordt als voorbeeld gebruikt.
- Wijzig in het venster Motorbesturingde waarde van de A-as van 0 naar -10 en druk op Enter. Het podium verplaatst zich naar de positie -10 mm op de A-as en er wordt een verschuiving in de signaalpositie op het hoofdvenster waargenomen.
- Gebruik de verstelbare micrometerschaal op de scanfase in figuur 5B om de minimale piek van het signaal terug te brengen naar de positie in stap 4.10.2.
- Wijzig de waarde van de A-as in +10 en druk op enter. Het podium wordt nu verplaatst van de -10 mm-positie naar de +10 mm-positie op de A-as en er wordt opnieuw een verschuiving in het signaal waargenomen. Let op de richting en de afstand die het signaal verschoven van de vorige positie en verander de Waarde van de A-as opnieuw in -10. Het signaal gaat terug naar de positie in stap 4.11.5.
- Draai de nivelleringsschroef op de A-as van de scanfase, zoals weergegeven in figuur 5B en verschuif het signaal om de afstand te verdubbelen in dezelfde richting die het van de oorspronkelijke positie verplaatste. Gebruik de micrometer op het scanstadium om het signaal terug te verschuiven naar de oorspronkelijke positie (-0,3 mm voor 1,2 mm polystyreen).
- Herhaal stap 4.11.6–4.11.7 totdat het signaal op +10 en -10 gelijk is en de piek voor beide posities is gericht op de oorspronkelijke positie (-0,3 mm op de optische as).
- Zodra de nivellering van de A-as is bereikt, wijzigt u de Waarde van de A-as in 0 en herhaalt u dezelfde procedure voor de B-as. Begin met het wijzigen van de waarde van de B-as op het motorbesturingsvenster van 0 naar de meest positieve waarde (bijvoorbeeld +10 mm). Gebruik tijdens het nivelteren ook de nivelleringsschroef op de B-as van de scanfase, die wordt weergegeven in figuur 5B.
- Zodra beide assen zijn genivelleerd, geeft u zowel de A-as als de B-as terug naar 0 mm. Sluit het motorcontrolevenster en controleer of het signaal zich in de oorspronkelijke positie bevindt voor het geval het een beetje wordt verschoven.
- Neem dit signaal op als referentie.
- Ga naar het venster DAQ-eigenschappen. Wijzig de gemiddeldewaarde in 5 en houd alle andere parameters standaard.
- Klik op Nieuwe referentie. De gemiddelde teller rechtsboven in het venster telt van 0-20. Zodra de teller 20 is, wijzigt u de gemiddeldewaarde in 1 en klikt u op OK. Het gereflecteerde signaal van het polystyreen wordt opgeslagen als referentie voor eventuele scans die later worden genomen.
OPMERKING: Als alleen de THz-beeldvormingsprocedure moet worden uitgevoerd, u het beste stappen 4.3–4.14 uitvoeren voordat u het tumorweefsel uit de DMEM-oplossing haalt.
- Monteer de tumor op de polystyreenplaat die het venster van het scanstadium bedekt.
- Verwijder het beeldvenster uit het scanstadium en breng het naar het weefselbehandelingsgebied. Plaats de tumor op een polystyreenplaat, zoals afgebeeld in figuur 4B.
- Zorg ervoor dat er geen significante luchtbellen tussen de plaat en de tumor. Als luchtbellen worden waargenomen, druk op de tumor met een pincet of til de tumor op en rol deze voorzichtig op het polystyreen totdat de luchtopeningen worden geminimaliseerd.
- Plaats absorptievertome afstandhouders op regelmatige tijdstippen rond het monster zoals aangegeven in figuur 4B. Plaats een andere polystyreenplaat boven de tumor en druk zachtjes om het tumoroppervlak zo plat mogelijk te maken. Plak deze polystyreen-tumor-polystyreen opstelling op het monstervenster.
- Draai het voorbeeldvenster zoals weergegeven in figuur 4Cen maak foto's van de tumor om de oriëntatie bij te houden. Breng het voorbeeldvenster met de tumor terug naar het scanstadium.
- Klik op de knop Dialoogvenster Afbeeldingsparameter om het venster Parameters voor afbeeldingsverwerving te openen. Stel de waarden van Axis1min, Axis1max, Axis2minen Axis2max in om de positie van de tumor volledig in het beeldvenster te plaatsen
OPMERKING: Axis1 is standaard de A-as en Axis2 is de B-as. - Stel Axis1step en Axis2step in op 0,2 mm voor de beeldscan.
OPMERKING: Als u de stapgrootte van de as1stap en As2step instelt, worden de stapgrootte van de stappermotoren ingesteld op 200 μm-stappen tijdens het scanproces. De totale scantijd kan worden geschat in het venster Parameters voor afbeeldingsacquisitie. - Klik op het tabblad Meten in het hoofdvenster en selecteer de optie Flyback 2D Scan. Geef in het venster dat verschijnt de map en bestandsnaam aan waaronder de scangegevens kunnen worden opgeslagen.
5. Nabewerking van het verse weefsel ter voorbereiding van de histopathologieprocedure
- Verwijder na voltooiing van het scanproces het monstervenster, de polystyreenplaten en het monster van het kern-THz-systeem en verplaatst deze naar het gebied dat is aangewezen voor gevaarlijk afval. Verwijder de tumor van de polystyreenplaat en plaats deze op een plat stuk karton van een grootte die vergelijkbaar is met dat van de tumor. Zorg ervoor dat de oriëntatie van de tumor is hetzelfde als het was op het polystyreen, met de beeldvorming gezicht het aanraken van het karton.
- Dip een wattenstaafje in rode weefsel kleurstof en vlek de linkerkant van de tumor tot waar de rand van de tumor contact met het karton. Ook vlek de rechterkant van de tumor met blauw weefsel kleurstof. Bevlek het blootgestelde oppervlak van de tumor met een lijn van gele weefselkleurstof die de rode vlek verbindt met de blauwe vlek om de achterkant van het monster aan te duiden, zoals afgebeeld in figuur 7A.
LET OP: Om te voorkomen dat de inkt de formaline oplossing kleurt, breng je slechts een dunne laag aan op het weefsel. Dit kan worden bereikt door het wattenstaafje op een ander oppervlak te deppen voordat het weefsel kleurt of een schoon wattenstaafje gebruikt om overtollige kleurstof af te vegen. Vermijd de kleurstof contact te laten opnemen met de huid of kleding. Dit tumorkleuringsproces wordt uitgevoerd als een verwijzing naar informatie over de beeldvormingskant van de tumor en de oriëntatie ervan op de patholoog.
Figuur 7: Nabewerking op de tumor na THz-beeldvorming. (A) Tumor geplaatst gezicht naar beneden op kartonnen houder en geverfd met weefsel markering kleurstof. (B) Filter papier geplaatst over tumor en afgeplakt om contact te houden. (C) Gekleurde tumor vast op het karton ondergedompeld in 10% neutraal gebufferde formaline oplossing en verzegeld met parafilm. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
- Laat de inkt ongeveer 3-4 min drogen. Snijd een stuk filterpapier met dezelfde geschatte afmetingen als het karton. Plaats het op de tumor en wikkel een stuk tape volledig rond het filterpapier en karton zoals afgebeeld in figuur 7B. Het tape- en filterpapier moet de tumor tegen het karton beveiligen zonder significante druk uit te oefenen.
- Dompel het gekleurde weefsel dat op het karton is aangebracht onder in 10% neutrale gebufferde formalineoplossing en sluit de centrifugebuis af met een paraffinefolie, zoals afgebeeld in figuur 7C. Wijs het monsternummer, de datum, het weefseltype en het tumornummer aan voor het monster op het buisetiket. Stuur de tumor naar de patholoog voor verdere histopathologie verwerking.
6. Verwijdering van gevaarlijk afval
- Verzamel al het afval van de tissue handling tray samen met de biohazard zak gebruikt om de lade te dekken en zet het in een nieuwe biohazard zak, zoals afgebeeld in figuur 8. Breng de zak naar de aangewezen biogevaarlijke afvalruimte in het gebouw en maak een afspraak met de afdeling Environmental Health and Safety (EH&S) voor het ophalen van afval. Reinig de tissue handling tray en de omgeving op de tafel met 10% bleekmiddel oplossing en ethanol.
Figuur 8: Foto van de biogevaarlijke afvalzak. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
- Neem de vloeistofmonsterhouder met de afstandhouders en kwartsramen, het bemonsteringsvenster waarop de tumor is gemonteerd, polystyreenplaten en laboratoriumpincet naar de wasruimte. Spoel alle materialen met water en vervolgens 10% bleekmiddel oplossing, afvegen met papieren handdoeken indien nodig om weefsel puin te verwijderen. Spoel opnieuw af met water, schrob met alconox-oplossing en spoel grondig af. Voor glas en plasticware, spoel in 70% isopropyl alcohol en zet apart om te drogen.
LET OP: Zodra de tumor in formaline is en de monsterruimte schoon is, kan de gegevensverwerking tegelijkertijd met beeldvorming of een later tijdstip worden behandeld.
7. Gegevensverwerking om THz-beelden te construeren
- Exporteer de opgeslagen .tvl-gegevensbestanden van het THz-systeem. De ruwe gegevensbestanden die uit het systeem worden verkregen, worden in Python geschreven en worden het best gelezen in Python voordat ze worden opgeslagen als MATLAB-gegevensbestanden.
- Als u de THz-afbeelding van het gescande verse weefsel wilt construeren, zet u de gegevens van de opnamevan de raw-time-domeinreflectie om in het frequentiedomein met Behulp van Fourier-transformatie op de derde dimensie van de ruwe gegevensmatrix (d.w.z. de tijddimensie). Neem ook de Fourier-transformatie van de referentiegegevens.
LET OP: Een typisch frequentiedomeinspectrum moet gegevens bieden variërend van 0,1 THz-4 THz. - Normaliseer de monstergegevens met de referentiegegevens en voer de vermogensspectra uit op basis van de integratie van de genormaliseerde gegevens over het frequentiebereik van f1 = 0,5 THz tot f2 = 1,0 THz met behulp van de volgende vergelijking19:
LET OP: Hier Emonster is de frequentie domein reflectie imaging gegevens van het weefsel monster en Ereferentie is de frequentie domein van een enkel punt reflectie gegevens van het referentiesignaal. - Bouw de tweedimensionale afbeelding door de berekende vermogensspectragegevens op elk punt in de matrix die door de A-as en b-as wordt gedefinieerd, in kaart te brengen. Dit staat bekend als de power spectra THz beeld.
LET OP: De methode om in plaats daarvan een tomografische THz-afbeelding te verkrijgen, wordt beschreven in stappen 7,5–7.7. - Bereken voor karakterisering de theoretische frequentieafhankelijke reflectie voor een reeks potentiële weefseleigenschappen met behulp van de volgende vergelijking18:
LET OP: Hier ρT,ij is de complexe Fresnel reflectiecoëfficiënt tussen regio i en regio j;dj is de dikte van regio j; en dej hoek van de voortplanting in regio j gerelateerd aan de invalshoek van de Wet van Snell.
is de complexe voortplantingscoëfficiënt in gebied j, waar ω de hoekfrequentie is, c is de lichtsnelheid in vacuüm, nj is het werkelijke deel van de brekingsindex, en αabs,j is de absorptiecoëfficiënt18. Regio 1 is lucht, regio 2 is de polystyreenplaat, en regio 3 is het weefsel. - Bereken de reflectie in vergelijking (2) voor een reeks door de gebruiker gedefinieerde brekingsindexen en absorptiecoëfficiënten voor regio 3 (n3 en αabs,3) en vergelijk met het gemeten signaal op elk punt om de gecombineerde gemiddelde kwadraatfout voor de omvang en fase te berekenen.
LET OP: De oplossing voor de brekingsindex en absorptiecoëfficiënt is het paar waarden dat de laagste fout geeft. - Bouw de tomografische THz-afbeelding uit de geëxtraheerde brekingsindex- en absorptiecoëfficiëntgegevens(n3 en αabs,3)bij elke pixel. Analyseer de tumorgebieden door te vergelijken met het pathologiediabeeld dat is verkregen van de patholoog. Representatieve resultaten worden weergegeven in figuur 9, met voorbeelden van onvoldoende naleving van het protocol in figuur 10 en figuur 11.
is de complexe voortplantingscoëfficiënt in gebied j, waar ω de hoekfrequentie is, c is de lichtsnelheid in vacuüm, nj is het werkelijke deel van de brekingsindex, en αabs,j is de absorptiecoëfficiënt18. Regio 1 is lucht, regio 2 is de polystyreenplaat, en regio 3 is het weefsel.8. Extractie van elektrische eigenschappen van het weefsel met behulp van transmission spectroscopie gegevens
- Ga in het hoofdvenster van de thz-transmissiespectroscopie-meetsoftware naar het tabblad Bestand en klik op de optie Exporteren. Er verschijnt een venster om het gegevenstype en voorbeeld te selecteren dat u wilt exporteren. Kies gegevenstypen overdrachts- en doorgiftefase voor de kwarts- en weefselmonstermetingen.
- Bereken de theoretische frequentieafhankelijke transmissie voor een reeks potentiële weefseleigenschappen met de volgende vergelijking15:
LET OP: Hier
is de verhouding tussen De transmissiecoëfficiënten van Fresnel voor de steekproef en verwijzingsopstellingen; γ1 en γ3 zijn respectievelijk de complexe voortplantingsconstanten van lucht en weefsel; en d is de dikte van het weefsel. De voortplantingsconstante in het 
algemeen wordt gedefinieerd als . ñ is de complexe brekingsindex 
gedefinieerd als , wanneer n het werkelijke deel van de brekingsindex is; c is de snelheid van het licht; ω is de hoekfrequentie; en αabs is de absorptiecoëfficiënt15. - Bereken de gecombineerde gemiddelde kwadraatfout tussen de omvang en fase van de transmissie in vergelijking (3) en de meetgegevens van het systeem voor een reeks door de gebruiker gedefinieerde n- en αabs-waarden.
LET OP: De oplossing voor de brekingsindex en absorptiecoëfficiënt is het paar waarden dat de laagste fout geeft. - Plot de geëxtraheerde brekings- en absorptiecoëfficiëntgegevens ten opzichte van het frequentiebereik van 0,15-3,5 THz. Representatieve resultaten worden weergegeven in figuur 12.
is de verhouding tussen De transmissiecoëfficiënten van Fresnel voor de steekproef en verwijzingsopstellingen; γ1 en γ3 zijn respectievelijk de complexe voortplantingsconstanten van lucht en weefsel; en d is de dikte van het weefsel. De voortplantingsconstante in het 
algemeen wordt gedefinieerd als . ñ is de complexe brekingsindex 
gedefinieerd als , wanneer n het werkelijke deel van de brekingsindex is; c is de snelheid van het licht; ω is de hoekfrequentie; en αabs is de absorptiecoëfficiënt15.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De THz beeldvormingresultaten18 verkregen volgens het bovengenoemde protocol van menselijke borstkanker tumor specimen #ND14139 ontvangen van de biobank worden gepresenteerd in figuur 9. Volgens het pathologierapport was de #ND14139 tumor een I/II-graad was die het ductalcarnoom (IDC) infiltreerde van een 49-jarige vrouw via een operatie in de linkerborstlumpectomie. De foto van de tumor wordt getoond in figuur 9A, het pathologiebeeld in figuur 9B, en het THz-powerspectrabeeld verkregen met vergelijking (1) in het protocol wordt weergegeven in figuur 9C. De beoordeling van de pathologie beeld werd gedaan door onze consulting patholoog aan de Oklahoma State University. Bij het correleren van het THz-beeld met het pathologiebeeld was het duidelijk dat het kankergebied (d.w.z. het rode kleurgebied in figuur 9C)een hogere reflectie vertoonde dan het vetgebied (d.w.z. het blauwe kleurgebied in figuur 9C). De blauwe cirkel dicht bij het centrum van het kankergebied in figuur 9C was te wijten aan de aanwezigheid van een luchtbel onder de tumor tijdens het beeldvormingsproces.
Tomografische beelden op basis van de elektrische eigenschappen van de tumor verkregen met behulp van de hierboven besproken model voor elke pixel (2,477 pixels in totaal) worden ook gepresenteerd. De tomografische beelden op basis van de absorptiecoëfficiënt (cm-1)gegevens (α- beelden) en brekingsindex(n- beeld) gegevens van de tumor verkregen bij frequentie 0,5 THz en 1,0 THz worden weergegeven in respectievelijk figuur 9D, 9E, 9Fen 9G. Naarmate de frequentie toenam, nam de berekende absorptiecoëfficiënt(cm-1)voor de kanker- en vetpixels toe, waarbij kankerpixels hogere waarden vertoonden dan vet op beide frequenties. Daarentegen nam de brekingsindex van beide weefsels af naarmate de frequentie toenam. Opgemerkt moet worden dat de gemeten fase werd onderworpen aan micrometer-schaal variaties in de imaging stadium nivellering, polystyreen plaat dikte, en stepper motor jitter als de frequentie toegenomen. De horizontale lijnen die in figuur 9E en 9G werden waargenomen, waren bijvoorbeeld te wijten aan de kleine faseverschuiving die de steppermotoren tijdens het scanproces introduceerdeen, die niet bij lagere frequenties werd waargenomen.
Figuur 9: Analyse van borstkankertumor #ND14139 met behulp van THz imaging techniek. (A) Foto van de tumor. (B) Laag vermogen pathologie beeld van de tumor. (C) THz-vermogensspectrabeeld over het frequentiebereik 0,5 THz–1,0 THz. (D) THz-absorptiecoëfficiëntbeeld verkregen op 0,5 THz. Dit beeld werd geconstrueerd met behulp van de geëxtraheerde absorptiecoëfficiënt gegevens op elke pixel uit de ruwe reflectie imaging gegevens van de tumor. (E) Absorptiecoëfficiënt beeld verkregen op 1,0 THz. (F) Refractieve index beeld(n- beeld) verkregen op 0,5 THz. Dit beeld werd geconstrueerd met behulp van de geëxtraheerde brekingsindexgegevens bij elke pixel uit de ruwe reflectiegegevens van de tumor. (G) Refractieve index afbeelding (n- afbeelding) verkregen op 1,0 THz. Figuur opnieuw gepubliceerd van T. Bowman et al.18 met toestemming van SPIE. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
De THz-resultaten die in figuur 9 werden besproken, werden verkregen door het beschreven protocol met succes te volgen. Onvoldoende behandeling van het weefsel kan leiden tot misleidende beeldvormingsresultaten. Bijvoorbeeld, de THz beeldvorming resultaten in figuur 10 voor menselijke borstkanker tumor #ND10405 de effecten van onvoldoende drogen te tonen. Overtollige DMEM-oplossing in het weefsel domineerde het THz-vermogensspectrabeeld van de tumor in figuur 10B28 met een hoge reflectie die niet correleerde met het pathologiebeeld in figuur 10A28. Dit leidde tot een vals positief resultaat, wat wijst op een grotere aanwezigheid van kanker in de tumor. DMEM toonde een even hoge brekingsindex en absorptiecoëfficiënt aan water, zoals te zien in figuur 10C19 en 10D19,dus het wordt ten zeerste aanbevolen om de tumor goed te drogen voordat beeldvorming.
Figuur 10: Het effect op tumorbeeldvorming die uit de DMEM-oplossing wordt gehaald zonder te drogen met behulp van filterpapier. (A) Laag vermogen pathologie beeld van de tumor #ND10405. (B) THz power spectra beeld van tumor #ND10405 over het frequentiebereik 0,5 THz–1,0 THz. (C) De transmissie refractieactive index plot voor DMEM, PBS, en water variërend van 0,15 THz-3,5 THz. (D) De absorptie transmissie coëfficiënt (cm–1) perceel voor DMEM, PBS, en water variërend van 0,15 THz-3,5 THz. Figuur 10A, 10B worden opnieuw gepubliceerd van T. Bowman et al.28 met toestemming van IEEE en Figuur 10C, Figuur 10D worden opnieuw gepubliceerd van N. Vohra et al.19 met toestemming van IOP Publishing, Ltd. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Een ander voorbeeld van onvoldoende naleving van het protocol wordt getoond voor tumor #ND11713 in figuur 11. In dit geval werden de luchtbellen tussen de polystyreenplaat en de tumor niet verwijderd toen de tumor op de plaat werd geplaatst voor de beeldvormingsprocedure. Dit resulteerde in verschillende plekken van lage reflectie over het THz-beeld in figuur 11B, waardoor een nauwkeurige vergelijking met de pathologie in figuur 11Awerd voorkomen . Dus, als er luchtbellen worden waargenomen na het plaatsen van de tumor op de plaat, druk deze met de pincet of til de tumor op en rol deze voorzichtig op het polystyreen totdat de luchtopeningen worden verwijderd.
Figuur 11: De artefacten in het THz-beeld veroorzaakt door de aanwezigheid van luchtbellen tussen de polystyreenplaat en tumor. (A) Laag vermogen pathologie beeld van tumor #ND11713. (B) THz power spectra beeld van tumor #ND11713 over het frequentiebereik van 0,5-1,0 THz. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Transmissiespectroscopieresultaten18 voor hetzelfde monster (# ND14139) worden weergegeven in figuur 12. De secties van 
de 
tumor werden genomen van punten en in Cijfer 12A en gekenmerkt na het protocol. Beide geselecteerde punten werden genomen uit het kankerweefsel gebied in de tumor volgens de pathologie beeld in figuur 12B. De geëxtraheerde absorptiecoëfficiënt en brekingsindex voor beide tumorsecties worden weergegeven in figuur 12C,D. Beide punten toonden een goede overeenstemming voor het hele frequentiebereik. De zwarte curve van 0,15-2 THz in figuur 12C en figuur 12D vertegenwoordigt gegevens verkregen uit de literatuur23 om de resultaten verkregen in ons werk te vergelijken.
Figuur 12: De karakterisering van borstkankertumor #ND14139 met behulp van THz transmissie spectroscopie. (A) De foto van de tumor met twee geselecteerde punten gemarkeerd en van waaruit de 0,5 mm dikke delen van de tumor werden gesneden voor de transmissie spectroscopie metingen. (B) Laag vermogen pathologie beeld van de tumor. cC) de transmissieabsorptiecoëfficiënt (cm–1) die varieert van 0,15 tot 3,5 THz op punten en .–1 dD) De transmissiebrekingsindex plot variërend van 0,15-3,5 THz op punten en . Figuur opnieuw gepubliceerd van T. Bowman et al.18 met toestemming van SPIE. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Effectieve THz reflectie beeldvorming van vers weefsel is in de eerste plaats afhankelijk van twee kritische aspecten: 1) de juiste overweging van weefselbehandeling (secties 2 en 4.15); en 2) de stage setup (voornamelijk sectie 4.11). Onvoldoende drogen van het weefsel kan leiden tot een verhoogde reflectie en onvermogen om gebieden te visualiseren als gevolg van hoge reflecties van DMEM en andere vloeistoffen. Ondertussen, slecht weefsel contact met de beeldvorming venster creëert ringen of vlekken van lage reflectie in de THz reflectie beeld dat de resultaten te verdoezelen. Er moet extra inspanning worden geleverd om een goed weefselcontact met het beeldvormingsvenster te garanderen, inclusief het herpositioneren van het weefsel om een betere interface te verkrijgen. Voor weefselkarakterisering moeten aanvullende overwegingen voor de fase-setup zorgvuldig worden geïmplementeerd. Onjuiste afweging van het stadium door zelfs een paar micron kan leiden tot aanzienlijke verschuivingen in de berekende brekingsindex en absorptiecoëfficiënt van het weefsel. Dit kan ook het gevolg zijn van het toepassen van te veel druk op het weefsel bij het monteren op het beeldvenster, wat kan leiden tot buigen van de polystyreenplaat. Voor nauwkeurige berekeningen moet het voor karakterisering geselecteerde referentiesignaal ook worden verkregen uit hetzelfde fasevlak van het beeld om kunstmatige faseverschuiving te voorkomen.
Het primaire gebied waar het protocol kan worden gewijzigd, bevindt zich in de diëlektrische materialen die worden gebruikt om het weefsel te monteren, zoals kwarts (secties 3.6–3.7) en polystyreen (aanvang in punt 4.5). Zolang de geselecteerde raammaterialen gelijkmatig dik zijn en van laag genoeg absorptie om een goede signaalinteractie met de tumor te hebben, kunnen andere materialen worden vervangen. Materialen moeten van tevoren worden geëvalueerd om te bepalen of ze een adequaat fasevlak bieden. Als alternatief kan voor systemen waar het beeldvenster wordt bevestigd, een niet-uniforme vensterdikte worden aangepakt door de faseverschuiving te karakteriseren die is berekend op basis van een lege vensterscan. Er is ook enige ruimte voor wijziging in hoe het weefsel is gemonteerd voor verzending naar de patholoog. Terwijl weefselmarkeringskleurstoffen hier buiten conventie worden gebruikt, is het belangrijkste aspect om een methode te hebben die vergelijking tussen de THz-beeldvorming en de pathologie mogelijk maakt. De primaire problemen met het oplossen van problemen voor het protocol zal het verkrijgen van een goede THz-signaal en het vaststellen van de juiste windowing, die afhankelijk zal zijn van het specifieke systeem wordt gebruikt.
Een primaire beperking van een verse weefsel behandeling techniek is de tijd dat het weefsel wordt blootgesteld aan lucht. Dit protocol is zodanig ontworpen dat het weefsel niet meer dan 1 uur blootgesteld kon blijven om ontbinding voorafgaand aan de pathologiebeoordeling te voorkomen. Dit komt ook tot uiting in de selectie van de stapgrootte van de afbeelding. Het THz-systeem in dit protocol kan elke stapgrootte bereiken van 50-500 μm in stappen van 50 μm, hoewel de maximale ruimtelijke resolutie van het systeem ongeveer 80 μm is vanwege het spectrale gehalte van het THz-signaal. De 200 μm stap in het protocol voldoende detail met behoud van een redelijke scantijd van ~ 30 min. Beoordeling van de tumor monsters door onze consulting patholoog vastgesteld dat deze hoeveelheid blootstelling aan lucht niet schade aan het weefsel veroorzaken op een waarneembare manier op cellulair niveau. Materialen zoals gelatine kunnen echter worden gebruikt om duidelijke THz-beeldvorming te bieden zonder overmatig te drogen, en kunnen worden onderzocht voor toekomstige updates van het protocol29. Voor efficiënt gebruik van de tijd kunnen stappen zoals het zuiveren van het systeem met droge stikstof en het opzetten van de beeldvorming of spectroscopie worden uitgevoerd voordat het weefsel uit het DMEM wordt verwijderd. Dit is ook belangrijk voor toekomstige intraoperatieve toepassingen waarbij de tijd die nodig is voor beeldvorming een belangrijke factor is bij de implementatie van de THz-beeldvorming in de chirurgische workflow.
Het gebruik van dit protocol intraoperatief vertegenwoordigt een potentiële significante daling van de tijd om de chirurgische marges van de tumor te beoordelen van enkele dagen of weken tot enkele minuten. Dit zal worden bereikt wanneer de hardware van het THz-systeem wordt verbeterd om THz-camera's te gebruiken in plaats van stepper motorscanners in de toekomst. Momenteel is de meest gelijkaardige methode die intraoperatief wordt gebruikt specimenradiografie, die transmissieröntgenbeelden van accijnstumoren voor interpretatie door een radioloog neemt om te bepalen of er kanker op het weefseloppervlakte is. Het beschreven beeldvormingsprotocol biedt een middel om het weefseloppervlak direct te laten beeldvorming. Het protocol voor de vers uitgesneden borstkankertumoren kan ook worden gebruikt voor de karakterisering en beeldvorming van elk ander type vers uitgesneden vaste tumor8,9,10,11. Hoewel dit manuscript zich richt op beeldvorming van vers uitgesneden borsttumoren volgens het beschreven protocol, is THz-beeldvorming van de bijbehorende formaline-vaste paraffine-ingebedde weefselblokken ook met succes gevalideerd met pathologie14,15,16,17,19. Imaging protocollen vergelijkbaar met de hier voorgestelde kan worden ontwikkeld voor pathologie ondersteuning bij het analyseren van ingebedde weefsels ook.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren dat ze geen belangenconflict hebben.
Acknowledgments
Dit werk werd gefinancierd door de National Institutes of Health (NIH) Award # R15CA208798 en deels door de National Science Foundation (NSF) Award # 1408007. Financiering voor het gepulseerde THz-systeem werd verkregen via NSF/MRI Award # 1228958. Wij erkennen het gebruik van weefsels verkregen door de National Disease Research Interchange (NDRI) met steun van de NIH subsidie U42OD11158. We erkennen ook de samenwerking met Oklahoma Animal Disease Diagnostic Laboratory aan de Oklahoma State University voor het uitvoeren van de histopathologie procedure op alle weefsels behandeld in dit werk.
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 |
References
- Burford, N. M., El-Shenawee, M. O. Review of terahertz photoconductive antenna technology. Optical Engineering. 56 (1), 010901 (2017).
- Sun, Q., et al. Recent advances in terahertz technology for biomedical applications. Quantitative Imaging in Medicine and Surgery. 7 (3), 345-355 (2017).
- 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).
- Arbab, M. H., et al. Terahertz spectroscopy for the assessment of burn injuries in vivo. Journal of Biomedical Optics. 18 (7), 077004 (2013).
- Sy, S., et al. Terahertz spectroscopy of liver cirrhosis: investigating the origin of contrast. Physics in Medicine and Biology. 55 (24), 7587-7596 (2010).
- 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).
- 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).
- Yamaguchi, S., et al. Brain tumor imaging of rat fresh tissue using terahertz spectroscopy. Scientific Reports. 6 (30124), 1-6 (2016).
- Rong, L., et al. Terahertz in-line digital holography of human hepatocellular carcinoma tissue. Scientific Reports. 5 (8445), 1-6 (2015).
- 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).
- Ji, Y. B., et al. Feasibility of terahertz reflectometry for discrimination of human early gastric cancers. Biomedical Optics Express. 6 (4), 1413-1421 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Bowman, T., et al. Pulsed terahertz imaging of breast cancer in freshly excised murine tumors. Journal of Biomedical Optics. 23 (2), 026004 (2018).
- 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).
- 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).
- Jacobs, L. Positive margins: the challenge continues for breast surgeons. Annals of Surgical Oncology. 15 (5), 1271-1272 (2008).
- 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).
- Fitzgerald, A. J., et al. Terahertz Pulsed Imaging of human breast tumors. Radiology. 239 (2), 533-540 (2006).
- Ashworth, P. C., et al. Terahertz pulsed spectroscopy of freshly excised human breast cancer. Optics Express. 17 (15), 12444-12454 (2009).
- 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).
- Reid, C. B., et al. Terahertz pulsed imaging of freshly excised human colonic tissues. Physics in Medicine and Biology. 56 (1), 4333-4353 (2011).
- Teraview. Teraview.com. , Available from: https://teraview.com (2019).
- Orosco, R. K., et al. Positive Surgical Margins in the 10 Most Common Solid Cancers. Scientific Reports. 8 (1), 1-9 (2018).
- 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).
- 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).
