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 protokoll for nyskåret brystkreft svulster

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

Nyskårne svulster for brystkreft i humant brystkreft er preget av terahertz spektroskopi og bildebehandling etter friske vevshåndteringsprotokoller. Vevposisjonering tas i betraktning for å muliggjøre effektiv karakterisering samtidig som analyse i tide for fremtidige intraoperative applikasjoner.

Abstract

Dette manuskriptet presenterer en protokoll for å håndtere, karakterisere og bilde nyiserte menneskelige brystsvulster ved hjelp av pulserende terahertz bildebehandling og spektroskopi teknikker. Protokollen innebærer terahertz overføringsmodus ved normal forekomst og terahertz refleksjonsmodus i skrå vinkel på 30°. De innsamlede eksperimentelle dataene representerer tidsdomenepulser i det elektriske feltet. Terahertz elektrisk feltsignal som overføres gjennom et fast punkt på det utskårne vevet, behandles gjennom en analytisk modell for å trekke ut brytningsindeksen og absorpsjonskoeffisienten i vevet. Ved hjelp av en stepper motorskanner reflekteres terahertz-utsendte puls fra hver piksel på svulsten som gir et planarbilde av forskjellige vevsregioner. Bildet kan presenteres i tids- eller frekvensdomene. Videre benyttes de utpakkede dataene til brytningsindeksen og absorpsjonskoeffisienten ved hver piksel for å gi et tomografisk terahertz bilde av svulsten. Protokollen viser klar differensiering mellom kreft og sunt vev. På den annen side kan ikke følge protokollen føre til støyende eller unøyaktige bilder på grunn av tilstedeværelsen av luftbobler og væske forblir på tumoroverflaten. Protokollen gir en metode for kirurgiskmarginvurdering av brystsvulster.

Introduction

Terahertz (THz) avbildning og spektroskopi har vært et raskt voksende forskningsområde det siste tiåret. Den fortsatte utviklingen av mer effektive og konsekvente THz-emittere i området 0,1-4 THz har gjort at applikasjonene deres vokser betydelig1. Et område hvor THz har vist løfte og betydelig vekst er biomedisinsk felt2. THz stråling har vist seg å være nonionizing og biologisk trygt på effektnivåene som vanligvis brukes til å analysere fast vev3. Som et resultat har THz-avbildning og spektroskopi blitt brukt til å klassifisere og skille ulike vevsfunksjoner som vanninnhold for å indikere brannskader og helbredelse4,levercirrhose5og kreft i utskåret vev6,7. Kreftvurdering dekker spesielt et bredt spekter av potensielle kliniske og kirurgiske anvendelser, og har blitt undersøkt for kreft i hjernen8, lever9, eggstokkene10, mage-tarmkanalen11, og bryst7,12,13,14,15,16,17,18,19.

THz-applikasjoner for brystkreft er primært fokusert på å støtte brystbevarende kirurgi, eller lumpectomy, via marginvurdering. Målet med en lumpectomy er å fjerne svulsten og et lite lag av omkringliggende sunt vev, i motsetning til full mastektomi, som fjerner hele brystet. Den kirurgiske marginen til det utskårne vevet vurderes deretter via patologi når prøven er festet i formalin, seksjonert, innebygd i parafin, og montert i 4 μm-5 μm skiver på mikroskoplysbilder. Denne prosessen kan være tidkrevende og krever en sekundær kirurgisk prosedyre på et senere tidspunkt hvis en positiv margin observeres20. Gjeldende retningslinjer fra American Society of Radiation Oncology definerer denne positive marginen som å ha kreftceller som kontakter overflatenivåmarginblekket 21. THz-avbildning for høy absorpsjon hydrert vev er primært begrenset til overflateavbildning med noen varierende penetrasjon basert på vevstype, noe som er tilstrekkelig for å møte de kirurgiske behovene til rask marginvurdering. En rask analyse av marginforhold under kirurgisk innstilling vil i stor grad redusere kirurgiske kostnader og oppfølgingsprosedyrehastighet. Hittil har THz vist seg effektiv i differensiering mellom kreft og sunt vev i formalin-fikset, parafin-innebygd (FFPE) vev, men ytterligere undersøkelse er nødvendig for å gi pålitelig påvisning av kreft i nylig utskårne vev7.

Denne protokollen beskriver trinnene for å utføre THz-avbildning og spektroskopi på nylig utskårne menneskelige vevsprøver hentet fra en biobank. THz-applikasjoner bygget på nyskåret humant brystkreftvev har sjelden blitt brukt i publisert forskning7,,18,22,23, spesielt av forskningsgrupper som ikke er integrert med et sykehus. Bruken av nyskåret vev er også sjelden for andre kreftapplikasjoner, med de fleste ikke-brystkreft humane krefteksempler som rapporteres for tykktarmskreft24,25. En grunn til dette er at FFPE vev blokker er langt enklere å få tilgang til og håndtere enn ferskt excised vev med mindre THz-systemet som brukes til studien er en del av den kirurgiske arbeidsflyten. På samme måte er de fleste kommersielle laboratorie-THz-systemer ikke forberedt på å håndtere friskt vev, og de som gjør det, er fortsatt i fasen ei fase med cellelinjevekst eller har bare begynt å se på utskåret vev fra dyremodeller. Å bruke THz på en intraoperativ innstilling krever at bilde- og karakteriseringstrinn utvikles for friskt vev på forhånd, slik at analysen ikke forstyrrer evnen til å utføre standard patologi. For applikasjoner som ikke er iboende ment å være intraoperative, er karakteriseringen av friskt vev fortsatt et utfordrende skritt som må tas opp for å arbeide mot in vivo-applikasjoner og differensiering.

Målet med dette arbeidet er å gi en retningslinje for THz-applikasjon for nyskåret vev ved hjelp av et kommersielt THz-system. Protokollen ble utviklet på en THz bilde- og spektroskopisystem26 for murine brystkreft svulster13,17,19 og ble utvidet til menneskelig kirurgisk vev hentet fra biobanker7,18. Mens protokollen ble generert for brystkreft, kan de samme konseptene brukes på lignende THz bildesystemer og andre typer solid-tumor kreft som behandles med kirurgi der suksess avhenger av margin vurdering27. På grunn av en ganske liten mengde publiserte THz-resultater på nyskåret vev, er dette det første arbeidet med forfatternes kunnskap for å fokusere på protokollen om fersk vevshåndtering for THz-avbildning og karakterisering.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne protokollen følger alle kravene fastsatt av Environmental Health and Safety avdeling ved University of Arkansas.

1. Sett opp vevshåndteringsområdet

  1. Ta et metallbrett i rustfritt stål og dekk den med biohazard posen som vist i figur 1. Enhver håndtering av det biologiske vevet vil bli utført innenfor skuffområdet (dvs. vevshåndteringsområdet).
  2. Forbered laboratoriepinsett, vevsservietter, papirhåndklær, filterpapirpakke, vevsfargetflasker, blekemiddelflaske og etanolflaske rundt brettet for enkel tilgang ved behov. Oppbevar eventuelt brukt vev, servietter og hansker på den biologiske materialoverflaten for å kaste på slutten av protokollen.
  3. Fyll et 50 ml sentrifugerør med opptil 45 ml 10 % nøytralbufret formalin og plasser det i sentrifugelagringsbrettet i nærheten av vevshåndteringsbrettet.

Figure 1
Figur 1: Oppsett av vevshåndteringsområde. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

2. Håndtering av frisk brystkreftsvulst for THz-transmisjonsspektroskopi

FORSIKTIG: Før du håndterer levende vev, ta på deg nitrilhansker, vernebriller, ansiktsmaske og laboratoriefrakk. Bruk alltid laboratoriepinsett til å håndtere vev og unngå å berøre dem direkte med hendene. Alt arbeid med friskt vev utenfor en forseglet beholder eller skannestadiet skal utføres på vevshåndteringsområdet etablert i trinn 1.1.

MERK: Alle vev som håndteres i dette arbeidet ble sendt i Dulbecco's Modified Eagle medium (DMEM) og antibiotikaløsning fra biobanken.

  1. Fjern bulksvulsten fra DMEM-løsningen og plasser den i en petriskål på vevshåndteringsområdet (se figur 2A).
  2. Fra grov inspeksjon, identifisere forskjellige tumorregioner for å skjære små stykker for overføring karakterisering. Klipp et 0,5 mm tykt segment av svulst fra de identifiserte punktene ved hjelp av et lavt profilblad i rustfritt stål, som vist i figur 2B. Plasser denne skiver delen mellom to kvarts vinduer med en avstandsstykke på 0,1 mm tykkelse i en flytende prøveholder, som vist i figur 2C.

Figure 2
Figur 2: Tumorsnitting for THz-overføringsspektroskopimålingene. (A) Fotografi av bulk svulsten. (B) Fotografi av de små delene (0, 5 mm) av svulsten kuttet fra bulksvulsten. (C) Den skivede tumorseksjonen plassert i væskeprøveholderen mellom de to kvartsvinduene med en 0,1 mm polytetrafluoretylenavstandsstykke for spektroskopimåling. Figur publisert på nytt fra T. Bowman et al.18 med tillatelse fra SPIE. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

3. THz Transmission Spectroscopy Målinger

  1. Sett transmisjonsspektroskopimodulen inne i THz kjernekammeret ved å justere modulhåndtakene over monteringsstolpene i kjernesystemet og skyve scenen ned i systemet. Stram de to monteringsskruene øverst til høyre og nedre venstre hjørne av modulen som vist i figur 3A.
  2. Tøm systemet med tørr nitrogengass ved 5 l/min (LPM) under hele spektroskopiprosedyren for å fjerne vanndamp fra prøverommet.
  3. Åpne tHz-overføringsspektroskopimålingsprogramvaren fra skrivebordet som er koblet til THz-systemet. Det vil åpne opp hovedvinduet.
  4. Klikk på Skann-fanen øverst i vinduet. Et Spectra Scan Setup-vindu vises. Fra rullegardinmenyen i kategorien Målemodus øverst til høyre i vinduet velger du Overføring for å konfigurere transmisjonsspektroskopi. Hvis toppen ikke vises automatisk, merker du av for Aktiver under kategorien Manuelt toppsøk og går manuelt den optiske forsinkelsen for å få toppen i sikte.
  5. Etter 30 minutter med utfasing registrerer du et luftreferansesignal ved å følge trinnene nedenfor.
    1. Under kategorien Skanneinnstillinger i vinduet konfigurering av spektraskanning skriver du inn et passende navn for referansefilen, angir Num-skanninger til 1800 og setter Startforsinkelse (s)til 0. La de andre innstillingene være standardverdier.
    2. Klikk på Målereferanse i skanneoppsettvinduet for å ta måling av luftreferanse. Klikk deretter på Mål eksempel for å måle overføringssignalet gjennom luft som et utvalg gjennomsnitt på 1800 signaler over ~ 1 min.

Figure 3
Figur 3: THz transmisjonspektroskopimoduloppsett. (A) THz kjernekammer med overføringsmodulen montert på den. (B) Et bilde av væskeprøveholderen. (C) Prøveholderen plassert inne i kjernekammeret for målingene. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

  1. Mål de to kvartsvinduene i væskeprøveholderen som vist i figur 3B.
    1. Plasser de to kvartsvinduene i væskeprøveholderen uten avstandsavstand i mellom.
    2. Åpne THz kjernekammeret. Monter væskeprøveholderen på transmisjonsspektroskopimodulen, som vist i figur 3C. Lukk.
    3. Klikk på Skann-fanen i hovedvinduet. Gjenta trinn 3.5.1–3.5.2 for kvartsprøven, men oppdater Startforsinkelse (s)til 900. Dette gir tid til å rense vanndamp før måling.
    4. Hvis kvartsen er ønsket som referanse for flere eksempler, klikker du på Fjern referanse-fanen under Skanneinnstillinger. Dette fjerner luftreferansen. Klikk deretter på målreferansefanen for å registrere kvartsmålingene som en ny referanse.
  2. Plasser den skivede tumorseksjonen mellom de to kvartsvinduene inne i væskeprøveholderen og plasser holderen inne i kammeret for en enkeltpunktsoverføringsmåling av vevet. Hvis du vil registrere målingen, gjentar du trinn 3.6.3.
  3. Ta væskeprøveholderen ut av kammeret når målingene er fullført og bringe den til området som er angitt for vevshåndtering. Demonter væskeprøveholderen, tørk tumordelen fra kvartsvinduene med vevsserviettene, og plasser de brukte vevsserviettene i samme brett for å kvitte seg med biohazardposen sammen med annet biohazard avfall.
  4. Gjenta trinn 2.2, 3.7 og 3.8 etter behov for å karakterisere flere tumorskiver. Når målingene er fullført, går du til hovedvinduet og klikker på Fil-fanen for å lagre måledataene. Lukk programvarevinduet.

4. Håndtering av frisk brystkreftsvulst for THz Reflection Mode Imaging

  1. Fjern den friske tumorprøven fra DMEM og antibiotikaløsningen og plasser den på en petriskål. Ved hjelp av grov inspeksjon, velg en side av svulsten som skal avbildes som er tilstrekkelig flat og har lite blod og få blodkar. Unngå å bildevev med blod eller blodårer hvis mulig.
  2. Plasser svulsten med siden som skal avbildet på filterpapir i klasse 1 for å tørke overflødig DMEM og fjerne vevet av væske eller sekreter fra svulsten, som vist i figur 4A. Sett svulsten på filterpapiret om til et tørt sted når papiret metter. Tørk svulsten i ~ 5 min.

Figure 4
Figur 4: Frisk tumorprøveforberedelse for THz-avbildning. (A) Tumor plassert på filterpapir for å tørke. (B) Tumor plassert på polystyren plate over bildevinduet med vev tørk pads for å absorbere overflødig væske. (C) Tumor sett nedenfra for å spore orientering og se etter luftbobler. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

  1. Demonter overføringsspektroskopimodulen og sett speilbasen refleksjonsmodulen (RIM) på THz-kjernesystemet som vist i figur 5A. Når du setter speilene, monterer du RIM-skannefasen over speilsokkelen og skrur det inn i kjernesystemet (se figur 5B).
  2. Tøm systemet med tørr nitrogengass ved 5 LPM i 30 min før bildebehandlingsprosedyren for å fjerne vanndamp fra prøverommet. Etter 30 min, reduser mengden tørr nitrogengass til 3 LPM for resten av tiden systemet er i bruk.
  3. Plasser en polystyrenplate av tykkelse ~ 1,2 mm på skannevinduet på diameter ~ 37 mm. Midtstill skannevinduet sammen med polystyrenplaten på prøvestadiet.

Figure 5
Figur 5: Systemoppsett for refleksjonsavbildning. (A) Speilbase for refleksjonsbildemodul. (B) Skannestadium. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

MERK: Andre tykkelser og platematerialer er egnet for trinn 4.5, men bør ha en jevn tykkelse og være av lav nok absorpsjon til ikke å hindre THz-signalet.

  1. Åpne tHz refleksjon bildebehandlingsmåling programvare fra skrivebordet koblet til THz-systemet. Et vindu vil dukke opp som viser flere dialogikoner for bestemte funksjoner og to undervinduer for THz-feltplott (vilkårlige enheter a.u.) mot henholdsvis tid og frekvens.
  2. Hvis du vil angi parameterne for RIM-oppsettet, klikker du på Ikonet Bildeparameterdialog øverst i vinduet. Vinduet Parametere for bildeanskaffelse vises. Velg RIM fra rullegardinmenyen i Mal-fanen for oppsett av refleksjonsbildebilde. Hit OK og gå tilbake til hovedvinduet i programvaren.
  3. I hovedvinduet klikker du på ikonet For å kunne skanne fast punkt. Dette vil aktivere THz-antennene for å begynne å sende hendelsen THz-signalet og motta det reflekterte THz-signalet fra ett enkelt punkt på polystyrenplaten.
  4. Klikk på Motor Stage Dialog-ikonet øverst i hovedvinduet. Motorkontrollvinduet åpnes. Juster den optiske forsinkelsesaksen ved å klikke på pilene forover/bakover for å sentrere den reflekterte pulsen fra polystyren i hovedvinduet.
    MERK: Etter justering av den optiske forsinkelsesaksen, skal det vises to pulser på vinduet, som vist i figur 6: en fra det nedre grensesnittet til polystyrenplaten (primær refleksjon), og en fra det øvre grensesnittet til polystyrenplaten (sekundær refleksjon).
  5. Vindu ut den primære refleksjonen fra polystyrenplaten og hold den sekundære refleksjonen i vinduet, noe som vil bidra til refleksjoner fra vevet under bildeprosedyren. Dette gjøres i to trinn.
    1. Først klikker du på DAQ-innstillinger-knappen øverst i hovedvinduet for å åpne dialogboksen DAQ-innstillinger. Endre den optiske forsinkelsesverdien fra 5 V (standard) til 4 V.
    2. For det andre justerskannefasens vertikale posisjon med mikrometerskalaen på skannestadiet til minimaet til den sekundære pulsen er den sterkeste. Juster den optiske forsinkelsen av aksen i motorkontrollvinduet for å sette den primære refleksjonen utenfor rekkevidden til det reflekterte signalet som måles.
      MERK: For en 1,2 mm tykk polystyrenplate vindus den primære refleksjonen ut når den sekundære refleksjonminimumstoppen er omtrent -0,3 mm på den optiske forsinkelsesaksen i tidsdomenevinduet.

Figure 6
Figur 6: THz refleksjoner fra de nedre og øvre grensesnittene til polystyrenplaten. (A) THz signal hendelse til og reflektert fra en 1,2 mm tykk polystyren plate. (B) Målte primære og sekundære THz-tidsdomenesignaler fra polystyren. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

  1. Utjevne prøvestadiet og registrer referansesignalet.
    1. Velg to punkter på hver akse (A-akse og B-akse) som betegner steder på polystyrenplaten nær kanten av prøvevinduet. For A-aksen som strekker seg fra -15 mm–15 mm, kan for eksempel de to posisjonspunktene være -10 mm og 10 mm; og for B-aksen fra -15 mm –15 mm, kan de to posisjonspunktene være -10 mm og 10 mm.
    2. Klikk på Dialog for motorkontroll knappen for å åpne motorkontrollvinduet. Sett på nytt motorkontrollvinduet og hovedprogramvarevinduet slik at tidsdomenesignalet er synlig under justering av motorposisjonene. Sett både A-aksen og B-aksen til 0 mm.
    3. Niveller A-aksen ved hjelp av følgende trinn. En -10 mm –10 mm rekkevidde brukes som eksempel.
    4. I vinduet Motorkontrollendrer du verdien for A-aksen fra 0 til -10 og trykker Enter. Scenen flyttes til -10 mm-posisjonen på A-aksen og et skifte i signalposisjonen på hovedvinduet observeres.
    5. Bruk den justerbare mikrometerskalaen på skannefasen som vises i figur 5B for å flytte minimumstoppen av signalet tilbake til posisjonen som er angitt i trinn 4.10.2.
    6. Endre A-akseverdien til +10, og trykk enter. Fasen vil nå gå fra -10 mm posisjon til +10 mm posisjon på A-aksen og et skifte i signalet observeres igjen. Legg merke til retningen og avstanden som signalet forskjøvet fra sin forrige posisjon, og endre A-akseverdien igjen til -10. Signalet vil gå tilbake til posisjonen som er angitt i trinn 4.11.5.
    7. Drei nivelleringsskruen på A-aksen i skannefasen, som vist i figur 5B, og skift signalet for å doble avstanden i samme retning som det beveget seg fra den opprinnelige posisjonen. Bruk mikrometeret på skannestadiet til å flytte signalet tilbake til den opprinnelige posisjonen (-0,3 mm for 1,2 mm polystyren).
    8. Gjenta trinn 4.11,6–4.11,7 til signalet på +10 og -10 er like, og toppen for begge posisjonene er fokusert på den opprinnelige posisjonen (-0,3 mm på den optiske aksen).
  2. Når utjevningen av A-aksen er oppnådd, endrer du A-akseverdien til 0 og gjentar den samme prosedyren for B-aksen. Start med å endre verdien for B-aksen i motorkontrollvinduet fra 0 til den mest positive verdien (for eksempel +10 mm). Bruk også nivelleringsskruen på B-aksen i skannefasen, som vises i figur 5B.
  3. Når begge aksene er jevnet, returnerer du både A-aksen og B-aksen til 0 mm. Lukk motorkontrollvinduet og kontroller at signalet er i sin opprinnelige posisjon i tilfelle det forskyves litt.
  4. Ta opp dette signalet som referanse.
    1. Gå til vinduet Angi EGENSKAPER FOR DAQ. Endre gjennomsnittsverdien til 5 og behold alle andre parametere som standard.
    2. Klikk på Ny referanse. Snitttelleren øverst til høyre i vinduet teller fra 0–20. Når telleren når 20, endrer du gjennomsnittsverdien til 1 og klikker OK. Det reflekterte signalet fra polystyren vil bli lagret som referanse for eventuelle skanninger tatt senere.
      MERK: Hvis bare THz-bildeprosedyren må utføres, er det best å utføre trinn 4,3–4,14 før du tar tumorvevet ut av DMEM-løsningen.
  5. Monter svulsten på polystyrenplaten som dekker skannetrinnsvinduet.
    1. Fjern bildevinduet fra skannestadiet og ta det med til vevshåndteringsområdet. Plasser svulsten på en polystyrenplate, som vist i figur 4B.
    2. Sørg for at det ikke er noen signifikante luftbobler mellom platen og svulsten. Hvis luftbobler observeres, trykk svulsten med pinsett eller løft svulsten og rull den forsiktig på polystyren til lufthullene minimeres.
    3. Plasser absorptive avstandsmålere med jevne mellomrom rundt testprøven som vist i figur 4B. Plasser en annen polystyrenplate over svulsten og trykk forsiktig for å gjøre tumoroverflaten så flat som mulig. Tape ned denne polystyren-tumor-polystyren ordningen på prøvevinduet.
  6. Vend prøvevinduet som vist i figur 4C, og ta bilder av svulsten for å holde oversikt over retningen. Returner prøvevinduet med svulsten til skannestadiet.
  7. Klikk på Dialogboksen Bildeparameter for å åpne vinduet Bildeanskaffelsesparametere. Angi verdiene til Axis1min, Axis1max, Axis2minog Axis2max for å omslutte plasseringen av svulsten i bildevinduet
    MERK: Som standard er Axis1 A-aksen, og Axis2 er B-aksen.
  8. Sett Axis1step og Axis2step til 0,2 mm for bildeskanningen.
    MERK: Hvis du angir Axis1step og Axis2step, settes trinnstørrelsen til trinnstørrelsen til 200 μm under skanneprosessen. Den totale skannetiden kan beregnes i vinduet Parametere for bildeanskaffelse.
  9. Klikk på Mål-fanen i hovedvinduet, og velg alternativet Flyback 2D Scan. I vinduet som dukker opp, angir du katalogen og filnavnet som du vil lagre skannedataene under.

5. Etterbehandling av det friske vevet som forberedelse til histopatologiprosedyre

  1. Når du er ferdig med skanneprosessen, fjerner du prøvevinduet, polystyrenplater og prøver fra kjerne-THz-systemet og flytter dem til området som er utpekt for farlig avfall. Fjern svulsten fra polystyrenplaten og legg den på et flatt stykke papp av en størrelse som kan sammenlignes med svulsten. Pass på at retningen på svulsten er den samme som den var på polystyren, med bildeansiktet som berører papp.
  2. Dypp en bomullspinne i rødt vevsfarge og beis venstre side av svulsten ned til der kanten av svulsten kontakter papp. På samme måte flekker du på høyre side av svulsten med blått vevsfarge. Beis den eksponerte overflaten av svulsten med en linje med gul vevsfarge som forbinder den røde flekken til den blå flekken for å betegne baksiden av prøven, som vist i figur 7A.
    MERK: For å hindre at blekket flekker formalinoppløsningen, bruk bare et tynt lag på vevet. Dette kan oppnås ved å dabbing bomullspinne på en annen overflate før du flekker vevet eller ved hjelp av en ren bomullspinne for å tørke av overflødig farge. Unngå å la dye kontakte huden eller klærne. Denne tumorfargingsprosessen utføres som en referanse for å gi informasjon om svulstens bildeside og dens orientering til patologen.

Figure 7
Figur 7: Etterbehandling på svulsten etter THz-avbildning. (A) Tumor plassert med forsiden ned på pappholderen og dyed med vev merking dye. (B) Filterpapir plassert over svulst og teipet for å opprettholde kontakten. (C) Farget svulst festet på papp nedsenket i 10% nøytral bufret formalin løsning og forseglet med parafilm. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

  1. La blekket tørke i rundt 3–4 min. Klipp et filterpapir med samme omtrentlige dimensjoner som papp. Plasser den på svulsten og pakk et stykke tape helt rundt filterpapiret og papp som vist i figur 7B. Båndet og filterpapiret skal sikre svulsten mot papp uten å påføre noe betydelig trykk.
  2. Dypp det beisede vevet festet til papp i 10% nøytral bufret formalinløsning og forsegle sentrifugerøret ved hjelp av en parafinfilm, som vist i figur 7C. Angi prøvenummer, dato, vevstype og tumornummer for prøven på røretiketten. Send svulsten til patologen for videre histopatologibehandling.

6. Farlig avfallshåndtering

  1. Samle alt avfallet fra vevshåndteringsbrettet sammen med biohazard posen som brukes til å dekke brettet og legg det i en ny biohazard bag, som vist i figur 8. Ta posen til det utpekte biofarlige avfallsområdet i bygningen og sett en avtale med miljøhelse- og sikkerhetsavdelingen (EH&S) for avfallet. Rengjør vevshåndteringsbrettet og området rundt bordet med 10 % blekemiddeloppløsning og etanol.

Figure 8
Figur 8: Fotografi av den biologiske avfallsposen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

  1. Ta væskeprøveholderen med avstandsglass og kvartsvinduer, prøvetakingsvindu der svulsten ble montert, polystyrenplater og laboratoriepinsett til vaskeområdet. Skyll alle materialer med vann og deretter 10% blekemiddelløsning, tørk med papirhåndklær etter behov for å fjerne vevsavfall. Skyll igjen med vann, skrubb med alkookseoppløsning og skyll grundig. For glass og plasttøy, skyll i 70% isopropylalkohol og sett til side for å tørke.
    MERK: Når svulsten er i formalin og prøverommet er rent, kan databehandling håndteres samtidig som bildebehandling eller senere.

7. Databehandling for å konstruere THz-bilder

  1. Eksporter de lagrede TVL-datafilene fra THz-systemet. Rådatafilene hentet fra systemet er skrevet i Python og leses best i Python før de lagres som MATLAB-datafiler.
  2. Hvis du vil konstruere THz-bildet av det skannede friske vevet, konverterer du dataene for råtidsdomenerefleksjon til frekvensdomenet ved hjelp av Fourier-transformering på den tredje dimensjonen av rådatamatrisen (dvs. tidsdimensjonen). Ta også Fourier-transformeringen av referansedataene.
    MERK: Et typisk frekvensdomenespektrum bør gi data som spenner fra 0,1 THz–4 THz.
  3. Normaliser eksempeldataene med referansedataene og utfør strømspektra basert på integrering av de normaliserte dataene over frekvensområdet fra f1 = 0,5 THz til f2 = 1,0 THz ved hjelp av følgende ligning19:
    Equation 1
    MERK: Her e-prøven er frekvensdomenerefleksjonsbildedataene til vevsprøven, og E-referanse er frekvensdomenet til et enkeltpunktrefleksjonsdata for referansesignalet.
  4. Konstruer det todimensjonale bildet ved å plotte de beregnede strømspektradataene på hvert punkt i matrisen som er definert av A-aksen og B-aksen. Dette er kjent som power spectra THz-bildet.
    MERK: Metoden for å få et tomografisk THz-bilde er i stedet beskrevet i trinn 7,5–7,7.
  5. For karakterisering beregner du den teoretiske frekvensavhengige refleksjonen for en rekke potensielle vevsegenskaper ved hjelp av følgende ligning18:
    Equation 2
    MERK: Her er ρT,ij den komplekse Fresnel refleksjonskoeffisienten mellom region i og region j;dj er tykkelsen på region j; og θj er forplantningsvinkelen i region j relatert til insidensvinkelen etter Snells lov. Equation 3 er den komplekse forplantningskoeffisienten i region j, hvor ω er vinkelfrekvensen, c er lysets hastighet i vakuum, nj er den virkelige delen av brytningsindeksen, og αabs, j er absorpsjonskoeffisienten18. Region 1 er luft, Region 2 er polystyrenplaten, og Region 3 er vevet.
  6. Beregn refleksjonen i ligningen (2) for en rekke brukerdefinerte brytningsindekser og absorpsjonskoeffisienter for region 3 (n3 og αabs,3) og sammenlign med det målte signalet på hvert punkt for å beregne den kombinerte gjennomsnittlige kvadrerte feilen for størrelsen og fasen.
    MERK: Løsningen for brytningsindeksen og absorpsjonskoeffisienten er parverdier som gir den laveste feilen.
  7. Konstruer tomografisk THz-bildet fra den utpakkede brytningsindeksen og absorpsjonskoeffisientdata (n3 og αabs,3) ved hver piksel. Analyser tumorområdene ved å sammenligne med patologilysbildebildet hentet fra patologen. Representative resultater vises i figur 9,med eksempler på utilstrekkelig overholdelse av protokollen i figur 10 og figur 11.

8. Ekstraksjon av elektriske egenskaper av vevet ved hjelp av overføringsspektroskopidata

  1. I hovedvinduet i THz overføring spektroskopi måling programvare, gå til Fil kategorien og klikk på Eksporter alternativet. Et vindu vil dukke opp for å velge datatype og eksempel som skal eksporteres. Velg Datatyper for transmittans og overføring fase for målinger av kvarts- og vevsprøve.
  2. Beregn teoretisk frekvensavhengig overføring for en rekke potensielle vevsegenskaper ved hjelp av følgende ligning15:
    Equation 4
    MERK: Her Icon 3 er forholdet mellom Fresnel overføringskoeffisienter for prøve- og referanseoppsettene; γ1 og γ3 er de komplekse forplantningskonstantene av henholdsvis luft og vev; og d er tykkelsen på vevet. Overføringskonstanten generelt er definert som Equation 5 . ñ er den komplekse brytningsindeksen definert som Equation 6 , der n er den virkelige delen av brytningsindeksen; c er lysets hastighet; ω er vinkelfrekvensen; og αabs er absorpsjonskoeffisienten15.
  3. Beregn den kombinerte gjennomsnittlige kvadrerte feilen mellom omfanget og fasen av overføringen i ligningen (3) og måledataene fra systemet for en rekke brukerdefinerte n- og αabs-verdier.
    MERK: Løsningen for brytningsindeksen og absorpsjonskoeffisienten er parverdier som gir den laveste feilen.
  4. Plott de utpakkede brytningsindeksen og absorpsjonskoeffisientdataene mot frekvensområdet fra 0,15–3,5 THz. Representative resultater vises i figur 12.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

THz bildebehandlingsresultater18 oppnådd etter ovennevnte protokoll for human brystkreft tumor prøve #ND14139 mottatt fra biobank er presentert i figur 9. Ifølge patologirapporten var #ND14139 svulst en I/II-klasse som infiltrerer ductal carcinoma (IDC) hentet fra en 49 år gammel kvinne via en venstre brystlumpectomy kirurgi prosedyre. Bildet av svulsten er vist i figur 9A, patologibildet i figur 9B, og THz-effektspektrombildet oppnådd ved hjelp av ligning (1) i protokollen er vist i figur 9C. Vurderingen av patologibildet ble gjort av vår rådgivende patolog ved Oklahoma State University. Ved korrelering av THz-bildet med patologibildet, var det klart at kreftområdet (dvs. den røde fargeregionen i figur 9C) viste høyere refleksjon enn fettområdet (dvs. den blå fargeregionen i figur 9C). Den blå sirkelen nær midten av kreftregionen i figur 9C skyldtes tilstedeværelsen av en luftboble under svulsten under bildeprosessen.

Tomografiske bilder basert på de elektriske egenskapene til svulsten som er oppnådd ved hjelp av den ovennevnte diskuterte modellen for hver piksel (totalt 2477 piksler) presenteres også. De tomografiske bildene basert på absorpsjonskoeffisienten(cm-1) data (α- bilder) og brytningsindeks(n- bilde) av svulsten oppnådd ved frekvens 0,5 THz og 1,0 THz er vist i figur 9D, 9E, 9Fog 9G, henholdsvis. Etter hvert som frekvensen økte, økte de beregnede absorpsjonskoeffisientene (cm-1)verdiene for kreft- og fettpikslene, med kreftpiksler som viste høyere verdier enn fett ved begge frekvensene. Til sammenligning gikk brytningsindeksen for begge vevene ned etter hvert som frekvensen økte. Det bør bemerkes at den målte fasen ble gjenstand for mikrometer-skala variasjoner i bildestadiet utjevning, polystyren plate tykkelse, og stepper motor jitter som frekvensen økte. For eksempel var de horisontale linjene observert i figur 9E og 9G på grunn av det lille faseskiftet introdusert av steppermotorene under skanneprosessen, som ikke ble observert ved lavere frekvenser.

Figure 9
Figur 9: Analyse av brystkreftsvulst #ND14139 ved hjelp av THz-bildeteknikk. FotografiAav svulsten. (B) Lav effekt patologi bilde av svulsten. (C) THz effektspektrombilde over frekvensområdet 0,5 THz–1,0 THz. (D) THz tomografisk absorpsjonskoeffisient bilde oppnådd ved 0,5 THz. Dette bildet ble konstruert ved hjelp av de ekstraherte absorpsjonskoeffisientene på hver piksel fra tumorens rå refleksjonsavbildningsdata. (E) Absorpsjon koeffisient bilde innhentet ved 1,0 THz. (F) Brytningsindeksbilde (n- bilde) innhentet ved 0,5 THz. Dette bildet ble konstruert ved hjelp av de utpakkede brytningsindeksdataene på hver piksel fra tumorens rå refleksjonsbildedata. (G) Brytningsindeksbilde (n- bilde) innhentet ved 1,0 THz. Figur publisert på nytt fra T. Bowman et al.18 med tillatelse fra SPIE. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

THz-resultatene som ble diskutert i figur 9 ble oppnådd ved å følge den beskrevne protokollen. Utilstrekkelig håndtering av vevet kan føre til villedende bildebehandlingsresultater. For eksempel, THz imaging resulterer i figur 10 for menneskelig brystkreft svulst #ND10405 viser effekten av utilstrekkelig tørking. Overflødig DMEM-løsning i vevet dominerte THz-effektspektromet av svulsten i figur 10B28 med høy refleksjon som ikke korrelerer med patologibildet vist i figur 10A28. Dette førte til et falskt positivt resultat, noe som tyder på en større tilstedeværelse av kreft i svulsten. DMEM viste en tilsvarende høy brytningsindeks og absorpsjonskoeffisient til vann, som sett i figur 10C19 og 10D19, så det anbefales sterkt å tørke svulsten riktig før bildebehandling.

Figure 10
Figur 10: Effekten på tumoravbildning tatt ut av DMEM-løsningen uten tørking ved hjelp av filterpapir. (A) Lav effekt patologi bilde av svulsten #ND10405. (B) THz effektspektromebilde av tumor #ND10405 over frekvensområdet 0,5 THz–1,0 THz. (C) Overføringsbrytningsindeksplottet for DMEM, PBS og vann fra 0,15 THz–3,5 THz. (D) Overføringsabsorpsjonskoeffisienten (cm–1)plott for DMEM, PBS, og vann som spenner fra 0,15 THz-3,5 THz. Figur 10A, 10B er republisert fra T. Bowman et al.28 med tillatelse fra IEEE og Figur 10C, Figur 10D er republisert fra N. Vohra et al.19 med tillatelse fra IOP Publishing, Ltd. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Et annet eksempel på utilstrekkelig overholdelse av protokollen er vist for tumor #ND11713 i figur 11. I dette tilfellet ble luftboblene mellom polystyrenplaten og svulsten ikke fjernet da svulsten ble plassert på platen for bildeprosedyren. Dette resulterte i flere steder med lav refleksjon over THz-bildet i figur 11B, noe som forhindret nøyaktig sammenligning med patologien i figur 11A. Dermed, hvis noen luftbobler observeres etter å ha plassert svulsten på platen, trykk den med pinsettene eller løft svulsten og rull den forsiktig på polystyren til lufthullene er fjernet.

Figure 11
Figur 11: Artefaktene i THz-bildet forårsaket av tilstedeværelsen av luftbobler mellom polystyrenplaten og svulsten. (A) Lav effekt patologi bilde av tumor #ND11713. (B ) THz effektspektromet bilde av tumor #ND11713 over frekvensområdet fra 0,5-1,0 THz. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren. B

Overføringsspektroskopiresultater18 for samme prøve (# ND14139) er presentert i figur 12. Tumorseksjoner ble tatt Icon 1 Icon 1 fra punkter og i figur 12A og karakterisert etter protokollen. Begge utvalgte punkter ble tatt fra kreftvevsregionen i svulsten i henhold til patologibildet i figur 12B. Ekstraherende absorpsjonskoeffisient og brytningsindeks for begge tumorseksjonene er presentert i figur 12C,D. Begge punktene viste god enighet for hele frekvensområdet. Den svarte kurven fra 0,15–2 THz i figur 12C og figur 12D representerer data innhentet fra litteraturen23 for å sammenligne resultatene oppnådd i vårt arbeid.

Figure 12
Figur 12: Karakteriseringen av brystkreftsvulst #ND14139 ved hjelp av THz-transmisjonsspektroskopi. (A) Bildet av svulsten Icon 1 med Icon 1 to utvalgte punkter merket og hvorfra de 0,5 mm tykke delene av svulsten ble kuttet for overføringsspektroskopimålingene. (B) Lav effekt patologi bilde av svulsten. (C) Overføringsabsorpsjonskoeffisienten (cm–1) tomt fra 0,15–3,5 THz på punkter–1 Icon 1 og Icon 1 . (D) Overføringsbrytningsindeksplottet varierer fra 0,15–3,5 THz ved punkter Icon 1 og Icon 1 . Figur publisert på nytt fra T. Bowman et al.18 med tillatelse fra SPIE. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Effektiv THz refleksjon bildebehandling av friskt vev er primært avhengig av to kritiske aspekter: 1) riktig vurdering av vevhåndtering (avsnitt 2 og 4.15); og 2) trinnoppsettet (primært pkt. 4.11). Utilstrekkelig tørking av vevet kan føre til økt refleksjon og manglende evne til å visualisere regioner på grunn av høye refleksjoner av DMEM og andre væsker. I mellomtiden skaper dårlig vevskontakt med bildevinduet ringer eller flekker med lav refleksjon i THz-refleksjonsbildet som skjuler resultatene. Ekstra innsats bør tas for å sikre god vevskontakt med bildevinduet, inkludert å flytte vevet for å få et bedre grensesnitt. For vevkarakterisering må ytterligere hensyn for trinnoppsettet implementeres nøye. Feil balansering av scenen med enda noen få mikron kan forårsake betydelige endringer i den beregnede brytningsindeksen og absorpsjonskoeffisienten i vevet. Dette kan også være et resultat av å bruke for mye trykk på vevet når du monterer det på bildevinduet, noe som kan føre til bøyning av polystyrenplaten. For nøyaktige beregninger må referansesignalet som er valgt for karakterisering, også hentes fra samme faseplan av bildet for å unngå kunstig faseskift.

Hovedområdet der protokollen kan endres er i de dielektriske materialene som brukes til å montere vevet, for eksempel kvarts (pkt. 3.6–3.7) og polystyren (fra og med pkt. 4.5). Så lenge de valgte vindusmaterialene er jevnt tykke og av lav nok absorpsjon til å ha god signalinteraksjon med svulsten, kan andre materialer erstattes. Materialer bør evalueres på forhånd for å avgjøre om de gir et tilstrekkelig faseplan. Alternativt, for systemer der bildevinduet skal fikses, kan en ikke-uniform vindustykkelse løses ved å karakterisere faseskiftet beregnet fra en tom vindusskanning. Det er også noe rom for endring i hvordan vevet er montert for forsendelse til patologen. Mens vevmerking fargestoffer brukes her ut av konvensjonen, er det viktige aspektet å ha en metode på plass som muliggjør sammenligning mellom THz-avbildningen og patologien. De primære feilsøkingsbekymringene for protokollen vil innebære å få et godt THz-signal og etablere riktig vindu, noe som vil avhenge av det spesifikke systemet som brukes.

En primær begrensning av enhver frisk vevhåndteringsteknikk er tiden da vevet utsettes for luft. Denne protokollen ble utformet slik at vevet kunne forbli utsatt for ikke mer enn 1 h for å unngå nedbrytning før patologivurderingen. Dette gjenspeiles også i valget av trinnstørrelsen på bildet. THz-systemet i denne protokollen kan nå hvilken som helst trinnstørrelse fra 50–500 μm i trinn på 50 μm, selv om den maksimale romlige oppløsningen til systemet er rundt 80 μm på grunn av spektralinnholdet i THz-signalet. Det 200 μm trinnet i protokollen ga tilstrekkelig detalj samtidig opprettholde en rimelig skanning tid på ~ 30 min. Vurdering av tumorprøver av vår konsulent patolog fastslått at denne mengden lufteksponering ikke forårsaker skade på vevet på en observerbar måte på mobilnivå. Materialer som gelatin kan imidlertid brukes til å gi klar THz-avbildning uten overdreven tørking, og kan undersøkes for fremtidige oppdateringer av protokollen29. For effektiv bruk av tid kan trinn som rensing av systemet med tørt nitrogen og sette opp bilde- eller spektroskopien utføres før vevet fjernes fra DMEM. Dette er også viktig for fremtidige intraoperative applikasjoner der tiden det tar for bildebehandling er en viktig faktor for å implementere THz-avbildningen i den kirurgiske arbeidsflyten.

Bruk av denne protokollen intraoperativt representerer en potensiell betydelig reduksjon i tiden for å vurdere de kirurgiske marginene av svulsten fra flere dager eller uker til noen få minutter. Dette vil bli oppnådd når maskinvaren til THz-systemet er forbedret for å bruke THz-kameraer i stedet for stepper motorskannere i fremtiden. I dag er den mest samme metoden som brukes intraoperativt prøveradiografi, som tar overføring røntgenbilder av utskårne svulster for tolkning av en radiolog for å avgjøre om det er kreft på vevoverflaten. Den beskrevne bildeprotokollen gir et middel til direkte avbildning av vevsoverflaten. Protokollen for de nyiserte brystkreftsvulstene kan også brukes til karakterisering og avbildning av andre typer nyskåret solid tumor8,9,10,11. Mens dette manuskriptet fokuserer på å bilde av nyskårne brystsvulster etter den beskrevne protokollen, har THz-avbildning av de tilknyttede formalin-faste parafin-innebygde vevsblokkene også blitt validert med patologi14,15,16,17,19. Imaging protokoller som ligner på den som er foreslått her kan utvikles for patologi støtte i å analysere innebygdvev også.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer at de ikke har noen interessekonflikt.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble finansiert av National Institutes of Health (NIH) Award # R15CA208798 og delvis av National Science Foundation (NSF) Award # 1408007. Finansiering av det pulserende THz-systemet ble innhentet gjennom NSF/MRI Award # 1228958. Vi erkjenner bruken av vev anskaffet av National Disease Research Interchange (NDRI) med støtte fra NIH-stipendet U42OD11158. Vi anerkjenner også samarbeidet med Oklahoma Animal Disease Diagnostic Laboratory ved Oklahoma State University for å gjennomføre histopatologiprosedyren på alle vevene som håndteres i dette arbeidet.

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 kreftforskning terahertz refleksjon avbildning terahertz overføring spektroskopi human brystkreft svulster brytningsindeks absorpsjon koeffisient
Terahertz imaging og karakterisering protokoll for nyskåret brystkreft svulster
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