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 och karakterisering protokoll för nyligen strukna bröstcancertumörer

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

Nyligen strukits mänskliga bröstcancer tumörer kännetecknas med terahertz spektroskopi och bildbehandling efter färsk vävnad hantering protokoll. Vävnadspositionering beaktas för att möjliggöra effektiv karakterisering samtidigt som analys i tid för framtida intraoperativa tillämpningar.

Abstract

Detta manuskript presenterar ett protokoll för att hantera, karakterisera och bild nyligen strukits mänskliga bröst tumörer med pulsade terahertz imaging och spektroskopi tekniker. Protokollet innebär terahertz transmissionsläge vid normal incidens och terahertz reflektionsläge i en sned vinkel på 30°. De insamlade experimentella data representerar tiddomänpulser i det elektriska fältet. Terahertz elektriska fältsignal som överförs genom en fast punkt på den strukna vävnaden bearbetas genom en analytisk modell för att extrahera brytningsindex och absorptionskoefficienten i vävnaden. Med hjälp av en stepper motor scanner, terahertz avges puls reflekteras från varje pixel på tumören ger en plana bild av olika vävnadsregioner. Bilden kan visas i tid eller frekvensdomän. Dessutom används de extraherade data av brytningsindex och absorptionskoefficienten vid varje pixel för att ge en tomographic terahertz bild av tumören. Protokollet visar tydlig differentiering mellan cancerogena och friska vävnader. Å andra sidan, inte följa protokollet kan resultera i bullriga eller felaktiga bilder på grund av närvaron av luftbubblor och vätska kvar på tumörytan. Protokollet ger en metod för kirurgiska marginaler bedömning av brösttumörer.

Introduction

Terahertz (THz) bildbehandling och spektroskopi har varit ett snabbt växande forskningsområde under det senaste decenniet. Den fortsatta utvecklingen av effektivare och mer konsekventa THz-utsläppskällor i intervallet 0,1–4 THz har fått deras tillämpningar att växa betydligt1. Ett område där THz har visat lovande och betydande tillväxt är det biomedicinska fältet2. THz-strålning har visat sig vara nonioniserande och biologiskt säker vid de effektnivåer som vanligtvis används för att analysera fasta vävnader3. Som ett resultat, THz imaging och spektroskopi har använts för att klassificera och differentiera olika vävnadsfunktioner såsom vattenhalt för att indikera brännskador och helande4,levercirros5, och cancer i strukna vävnader6,7. Cancerbedömning i synnerhet omfattar ett brett spektrum av potentiella kliniska och kirurgiska tillämpningar, och har undersökts för cancer i hjärnan8, lever9, äggstockarna10,mag-tarmkanalen11, och bröst7,12,13,14,15,16,17,18,19.

THz applikationer för bröstcancer är främst inriktade på att stödja bröst spara kirurgi, eller lumpectomy, via marginal bedömning. Målet med en lumpectomy är att ta bort tumören och ett litet lager av omgivande frisk vävnad, i motsats till full mastektomi, som tar bort hela bröstet. Den kirurgiska marginalen för den strukna vävnaden bedöms sedan via patologi när provet har fastställts i formalin, snittas, inbäddad i paraffin och monteras i 4 μm-5 μm skivor på mikroskop diabilder. Denna process kan vara tidskrävande och kräver ett sekundärt kirurgiskt ingrepp vid ett senare tillfälle om en positiv marginal observeras20. Nuvarande riktlinjer från American Society of Radiation Oncology definiera denna positiva marginal som att ha cancerceller som kontaktar ytan-nivå marginal bläck21. THz imaging för hög absorption hydrerad vävnad är främst begränsad till ytavbildning med viss varierande penetration baserat på vävnadstyp, vilket är tillräckligt för att möta de kirurgiska behoven av snabb marginalbedömning. En snabb analys av marginalen villkor under kirurgiska inställningen skulle kraftigt minska kirurgiska kostnader och uppföljning förfarande takt. Hittills har THz visat sig vara effektivt för att skilja mellan cancer och frisk vävnad i formalin-fasta, paraffin-inbäddade (FFPE) vävnader, men ytterligare undersökning behövs för att ge tillförlitlig upptäckt av cancer i nyligen strukna vävnader7.

Detta protokoll beskriver stegen för att utföra THz-avbildning och spektroskopi på nyligen strukna mänskliga vävnadsprover som erhållits från en biobank. THz applikationer byggda på nyligen strukna mänskliga bröstcancer vävnader har sällan använts i publicerad forskning7,18,22,23, särskilt av forskargrupper som inte är integrerade med ett sjukhus. Användningen av nyligen strukna vävnader är också sällsynt för andra cancer applikationer, med de flesta icke-bröstcancer exempel rapporteras för tjocktarmscancer24,25. En anledning till detta är att FFPE vävnadsblock är mycket lättare att komma åt och hantera än nyligen struken vävnad om inte THz-systemet som används för studien är en del av det kirurgiska arbetsflödet. På samma sätt är de flesta kommersiella laboratorie-THz-system inte beredda att hantera färsk vävnad, och de som gör är fortfarande i de stadier av att använda celllinjen tillväxt eller har bara börjat titta på struken vävnad från djurmodeller. För att tillämpa THz på en intraoperativ inställning krävs att bild- och karakteriseringssteg utvecklas för färsk vävnad i förväg så att analysen inte stör förmågan att utföra vanlig patologi. För applikationer som inte är avsedda att vara intraoperativ, karakterisering av färsk vävnad är fortfarande ett utmanande steg som måste åtgärdas för att arbeta mot in vivo applikationer och differentiering.

Syftet med detta arbete är att tillhandahålla en riktlinje för THz-tillämpning för nystruken vävnad med hjälp av ett kommersiellt THz-system. Protokollet har utvecklats på en THz imaging och spektroskopi system26 för murine bröstcancer tumörer13,17,19 och utvidgades till mänsklig kirurgisk vävnad som erhållits från biobanker7,18. Medan protokollet genererades för bröstcancer, samma begrepp kan tillämpas på liknande THz bildsystem och andra typer av solid-tumör cancer som behandlas med kirurgi där framgång beror på marginal bedömning27. På grund av en ganska liten mängd publicerade THz resultat på nyligen strukna vävnader, detta är det första arbetet med författarnas kunskap att fokusera på protokollet för färsk vävnad hantering för THz imaging och karakterisering.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Detta protokoll följer alla krav som fastställts av Environmental Health and Safety institutionen vid University of Arkansas.

1. Inrätta vävnadshanteringsområdet

  1. Ta en metallbricka i rostfritt stål och täck den med den biohazardpåse som visas i figur 1. All hantering av de biologiska vävnaderna kommer att utföras inom fackområdet (dvs. vävnadshanteringsområdet).
  2. Förbered laboratoriepincett, vävnadsservetter, pappershanddukar, filterpappersförpackningar, vävnadsfärgflaskor, blekmedelsflaska och etanolflaska runt facket för enkel åtkomst när det behövs. Förvara alla använda vävnader, våtservetter och handskar på den biofarligt materialytan för att kassera i slutet av protokollet.
  3. Fyll ett 50 ml centrifugrör med upp till 45 ml 10 % neutralt buffrat formalin och placera det i centrifugförvaringsfacket nära vävnadshanteringsfacket.

Figure 1
Figur 1: Inställning av vävnadshanteringsområde. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

2. Hantering av färsk bröstcancer tumör för THz Transmission Spektroskopi

VARNING: Innan du hanterar några levande vävnader, sätta på nitrilhandskar, ögonskydd glasögon, en ansiktsmask, och en labbrock. Använd alltid laboratoriepincett för att hantera vävnader och undvika att röra dem direkt med händerna. Allt arbete med färsk vävnad utanför en förseglad behållare eller skanningsfasen bör utföras vid det vävnadshanteringsområde som fastställs i steg 1.1.

OBS: Alla vävnader som hanteras i detta arbete levererades i Dulbecco's Modified Eagle's medium (DMEM) och antibiotika lösning från biobanken.

  1. Ta bort bulktumören från DMEM-lösningen och placera den i en petriskål på vävnadshanteringsområdet (se figur 2A).
  2. Från brutto inspektion, identifiera distinkta tumör regioner som att skära små bitar för överföring karakterisering. Skär ett 0,5 mm tjockt tumörsegment från de identifierade punkterna med hjälp av ett blad med låg profil av rostfritt stål, som visas i figur 2B. Placera den här skivade delen mellan två kvartsfönster med en mellanslag på en tjocklek på 0,1 mm i en vätskeprovhållare, enligt figur 2C.

Figure 2
Figur 2: Tumörsektionering för THz-transmissionsspektroskopimätningarna. (A)Fotografi av bulktumören. (B) Fotografi av de små sektionerna (0,5 mm) av tumören skär från bulktumören. (C)Den skivade tumörsektionen som placeras i vätskeprovshållaren mellan de två kvartsfönstren med en 0,1 mm polytetrafluoretylensträckt för spektroskopimätning. Figur publiceras från T. Bowman et al.18 med tillstånd från SPIE. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

3. THz Transmissionsspektroskopimätningar

  1. Ställ in transmissionsspektroskopimodulen inuti THz-kärnkammaren genom att rikta in modulhandtagen över monteringsstolparna i kärnsystemet och skjuta ner scenen i systemet. Dra åt de två monteringsskruvarna i den övre högra och nedre vänstra hörnen av modulen som visas i figur 3A.
  2. Rensa systemet med torr kvävegas vid 5 L/min (LPM) under hela spektroskopiförfarandet för att avlägsna vattenånga från provutrymmet.
  3. Öppna THz-programmet för mätning av överföringsspektroskopi från skrivbordet som är anslutet till THz-systemet. Det kommer att öppna upp huvudfönstret.
  4. Klicka på fliken Skanna högst upp i fönstret. Ett inställningsfönster för Spectra Scan visas. Välj Överföring för att ställa in överföringsspektroskopi på den nedrullningsbara menyn på fliken Mätläge längst upp till höger i fönstret. Om toppen inte visas automatiskt kontrollerar du alternativet Aktivera under fliken Manuell toppsökning och stegar den optiska fördröjningen manuellt för att visa toppen.
  5. Efter 30 minuters rensning, registrera en luftreferenssignal genom att följa stegen nedan.
    1. Under fliken Skanningsinställningar i inställningsfönstret för spektrainputering anger du ett lämpligt namn för referensfilen, anger Num Scans till 1 800 och ställer in startfördröjningen (s)till 0. Låt de andra inställningarna vara standardvärden.
    2. Klicka på Mätreferens i skanningsinställningsfönstret för att ta luftreferensmätningen. Klicka sedan på Mätprov för att mäta överföringssignalen genom luften som ett provgenomsnitt på 1 800 signaler över ~1 min.

Figure 3
Bild 3: THz överföring spektroskopi modul setup. (A) THz kärnkammare med transmissionsmodulen monterad på den. b)Ett fotografi av innehavaren av flytande provet. (C)Provhållaren placeras inuti kärnkammaren för mätningarna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Mät de två kvartsfönstren i vätskeprovhållaren enligt figur 3B.
    1. Placera de två kvartsfönstren i vätskeprovhållaren utan mellanslag.
    2. Öppna THz kärnkammare. Montera vätskeprovhållaren på transmissionsspektroskopimodulen enligt figur 3C. Stäng kammaren.
    3. Klicka på fliken Skanna i huvudfönstret. Upprepa steg 3.5.1–3.5.2 för kvartsprovet, men uppdatera Startfördröjningen (s)till 900. Detta ger tid att rensa någon vattenånga före mätning.
    4. Om kvartsen önskas som referens för ytterligare exempel klickar du på fliken Rensa referens under skanningsinställningarna. Detta rensar luftreferensen. Klicka sedan på fliken Mätreferens för att registrera kvartsmätningarna som en ny referens.
  2. Placera den skivade tumördelen mellan de två kvartsfönstren inuti vätskeprovhållaren och placera hållaren inuti kammaren för en enda punktöverföringsmätning av vävnaden. Om du vill registrera mätningen upprepar du steg 3.6.3.
  3. Ta ut vätskeprovhållaren ur kammaren när mätningarna är slutförda och för den till det område som är avsett för vävnadshantering. Ta isär vätskeprovshållaren, torka tumörsektionen från kvartsfönstren med vävnadsservetterna och placera de använda vävnadsservetterna i samma bricka för att kasta i den biohazardpåsen tillsammans med det andra biologiska avfallsavfallet.
  4. Upprepa steg 2.2, 3.7 och 3.8 efter behov för att karakterisera ytterligare tumörskivor. När mätningarna är klara går du till huvudfönstret och klickar på fliken Arkiv för att spara mätdata. Stäng programfönstret.

4. Hantering av färsk bröstcancer tumör för THz Reflektionsläge Imaging

  1. Ta bort färsk tumörprov från DMEM och antibiotika lösning och placera den på en petriskål. Med hjälp av grov inspektion, välj en sida av tumören som ska avbildas som är tillräckligt platt och har lite blod och få blodkärl. Undvik att avbilda vävnad med blod eller blodkärl om möjligt.
  2. Placera tumören med den sida som ska avbildas på klass 1 filterpapper för att torka överskottet DMEM och rensa vävnaden av vätska eller sekret från tumören, som visas i figur 4A. Flytta tumören på filterpapperet till en torr plats som papperet mättar. Torka tumören i ~5 min.

Figure 4
Figur 4: Färsk tumörprovpreparat för THz-avbildning. (A) Tumör placeras på filterpapper för att torka. (B) Tumör placeras på polystyren plattan över bildframställning fönstret med vävnad torka kuddar för att absorbera överflödiga vätskor. (C)Tumör ses underifrån för att spåra orientering och kontrollera om luftbubblor. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Avmontera transmissionsspektroskopimodulen och ställ in spegelbasen för reflektionsbildmodulen (RIM) på THz-kärnsystemet enligt figur 5A. När du ställer in speglarna monterar du RIM-skanningsfasen ovanför spegelbasen och skruvar fast den i kärnsystemet (se bild 5B).
  2. Rensa systemet med torr kvävegas vid 5 LPM i 30 min före avbildningsproceduren för att avlägsna vattenånga från provutrymmet. Efter 30 min, minska mängden torr kvävegas till 3 LPM för resten av tiden systemet används.
  3. Placera en polystyren platta av tjocklek ~ 1,2 mm på skanningsfönstret i diameter ~37 mm. Centrera skanningsfönstret tillsammans med polystyrenplattan på provstadiet.

Figure 5
Bild 5: Systeminställningar för reflektionsbilder. (A) Reflektion bildåtergivning modul spegel bas. (B)Skanning skede. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

OBS: Andra tjocklekar och plåtmaterial är lämpliga för steg 4.5 men bör ha en jämn tjocklek och vara tillräckligt låg för att inte hindra THz-signalen.

  1. Öppna THz reflektionsbildmätningsprogram från skrivbordet som är anslutet till THz-systemet. Ett fönster visas i flera dialogikoner för specifika funktioner och två underfönster för THz-fältdiagram (godtyckliga enheter a.u.) mot tid respektive frekvens.
  2. Om du vill ställa in parametrarna för RIM-upplägget klickar du på ikonen Bildparameterdialogruta högst upp i fönstret. Fönstret Parametrar för bildinsamling visas. Välj RIM på den nedrullningsbara menyn på fliken Mall för reflektionsavbildning. Hit OK och gå tillbaka till huvudfönstret i programvaran.
  3. Klicka på ikonen Scan med fast punkt i huvudfönstret. Detta aktiverar THz-antennerna för att börja skicka den infallande THz-signalen och ta emot den reflekterade THz-signalen från en enda punkt på polystyrenplattan.
  4. Klicka på ikonen Motor Stage Dialog högst upp i huvudfönstret. Motorkontrollfönstret öppnas. Justera den optiska fördröjningsaxeln genom att klicka på pilarna framåt/bakåt för att centrera den reflekterade pulsen från polystyren i huvudfönstret.
    OBS: Efter justering av den optiska fördröjningsaxeln bör två pulser visas på fönstret, som visas i figur 6:en från polystyrenplattans nedre gränssnitt (primär reflektion) och en från polystyrenplattans övre gränssnitt (sekundär reflektion).
  5. Fönster ut den primära reflektionen från polystyrenplattan och håll den sekundära reflektionen i fönstret, vilket kommer att bidra till reflektionerna från vävnaden under bildtagningsproceduren. Detta görs i två steg.
    1. Klicka först på DAQ-inställningsknappen högst upp i huvudfönstret för att öppna dialogrutan DAQ-inställningar. Ändra det optiska fördröjningsvärdet från 5 V (standard) till 4 V.
    2. För det andra justerar du skanningsfasens vertikala position med mikrometerskalan på skanningsfasen tills minima av den sekundära pulsen är den starkaste. Justera den optiska fördröjningen för axeln i motorkontrollfönstret för att placera den primära reflektionen utanför det område för den reflekterade signalen som mäts.
      OBS: För en 1,2 mm tjock polystyrenplatta fönsteras den primära reflektionen ut när den sekundära reflektionsminimum är ca -0,3 mm på tiddomänfönstrets optiska fördröjningsaxel.

Figure 6
Figur 6: THz reflektioner från polystyrenplattans nedre och övre gränssnitt. (A)THz signal incident till och reflekteras från en 1,2 mm tjock polystyren platta. (B)Uppmätta primära och sekundära THz tidsdomänsignaler från polystyren. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Jämna ut provfasen och registrera referenssignalen.
    1. Välj två punkter på varje axel (A-axel och B-axel) som anger platser på polystyrenplattan nära kanten av provfönstret. För A-axeln från -15 mm–15 mm kan till exempel de två positionspunkterna vara -10 mm och 10 mm. och för B-axeln från -15 mm–15 mm kan de två positionspunkterna vara -10 mm och 10 mm.
    2. Klicka på knappen Motorstyrningsdialog för att öppna motorstyrningsfönstret. Flytta motorstyrningsfönstret och huvudprogramvarufönstret så att tidsdomänsignalen är synlig när motorpositionerna justeras. Ställ in både A-axeln och B-axeln på 0 mm.
    3. Jämna ut A-axeln med hjälp av följande steg. Ett område på -10 mm–10 mm används som exempel.
    4. Ändra värdet för A-axeln från 0 till -10 i fönstret Motorstyrningfrån 0 till -10 och tryck på Retur. Scenen flyttas till -10 mm-positionen på A-axeln och en förskjutning av signalpositionen på huvudfönstret observeras.
    5. Använd den justerbara mikrometerskalan på skanningsstadiet som visas i bild 5B för att flytta tillbaka signalens minsta topp till det läge som anges i steg 4.10.2.
    6. Ändra värdet A-axeln till +10 och tryck enter. Scenen kommer nu att röra sig från -10 mm-läget till +10 mm-positionen på A-axeln och en förskjutning av signalen observeras igen. Notera riktningen och avståndet som signalen skiftade från sin tidigare position och ändra A-axelns värde igen till -10. Signalen återgår till det läge som ställs in i steg 4.11.5.
    7. Vrid utjämningsskruven på skanningsstegets A-axel, som visas i bild 5B och flytta signalen så att avståndet fördubblas i samma riktning som den rörde sig från det ursprungliga läget. Använd mikrometern på skanningssteget för att flytta tillbaka signalen till det ursprungliga läget (-0,3 mm för 1,2 mm polystyren).
    8. Upprepa steg 4.11.6–4.11.7 tills signalen vid +10 och -10 är lika och toppen för båda positionerna är fokuserad på det ursprungliga läget (-0,3 mm på den optiska axeln).
  2. När A-axelns utjämning har uppnåtts ändrar du A-axelns värde till 0 och upprepar samma procedur för B-axeln. Börja med att ändra värdet på B-axeln på motorkontrollfönstret från 0 till det mest positiva värdet (till exempel +10 mm). Använd även nivelleringsskruven på skanningsfasens B-axel, som visas i bild 5B.
  3. När båda axlarna har planats, returnera både A-axeln och B-axeln till 0 mm. Stäng motorkontrollfönstret och kontrollera att signalen är i sitt ursprungliga läge om den flyttas lite.
  4. Spela in den här signalen som referens.
    1. Gå till fönstret ange DAQ-egenskaper. Ändra medelvärdet till 5 och behåll alla andra parametrar som standard.
    2. Klicka på Ny referens. Den genomsnittliga räknaren längst upp till höger i fönstret kommer att räknas från 0–20. När räknaren når 20 ändrar du medelvärdet till 1 och klickar på OK. Den reflekterade signalen från polystyren kommer att sparas som referens för alla skanningar som tas senare.
      OBS: Om endast THz-bildbehandlingsproceduren måste utföras är det bäst att utföra steg 4.3–4.14 innan du tar bort tumörvävnaden ur DMEM-lösningen.
  5. Montera tumören på polystyrenplattan som täcker skanningsscenfönstret.
    1. Ta bort bildfönstret från skanningsfasen och ta det till vävnadshanteringsområdet. Placera tumören på en polystyrenplatta, som visas i figur 4B.
    2. Se till att det inte finns några betydande luftbubblor mellan plattan och tumören. Om luftbubblor observeras, tryck på tumören med pincett eller lyft tumören och rulla försiktigt den på polystyren tills luftspalterna minimeras.
    3. Placera absorptiva distanser med jämna mellanrum runt provet enligt figur 4B. Placera en annan polystyren platta ovanför tumören och tryck försiktigt för att göra tumörytan så platt som möjligt. Tejpa ner denna polystyren-tumör-polystyren arrangemang på provet fönstret.
  6. Vänd provfönstret som visas i figur 4C, och ta bilder av tumören för att föra ett register över dess orientering. Returnera provfönstret med tumören till skanningsfasen.
  7. Klicka på dialogrutan Bildparameter för att öppna fönstret Bildinsamlingsparametrar. Ange värdena för Axis1min, Axis1max, Axis2minoch Axis2max så att tumörens position helt omsluts i bildfönstret
    Som standard är Axis1 A-axeln och Axel2 är B-axeln.
  8. Ställ in Axis1step och Axis2step till 0,2 mm för avbildningsskanning.
    OBS: Om du ställer in Axis1step och Axis2step ställs stegstorleken in på stegstorleken på 200 μm under skanningsprocessen. Den totala genomsökningstiden kan beräknas i fönstret Parametrar för bildförvärv.
  9. Klicka på fliken Mät i huvudfönstret och välj alternativet Flyback 2D Scan. I fönstret som dyker upp anger du katalogen och filnamnet som ska sparas genomsökningsdata.

5. Efterbearbetning av färsk vävnad som förberedelse för histopathology förfarande

  1. När skanningsprocessen är klar tar du bort provfönstret, polystyrenplattorna och provet från kärn-THz-systemet och flyttar dem till det område som är avsett för farligt avfall. Ta bort tumören från polystyrenplattan och placera den på en platt bit kartong av en storlek jämförbar med tumörens. Se till att tumörens orientering är densamma som på polystyren, med bildbehandlingsytan vidrör kartongen.
  2. Doppa en bomullspinne i rött vävnadsfärgämne och färga vänster sida av tumören ner till där tumörens kant kontaktar kartongen. På samma sätt, fläcka den högra sidan av tumören med blå vävnad färgämne. Färga tumörens exponerade yta med en linje av gult vävnadsfärgämne som förbinder den röda fläcken med den blå fläcken för att beteckna baksidan av provet, som visas i figur 7A.
    OBS: För att förhindra att bläcket färgar formalinlösningen, applicera endast ett tunt lager på vävnaden. Detta kan åstadkommas genom att dabbing bomullspinne på en annan yta innan färgning vävnaden eller med hjälp av en ren bomullspinne för att torka bort eventuellt överskott färgämne. Undvik att låta färgen komma i kontakt med hud eller kläder. Denna tumör-färgning process utförs som en referens för att ge information om tumörens bildbehandling sida och dess orientering till patologen.

Figure 7
Figur 7: Efter bearbetning på tumören efter THz-avbildning. (A) Tumör placeras nedåt på kartong hållare och färgade med vävnad märkning färgämne. (B) Filterpapper placeras över tumör och tejpade för att upprätthålla kontakten. (C)Betsad tumör fast på kartongen nedsänkt i 10% neutral buffrad formalinlösning och förseglad med parafilm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Låt bläcket torka i ca 3-4 min. Skär ett filterpapper med samma ungefärliga dimensioner som kartongen. Placera den på tumören och linda en bit tejp helt runt filterpapper och kartong som visas i figur 7B. Tejpen och filterpapper bör säkra tumören mot kartongen utan att tillämpa något betydande tryck.
  2. Sänk ned den färgade vävnaden som fästs på kartongen i 10 % neutral buffrad formalinlösning och försegla centrifugröret med hjälp av en paraffinfilm, enligt figur 7C. Ange provnummer, datum, vävnadstyp och tumörnummer för provet på röretiketten. Skicka tumören till patologen för ytterligare histopathologybearbetning.

6. Bortskaffande av farligt avfall

  1. Samla allt avfall från vävnadshanteringsbrickan tillsammans med den biohazardpåse som används för att täcka facket och lägg det i en ny biohazard påse, som visas i figur 8. Ta med påsen till det angivna biohazardous avfallsområdet i byggnaden och boka tid hos avdelningen för miljöhälsa och säkerhet (EH&S) för avfallsupphämtningen. Rengör vävnadshanteringsbrickan och det omgivande området på bordet med 10% blekmedelslösning och etanol.

Figure 8
Figur 8: Foto av den biohazardous avfallspåsen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Ta vätskeprovhållaren med distanser och kvartsfönster, provtagningsfönster där tumören monterades, polystyrenplattor och laboratoriepincett till tvättområdet. Skölj alla material med vatten och sedan 10% blekmedel lösning, torka med pappershanddukar som behövs för att ta bort vävnad skräp. Skölj igen med vatten, skrubba med alkonoxlösning och skölj noggrant. För glas och plastartiklar, skölj i 70% isopropylalkohol och ställ åt sidan för att torka.
    OBS: När tumören är i formalin och provutrymmet är rent, kan databehandling hanteras samtidigt som bildbehandling eller en senare tidpunkt.

7. Databehandling för att konstruera THz-bilder

  1. Exportera de sparade .tvl-datafilerna från THz-systemet. De rådatafiler som hämtas från systemet är skrivna i Python och läss bäst i Python innan de sparas som MATLAB-datafiler.
  2. Om du vill konstruera THz-bilden av den skannade färska vävnaden konverterar du de råa tidsdomänreflektionsdata till frekvensdomänen med Fourier-transformering på den tredje dimensionen av rådatamatrisen (dvs. tidsdimensionen). Ta också Fourier-transformeringen av referensdata.
    OBS: Ett typiskt frekvensdomänspektrum bör tillhandahålla data från 0,1 THz–4 THz.
  3. Normalisera exempeldata med referensdata och utför effektspektra baserat på integreringen av de normaliserade data över frekvensområdet från f1 = 0,5 THz till f2 = 1,0 THz med hjälp av följande ekvation19:
    Equation 1
    OBS: Här E-provet är frekvensdomänreflektionsdata för vävnadsprovet och E-referensen är frekvensdomänen för en enda punktreflektionsdata för referenssignalen.
  4. Konstruera den tvådimensionella bilden genom att rita de beräknade effektspektradata vid varje punkt i matrisen som definieras av A-axeln och B-axeln. Detta kallas power spectra THz-bilden.
    OBS: Metoden för att få en tomographic THz-bild beskrivs istället i steg 7.5–7.7.
  5. För karakterisering, beräkna den teoretiska frekvensberoende reflektionen för en rad potentiella vävnadsegenskaper med hjälp av följande ekvation18:
    Equation 2
    OBS: Här är ρT,ij den komplexa Fresnel reflektionskoefficienten mellan region i och region j;dj är tjockleken på region j; och θj är förökningsvinkeln i region j relaterad till incidensvinkeln av Snells lag. Equation 3 är hyförökningskoefficienten i region j, där ω är vinkelfrekvensen, c är ljusets hastighet i vakuum, nj är den verkliga delen av brytningsindexet och αabs,j är absorptionskoefficienten18. Region 1 är luft, region 2 är polystyrenplattan och region 3 är vävnaden.
  6. Beräkna reflektionen i ekvationen (2) för ett intervall av användardefinierade brytningsindex och absorptionskoefficienter för region 3 (n3 och αabs,3) och jämför med den uppmätta signalen vid varje punkt för att beräkna det kombinerade medelkvadratfelet för magnitud och fas.
    OBS: Lösningen för brytningsindex och absorptionskoefficient är det värdepar som ger det lägsta felet.
  7. Konstruera den tomografiska THz-bilden från de extraherade brytningsindex- och absorptionskoefficientdata(n3 och αabs,3) vid varje pixel. Analysera tumörregionerna genom att jämföra med patologibilden som erhålls från patologen. Representativa resultat visas i figur 9,med exempel på otillräcklig anslutning till protokollet i figur 10 och figur 11.

8. Extraktion av elektriska egenskaper hos vävnaden med hjälp av transmissionsspektroskopidata

  1. På huvudfönstret i THz överföring spektroskopi mätning programvara, gå till fliken Arkiv och klicka på export alternativet. Ett fönster visas för att välja den datatyp och det exempel som ska exporteras. Välj Datatyper för överförings- och överföringsfas för kvarts- och vävnadsprovmätningar.
  2. Beräkna den teoretiska frekvensberoende överföringen för en rad potentiella vävnadsegenskaper med hjälp av följande ekvation15:
    Equation 4
    OBS: Här Icon 3 är förhållandet mellan Fresnel transmissionskoefficienter för provet och referensinställningar; Γ1 och γ3 är de komplexa förökningskonstanterna av luft respektive vävnad. och d är vävnadens tjocklek. Förökningskonstanten definieras Equation 5 i allmänhet som . ñ är det komplexa brytningsindex som definieras som Equation 6 , där n är den verkliga delen av brytningsindexet, c är ljusets hastighet, ω är vinkelfrekvensen; och αabs är absorptionskoefficienten15.
  3. Beräkna det kombinerade medelkvadratfelet mellan överföringens storlek och fas i ekvationen (3) och mätdata från systemet för ett intervall av användardefinierade n- ochα-abs-värden. α
    OBS: Lösningen för brytningsindex och absorptionskoefficient är det värdepar som ger det lägsta felet.
  4. Rita de extraherade brytningsindex- och absorptionskoefficientdatana mot frekvensområdet från 0,15–3,5 THz. Representativa resultat visas i figur 12.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De THz-bildframställningsresultat18 som erhållits efter ovannämnda protokoll från humant bröstcancertumörprover #ND14139 som erhållits från biobanken presenteras i figur 9. Enligt patologi rapporten var #ND14139 tumör en I/II grad infiltrera duktal carcinom (IDC) som erhållits från en 49-årig kvinna via en vänster bröst lumpectomy kirurgi förfarande. Fotografiet av tumören visas i figur 9A, patologibilden i figur 9B, och THz effektspektrabilden som erhålls med ekvation (1) i protokollet visas i figur 9C. Bedömningen av patologi bilden gjordes av vår konsult patolog vid Oklahoma State University. När du korrelerade THz-bilden med patologibilden stod det klart att cancerregionen (dvs. den röda färgregionen i figur 9C) visade högre reflektion än fettregionen (dvs. den blå färgregionen i figur 9C). Den blå cirkeln nära centrum av cancer regionen i figur 9C berodde på förekomsten av en luft bubbla under tumören under bildframställningsprocessen.

Tomografiska bilder baserade på de elektriska egenskaperna hos tumören erhålls med hjälp av ovanstående diskuteras modell för varje pixel (2.477 pixlar totalt) presenteras också. De tomografiska bilderna baserade på absorptionskoefficienten (cm-1) data (α- bilder) och brytningsindex(n- bild) data av tumören som erhållits vid frekvens 0,5 THz och 1,0 THz visas i figur 9D, 9E, 9Foch 9G, respektive. I takt med att frekvensen ökade ökade de beräknade absorptionskoefficienterna (cm-1)för cancer- och fettpixlarna, med cancerpixlar som visade högre värden än fett vid båda frekvenserna. Brytningsindex för båda vävnaderna minskade däremot i takt med att frekvensen ökade. Det bör noteras att den uppmätta fasen blev föremål för mikrometerskala variationer i bildbehandling skede utjämning, polystyren plåt tjocklek, och stegmotor jitter som frekvensen ökade. Till exempel berodde de horisontella linjer som observerades i figur 9E och 9G på den lilla fasförskjutning som infördes av stegmotorerna under skanningsprocessen, som inte observerades vid lägre frekvenser.

Figure 9
Figur 9: Analys av bröstcancer tumör #ND14139 med hjälp av THz bildteknik. (A) Fotografi av tumören. (B) Låg effekt patologi bild av tumören. (C) THz effektspektra bild över frekvensområdet 0,5 THz-1,0 THz.(D)THz tomografisk absorptionskoefficient bild erhålls vid 0,5 THz. Denna bild konstruerades med hjälp av extraherade absorptionskoefficient data vid varje pixel från rå reflektion imaging data av tumör. (E)Absorptionskoefficient bild erhålls vid 1,0 THz.(F)Brytningsindex bild (n- bild) erhålls vid 0,5 THz. Denna bild konstruerades med hjälp av extraherade brytningsindex data vid varje pixel från rå reflektion imaging data av tumör. (G) Brytningsindex bild (n- bild) erhålls vid 1,0 THz. Figur publiceras från T. Bowman et al.18 med tillstånd från SPIE. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

THz-resultaten som diskuterades i figur 9 erhölls genom att framgångsrikt följa det beskrivna protokollet. Otillräcklig hantering av vävnaden kan leda till missvisande bildresultat. THz imaging resulterar till exempel i figur 10 för human bröstcancertumör #ND10405 visar effekterna av otillräcklig torkning. Överskott DMEM lösning i vävnaden dominerade THz effekt spektra bild av tumören i figur 10B28 med hög reflektion som inte korrelerar till patologi bilden visas i figur 10A28. Detta ledde till ett falskt positivt resultat, vilket tyder på en större närvaro av cancer i tumören. DMEM visade en liknande hög brytning index och absorptionskoefficient till vatten, som ses i figur 10C19 och 10D19, så det rekommenderas starkt att torka tumör ordentligt innan bildframställning.

Figure 10
Figur 10: Effekten på tumöravbildning som tagits ur DMEM-lösningen utan att torka med filterpapper. (A) Låg effekt patologi bild av tumören #ND10405. (B)THz effektspektrabild av tumör #ND10405 över frekvensområdet 0,5 THz–1,0 THz.(C)Transmissionsbrytningsindexområdet för DMEM, PBS och vatten från 0,15 THz–3,5 THz.(D)Transmissionsabsorptionskoefficienten (cm–1)område för DMEM, PBS, och vatten från 0,15 THz-3,5 THz. Figur 10A, 10B publiceras från T. Bowman et al.28 med tillstånd från IEEE och figur 10C, Figur 10D publiceras från N. Vohra et al.19 med tillstånd från IOP Publishing, Ltd. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Ett annat exempel på otillräcklig anslutning till protokollet visas för tumör #ND11713 i figur 11. I detta fall var luften bubblor mellan polystyren plattan och tumören togs inte bort när tumören placerades på plattan för bildframställning förfarandet. Detta resulterade i flera fläckar av låg reflektion över THz-bilden i figur 11B, vilket förhindrade en korrekt jämförelse med patologin i figur 11A. Således, om några luftbubblor observeras efter att ha placerat tumören på plattan, tryck den med pincetten eller lyft tumören och rulla försiktigt den på polystyren tills luftspalterna avlägsnas.

Figure 11
Figur 11: Artefakterna i THz-bilden som orsakas av närvaron av luftbubblor mellan polystyrenplattan och tumören. (A) Låg effekt patologi bild av tumör #ND11713. (B) THz effektspektra bild av tumör #ND11713 över frekvensområdet från 0,5-1,0 THz. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Överföringsspektroskopiresultat18 för samma prov (# ND14139) presenteras i figur 12. Tumör avsnitt togs från Icon 1 Icon 1 punkter och i figur 12A och kännetecknas efter protokollet. Båda utvalda punkter togs från cancer vävnad regionen i tumören enligt patologi bilden i figur 12B. Det extraherade absorptionskoefficienten och brytningsindexet för båda tumörsektionerna presenteras i figur 12C,D. Båda punkterna visade god enighet för hela frekvensområdet. Den svarta kurvan från 0,15–2 THz i figur 12C och figur 12D representerar data från litteraturen23 för att jämföra de resultat som erhållits i vårt arbete.

Figure 12
Figur 12: Karakterisering av bröstcancer tumör #ND14139 med hjälp av THz överföring spektroskopi. (A) Fotografiet av tumören Icon 1 Icon 1 med två valda punkter markerade och varifrån 0,5 mm tjocka delar av tumören skars för överföring spektroskopi mätningar. (B) Låg effekt patologi bild av tumören. C)Transmissionsabsorptionskoefficienten Icon 1 Icon 1 (cm–1)från 0,15–3,5 THz vid punkter och . D)Det transmissionsbrytningsindexområde som sträcker sig från 0,15–3,5 THz vid punkter Icon 1 och Icon 1 . Figur publiceras från T. Bowman et al.18 med tillstånd från SPIE. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Effektiv THz reflektion bildbehandling av färsk vävnad är främst beroende av två kritiska aspekter: 1) korrekt hänsyn till vävnadshantering (avsnitten 2 och 4,15); och 2) sceninställningen (i första hand avsnitt 4.11). Otillräcklig torkning av vävnaden kan resultera i ökad reflektion och oförmåga att visualisera regioner på grund av höga reflektioner av DMEM och andra vätskor. Samtidigt skapar dålig vävnadskontakt med bildfönstret ringar eller fläckar av låg reflektion i THz reflektionsbild som skymmer resultaten. Extra ansträngning bör göras för att säkerställa god vävnadskontakt med bildfönstret, inklusive ompositionering av vävnaden för att få ett bättre gränssnitt. För vävnadskarakterisering måste ytterligare överväganden för sceninställningen implementeras noggrant. Felaktig balansering av scenen med även ett fåtal mikrometer kan orsaka betydande förändringar i det beräknade brytningsindex och absorptionskoefficienten i vävnaden. Detta kan också vara ett resultat av att tillämpa för mycket tryck på vävnaden när du monterar den på bildfönstret, vilket kan orsaka bugning av polystyrenplattan. För noggranna beräkningar måste den referenssignal som valts för karakterisering också erhållas från samma fasplan för bilden för att undvika artificiell fasförskjutning.

Det primära område där protokollet kan modifieras finns i de dielektriska material som används för att montera vävnaden, såsom kvarts (avsnitten 3.6–3.7) och polystyren (med början i avsnitt 4.5). Så länge de valda fönstermaterialen är jämnt tjocka och tillräckligt låga för att ha god signalinteraktion med tumören, kan andra material ersättas. Material bör utvärderas i förväg för att avgöra om de ger ett tillräckligt fasplan. Alternativt, för system där bildfönstret ska åtgärdas, kan en icke-enhetlig fönstertjocklek åtgärdas genom att karakterisera fasförskjutningen som beräknas från en tom fönsterskanning. Det finns också utrymme för modifiering i hur vävnaden är monterad för transport till patologen. Medan vävnadsmärkning färgämnen används här av konvention, är den viktiga aspekten att ha en metod på plats som möjliggör jämförelse mellan THz imaging och patologi. Den primära felsökning oro för protokollet kommer att innebära att få en bra THz-signal och upprätta korrekt fönster, vilket beror på det specifika systemet som används.

En primär begränsning av någon frisk vävnadshanteringsteknik är den tid som vävnaden utsätts för luft. Detta protokoll utformades så att vävnaden kunde förbli exponerade i högst 1 h för att undvika nedbrytning före patologi bedömning. Detta återspeglas också i valet av bildens stegstorlek. THz-systemet i detta protokoll kan nå valfri stegstorlek från 50–500 μm i steg om 50 μm, även om systemets maximala rumsliga upplösning är cirka 80 μm på grund av THz-signalens spektrala innehåll. Den 200 μm steg i protokollet som tillräckligt detaljerat samtidigt som en rimlig genomsökningstid på ~ 30 min. Bedömning av tumörprover av vår samråd patolog fastställt att denna mängd luftexponering inte orsakar skador på vävnaden på ett observerbart sätt på cellnivå. Material som gelatin kan dock användas för att ge tydlig THz-bildbehandling utan överdriven torkning, och kan undersökas för framtida uppdateringar av protokoll29. För effektiv användning av tid kan steg som att rensa systemet med torrt kväve och ställa in avbildningen eller spektroskopin utföras innan vävnaden avlägsnas från DMEM. Detta är också viktigt för framtida intraoperativa applikationer där den tid det tar för bildbehandling är en viktig faktor för att implementera THz-avbildningen i det kirurgiska arbetsflödet.

Med hjälp av detta protokoll intraoperatively representerar en potentiell betydande minskning av tiden för att bedöma de kirurgiska marginalerna av tumör från flera dagar eller veckor till några minuter. Detta kommer att ske när hårdvaran i THz-systemet förbättras för att använda THz-kameror istället för stegmotorskannrar i framtiden. För närvarande är den mest liknande metoden som används intraoperatively provradiografi, som tar överföring röntgenbilder av strukna tumörer för tolkning av en radiolog för att avgöra om det finns cancer på vävnadsytan. Det beskrivna bildprotokollet ger ett sätt att direkt avbilda vävnadsytan. Protokollet för nyligen strukits bröstcancer tumörer kan också användas för karakterisering och bildbehandling av någon annan typ av nyligen strukits fast tumör8,9,10,11. Även om detta manuskript fokuserar på bildbehandling nyligen strukits bröst tumörer efter det beskrivna protokollet, THz bildbehandling av tillhörande formalin-fast paraffin-inbäddade vävnad block har också validerats framgångsrikt med patologi14,15,16,17,19. Imaging protokoll som liknar den som föreslås här skulle kunna utvecklas för patologi stöd i att analysera inbäddade vävnader samt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar att de inte har någon intressekonflikt.

Acknowledgments

Detta arbete finansierades av National Institutes of Health (NIH) Award # R15CA208798 och delvis av National Science Foundation (NSF) Award # 1408007. Finansiering för det pulsade THz-systemet erhölls genom NSF/MRI Award # 1228958. Vi erkänner användningen av vävnader som upphandlas av National Disease Research Interchange (NDRI) med stöd från NIH-bidraget U42OD11158. Vi erkänner också samarbetet med Oklahoma Animal Disease Diagnostic Laboratory vid Oklahoma State University för att genomföra histopathology förfarandet på alla vävnader som hanteras i detta arbete.

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 cancerforskning terahertz reflektion imaging terahertz överföring spektroskopi mänskliga bröstcancertumörer brytningsindex absorptionskoefficient
Terahertz Imaging och karakterisering protokoll för nyligen strukna bröstcancertumörer
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