Waiting
Login processing...

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

Engineering

Taze Eksire Lendirilen Meme Kanseri Tümörleri için Terahertz Görüntüleme ve Karakterizasyon Protokolü

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

Taze eksintif insan meme kanseri tümörleri terahertz spektroskopisi ve görüntüleme ile yeni doku işleme protokolleri aşağıdaki karakterizedir. Doku konumlandırması, gelecekteki intraoperatif uygulamalar için zamanında analiz sağlarken etkili karakterizasyonu sağlamak için göz önünde bulundurulur.

Abstract

Bu el yazması, darbeli terahertz görüntüleme ve spektroskopi teknikleri kullanarak yeni eksintif insan meme tümörlerini işlemek, karakterize etmek ve imaj haline getirmek için bir protokol sunar. Protokol, normal insidansında terahertz iletim modunu ve 30°'lik eğik açıyla terahertz yansıma modunu içerir. The collected experimental data represent time domain pulses of the electric field. Çıkarılan doku üzerinde sabit bir noktadan iletilen terahertz elektrik alan sinyali, kırılma indisi ve doku emilim katsayısı ayıklamak için analitik bir model aracılığıyla işlenir. Bir step motor tarayıcı kullanarak, terahertz yayılan darbe farklı doku bölgelerinin düzlemsel bir görüntü sağlayan tümör her piksel yansıtılır. Görüntü zaman veya frekans etki alanında sunulabilir. Ayrıca, her pikselde kırılma indisi ve emilim katsayısı çıkarılan verileri tümörün tomografik terahertz görüntü sağlamak için kullanılır. Protokol kanserli ve sağlıklı dokular arasında net bir ayrım göstermektedir. Öte yandan, protokole bağlı kalmamak, tümör yüzeyinde hava kabarcıkları ve sıvı kalıntılarının bulunması nedeniyle gürültülü veya yanlış görüntülere neden olabilir. Protokol meme tümörlerinin cerrahi marjlarının değerlendirilmesi için bir yöntem sağlar.

Introduction

Terahertz (THz) görüntüleme ve spektroskopi son on yılda hızla büyüyen bir araştırma alanı olmuştur. 0.1-4 THz aralığında daha verimli ve tutarlı THz yayıcılar sürekli gelişimi uygulamaları önemli ölçüde büyümeye yaptı1. THz umut ve önemli büyüme göstermiştir bir alan biyomedikal alan2. THz radyasyonun genellikle sabit dokuları analiz etmek için kullanılan güç seviyelerinde soğanlaştırıcı ve biyolojik olarak güvenli olduğu gösterilmiştir3. Sonuç olarak, THz görüntüleme ve spektroskopi sınıflandırmak ve yanık hasarı ve iyileşme4belirtmek için su içeriği gibi çeşitli doku özellikleri ayırt etmek için kullanılmıştır , karaciğer sirozu5, ve ekstesiye dokularda kanser6,7. Özellikle kanser değerlendirmesi potansiyel klinik ve cerrahi uygulamaların geniş bir yelpazede kapsar, ve beyin kanserleri için araştırılmıştır8, karaciğer9, yumurtalıklar10, gastrointestinal sistem11, ve meme7,12,13,14,15,16,17,18,19.

Meme kanseri için THz uygulamaları öncelikle meme koruyucu cerrahi, ya da lumpektomi destekleyen odaklanmıştır, marj değerlendirmesi yoluyla. Bir lumpektomi amacı tümör ve çevreleyen sağlıklı doku küçük bir tabaka kaldırmaktır, tam mastektomi aksine, hangi tüm meme kaldırır. Ekspertisi yapılan dokunun cerrahi marjı, numune formalin, kesitli, parafin içine gömülü ve mikroskop slaytları üzerinde 4 μm-5m dilimler halinde monte edildikten sonra patoloji yoluyla değerlendirilir. Bu süreç zaman alıcı olabilir ve pozitif bir marj gözlenirse daha sonraki bir zamanda ikincil bir cerrahi işlem gerektirir20. Amerikan Radyasyon Onkolojisi Derneği tarafından geçerli kurallar, yüzey seviyesi marjı mürekkep21temas kanser hücreleri sahip olarak bu pozitif marjı tanımlar. Yüksek emilim li sulu doku için THz görüntüleme öncelikle hızlı marj değerlendirme cerrahi ihtiyaçlarını karşılamak için yeterli olan doku tipine göre bazı değişen penetrasyon ile yüzey görüntüleme ile sınırlıdır. Cerrahi ayarı sırasında marj koşullarının hızlı bir analizi cerrahi maliyetleri ve takip işlem oranını büyük ölçüde azaltacak. Bugüne kadar, THz formalin-sabit, parafin gömülü (FFPE) dokularda kanser ve sağlıklı doku arasında ayrım etkili olduğu kanıtlanmıştır, ancak ek araştırma taze ekscised dokularda kanser güvenilir tespit sağlamak için gereklidir7.

Bu protokol, bir biyobanktan alınan taze ekscised insan dokusu örnekleri üzerinde THz görüntüleme ve spektroskopi yapmak için adımları ayrıntıları. Taze eksintise insan meme kanseri dokuları üzerine inşa THz uygulamaları nadiren yayınlanan araştırma kullanılmıştır7,18,22,23, özellikle araştırma grupları tarafından bir hastane ile entegre değil. Taze eksintise dokuların kullanımı aynı şekilde diğer kanser uygulamaları için nadirdir, en meme dışı insan kanseri örnekleri kolon kanseri için rapor ediliyor24,25. Bunun bir nedeni ffpe doku blokları erişim ve çalışma için kullanılan THz sistemi cerrahi iş akışının bir parçası olmadığı sürece yeni eksised doku daha işlemek çok daha kolay olmasıdır. Benzer şekilde, çoğu ticari laboratuvar THz sistemleri taze doku işlemek için hazır değildir, ve bu hala hücre hattı büyüme kullanarak aşamalarında ya da sadece hayvan modellerinden excised doku bakmaya başladı. THz'in intraoperatif bir ortama uygulanması için, taze doku için görüntüleme ve karakterizasyon adımlarını önceden geliştirerek analizin standart patolojiyi gerçekleştirme yeteneğini engellememesi gerekir. Doğal olarak intraoperatif olması amaçlanmayan uygulamalar için, taze dokunun karakterizasyonu hala in vivo uygulamaları ve farklılaşma doğru çalışmak için ele alınması gereken zorlu bir adımdır.

Bu çalışmanın amacı, ticari bir THz sistemi kullanarak yeni ekskised doku için THz uygulaması için bir kılavuz sağlamaktır. Protokol bir THz görüntüleme ve spektroskopi sistemi geliştirilmiştir26 minür meme kanseri tümörleri için13,17,19 ve biobanks elde edilen insan cerrahi doku uzatıldı7,18. Protokol meme kanseri için üretilirken, aynı kavramlar benzer THz görüntüleme sistemleri ve başarı marjı değerlendirme bağlıdır cerrahi ile tedavi edilen katı tümör kanserleri diğer türleri için uygulanabilir27. Taze eksintize dokularda yayınlanan THz sonuçlarının oldukça az bir miktarı nedeniyle, bu thz görüntüleme ve karakterizasyon için taze doku işleme protokolü odaklanmak için yazarların bilgisine ilk çalışmadır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Bu protokol, Arkansas Üniversitesi Çevre Sağlığı ve Güvenliği bölümü tarafından belirlenen tüm gereksinimleri izler.

1. Doku İşleme Alanını Ayarlama

  1. Paslanmaz çelik tenli metal tepsi alın ve Şekil 1'degösterildiği gibi biyolojik tehlike torbası ile kaplayın. Biyolojik dokuların herhangi bir işleme tepsi alanı içinde yapılacaktır (yani, doku işleme alanı).
  2. Gerektiğinde kolay erişim için tepsi etrafında laboratuvar cımbız, doku mendil, kağıt havlu, filtre kağıt paketi, doku boyası şişeleri, çamaşır suyu şişesi ve etanol şişe hazırlayın. Kullanılan tüm dokuları, mendilleri ve eldivenleri protokolün sonunda imha etmek için biyolojik tehlike malzeme yüzeyinde saklayın.
  3. 50 mL'lik bir santrifüj tüpünü %10 nötr tamponlu formalinin 45 mL'si ile doldurun ve doku işleme tepsisinin yanındaki santrifüj depolama tepsisine yerleştirin.

Figure 1
Şekil 1: Doku işleme alanının kurulumu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

2. THz İletim Spektroskopisi için Taze Meme Kanseri Tümörü Kullanımı

DİkKAT: Herhangi bir canlı doku işleme önce, nitril el eldiven, göz koruma gözlükleri, bir yüz maskesi ve bir laboratuvar önlüğü koyun. Her zaman dokuları işlemek ve doğrudan elleriyle dokunmaktan kaçınmak için laboratuvar cımbız kullanın. Mühürlü bir kap veya tarama aşaması dışında taze doku ile tüm çalışmalar adım 1.1 kurulan doku işleme alanında yapılmalıdır.

NOT: Bu çalışmada ele alınan tüm dokular Dulbecco'nun Modifiye Kartal'ın orta (DMEM) ve biyobankadan antibiyotik çözeltisi ile sevk edildi.

  1. Toplu tümörü DMEM çözeltisinden çıkarın ve doku işleme alanında bir Petri kabına yerleştirin (Bkz. Şekil 2A).
  2. Brüt muayeneden, iletim karakterizasyonu için küçük parçaları dilimlemek için farklı tümör bölgelerini belirleyin. Şekil 2B'degösterildiği gibi, tanımlanan noktalardan 0,5 mm kalınlığında bir tümör parçasını paslanmaz çelik düşük profilli bir bıçak kullanarak kesin. Şekil 2C'degösterildiği gibi, sıvı numune tutucuya 0,1 mm kalınlığında bir boşluk bulunan iki kuvars pencere arasına bu dilimlenmiş bölümü yerleştirin.

Figure 2
Şekil 2: THz iletim spektroskopisi ölçümleri için tümör kesiti. (A) Toplu tümörün fotoğrafı. (B) Tümörden kesilen tümörün küçük bölümlerinin (0.5 mm) fotoğrafı. (C) Spektroskopi ölçümü için 0,1 mm politetrafloroetilen uzaycı ile iki kuvars pencere arasındaki sıvı numune tutucuya yerleştirilen dilimlenmiş tümör bölümü. Şekil SPIE izni ile T. Bowman veark. 18 yeniden yayınlandı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

3. THz İletim Spektroskopisi Ölçümleri

  1. Modül tutamaçlarını çekirdek sistemdeki montaj direkleri üzerinde hizalayarak ve sahneyi sisteme kaydırarak THz çekirdek odası içindeki iletim spektroskopisi modüllerini ayarlayın. Şekil 3A'dagösterildiği gibi modülün sağ üst ve alt sol köşelerinde iki montaj vidasını sıkın.
  2. Numune alanından su buharını temizlemek için tüm spektroskopi işlemi sırasında sistemi 5 L/dk (LPM) kuru azot gazı ile temizleyin.
  3. THz şanzıman spektroskopisi ölçüm yazılımını THz sistemine bağlı masaüstünden açın. Ana pencereyi açacak.
  4. Pencerenin üst kısmındaki Scan sekmesine tıklayın. Spectra Tcan Kurulum penceresi görüntülenir. Pencerenin sağ üst kısmındaki Ölçüm Modu sekmesinin açılır menüsünden iletim spektroskopisini ayarlamak için İletim'i seçin. Tepe otomatik olarak görülmüyorsa, Manuel Tepe Arama sekmesi nin altındaki Etkinleştir seçeneğini işaretleyin ve tepenoktasını görüntülemek için optik gecikmeyi el ile adımatın.
  5. 30 dk tasfiye den sonra, aşağıdaki adımları izleyerek bir hava referans sinyali kaydedin.
    1. Spectra tarama kurulum penceresindeki Tarama Ayarları sekmesinin altında, başvuru dosyası için uygun bir Ad girin, Num Taramaları'yı 1.800 olarak ayarlayın ve Start Delay (s) (s)'yi 0'a ayarlayın. Diğer ayarları varsayılan değerleri olarak bırakın.
    2. Hava referans ölçümlerini almak için tbmkiçin kurulum penceresinde Ki Ölçüm Başvurusu'nu tıklatın. Daha sonra ~ 1 dk üzerinde 1.800 sinyalleri bir örnek ortalama olarak hava yoluyla iletim sinyali ölçmek için Ölçü Örnek tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: THz iletim spektroskopi modülü kurulumu. (A) Üzerinde iletim modülü monte edilmiş THz çekirdek odası. (B) Sıvı numune tutucunun fotoğrafı. (C) Ölçümler için çekirdek haznesinin içine yerleştirilen numune tutucu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

  1. Şekil 3B'degösterildiği gibi sıvı numune tutucudaki iki kuvars pencereyi ölçün.
    1. İki kuvars pencereyi sıvı numune tutucuya, arada bir boşluk olmadan yerleştirin.
    2. THz çekirdek odasını açın. Şekil 3C'de gösterildiği gibi sıvı numune tutucuyu iletim spektroskopi modülüne monte edin. Odayı kapatın.
    3. Ana penceredeki Scan sekmesine tıklayın. Kuvars örneği için 3.5.1–3.5.2 adımlarını yineleyin, ancak Başlat Gecikmesi (s)ile 900'e güncelleyin. Bu ölçüm den önce herhangi bir su buharı temizlemek için zaman sağlar.
    4. Kuvars ek örnekler için referans olarak isteniyorsa, Tscan Ayarları'nın altındaki Başvuruyu Temizle sekmesine tıklayın. Bu hava referansını temizler. Ardından kuvars ölçümlerini yeni bir başvuru olarak kaydetmek için Ölçü Başvurusu sekmesine tıklayın.
  2. Dilimlenmiş tümör bölümünü iki kuvars pencere arasına sıvı numune tutucunun içine yerleştirin ve dokuyu tek noktalı iletim ölçümü için tutucuyu odanın içine yerleştirin. Ölçümü kaydetmek için 3.6.3 adımını yineleyin.
  3. Ölçümler tamamlandığında sıvı numune tutucuyu hazneden alın ve doku işleme için belirlenen alana getirin. Sıvı numune tutucuyu sökün, tümör bölümünü kuvars pencerelerden doku mendilleriyle silin ve kullanılan doku mendillerini diğer biyolojik tehlike atıklarıyla birlikte biyolojik tehlike torbasına atmak için aynı tepsiye yerleştirin.
  4. Ek tümör dilimlerini karakterize etmek için gerekli olan 2.2, 3.7 ve 3.8 adımlarını tekrarlayın. Ölçümler tamamlandığında, ana pencereye gidin ve ölçüm verilerini kaydetmek için Dosya sekmesine tıklayın. Yazılım penceresini kapatın.

4. THz Yansıma Modu Görüntüleme için Taze Meme Kanseri Tümör Işleme

  1. DMEM ve antibiyotik çözeltisinden taze tümör örneğini çıkarın ve petri kabına yerleştirin. Brüt muayene kullanarak, yeterince düz ve az kan ve az kan damarları olan görüntülenecek tümörün bir tarafı seçin. Mümkünse kan veya kan damarları ile görüntüleme doku kaçının.
  2. Şekil 4A'dagösterildiği gibi, fazla DMEM'i kurutmak ve tümörden sıvı veya salgı dokusunu temizlemek için 1. Filtre kağıdındaki tümörü kağıt doygunluk ettikçe kuru bir noktaya yerleştirin. ~5 dk için tümör kuru.

Figure 4
Şekil 4: THz görüntüleme için taze tümör örneği hazırlığı. (A) Tümör kuruması için filtre kağıdına yerleştirilir. (B) Fazla sıvıları absorbe etmek için doku silme pedleri ile görüntüleme penceresi üzerinde polistiren plaka üzerine yerleştirilen tümör. (C) Tümör oryantasyon izlemek ve hava kabarcıkları kontrol etmek için aşağıdan izlendi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

  1. İletim spektroskopisi modülünü boşaltın ve Şekil 5A'dagösterildiği gibi THz çekirdek sistemindeki yansıma görüntüleme modülünü (RIM) ayna tabanını ayarlayın. Aynaları ayarladıktan sonra, RIM tarama aşamasını ayna tabanının üzerine monte edin ve çekirdek sisteme vidalayın (Bkz. Şekil 5B).
  2. Numune bölmesinden su buharını çıkarmak için görüntüleme işleminden önce 30 dk boyunca 5 LPM'de kuru azot gazı ile sistemi temizleyin. 30 dakika sonra, sistemin kullanımda olduğu süre boyunca kuru azot gazı miktarını 3 LPM'ye düşürün.
  3. Çapın tarama penceresine ~1,2 mm kalınlığında bir polistiren plaka yerleştirin ~37 mm. Tarama penceresini örnek aşamasında polistiren plakayla birlikte ortalayın.

Figure 5
Şekil 5: Yansıma görüntüleme için sistem kurulumu. (A) Yansıma görüntüleme modülü ayna tabanı. (B) Tarama aşaması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

NOT: Diğer kalınlıklar ve plaka malzemeleri adım 4.5 için uygundur ancak tek tip kalınlığa sahip olmalı ve THz sinyalini engellemeyeyecek kadar düşük emilim olmalıdır.

  1. THz sistemine bağlı masaüstünden THz yansıma görüntüleme ölçüm yazılımını açın. Belirli işlevler için birkaç iletişim simgesi ve THz alan çizimleri için iki alt pencere (rasgele birimler a.u.) sırasıyla zaman ve frekans a.u. gösteren bir pencere açılır.
  2. RIM kurulumu parametrelerini ayarlamak için pencerenin üst kısmındaki Görüntü Parametre İletişim ikonuna tıklayın. Görüntü Edinme Parametreleri penceresi açılır. Yansıma görüntüleme kurulumu için Şablon sekmesinin açılır menüsünden RIM'i seçin. Tamam'a vurun ve yazılımın ana penceresine geri dön.
  3. Ana pencerede Sabit Nokta Lı Scan simgesine tıklayın. Bu olay THz sinyali gönderme ve polistiren plaka üzerinde tek bir noktadan yansıyan THz sinyali almaya başlamak için THz antenleri etkinleştirecektir.
  4. Ana pencerenin üstündeki Motor Stage Dialog simgesine tıklayın. Motor kontrol penceresi açılacak. Ana penceredeki polistirenden yansıyan darbeyi ortalamak için ileri/geri yön oklarına tıklayarak optik gecikme eksenini ayarlayın.
    NOT: Optik gecikme eksenini ayarladıktan sonra, Şekil 6'dagösterildiği gibi pencerede iki darbe görünmelidir : biri polistiren plakanın alt arabiriminden (birincil yansıma) ve biri de polistiren plakanın üst arabiriminden (ikincil yansıma).
  5. Polistiren plakadan birincil yansımayı dışarı pencere ve görüntüleme işlemi sırasında doku yansımaları katkıda bulunacak pencere, ikincil yansıması tutmak. Bu iki adımda yapılır.
    1. İlk olarak, DAQ ayarları iletişim penceresini açmak için ana pencerenin üst kısmındaki DAQ Ayarları düğmesine tıklayın. Optik gecikme değerini 5 V 'den (varsayılan) 4 V'e değiştirin.
    2. İkinci olarak, ikincil darbenin miniması en güçlü olana kadar tarama aşamasındaki mikrometre ölçeği ile tarama aşamasının dikey konumunu ayarlayın. Motor Kontrol Penceresi'ndeki eksenin optik gecikmesini ayarlayarak birincil yansımayı ölçülen yansıyan sinyalaralığının dışına koyun.
      NOT: 1,2 mm kalınlığındapolis tiren plakası için, birincil yansıma, zaman etki alanı penceresinin optik gecikme ekseninde ikincil yansıma minimum tepe noktası yaklaşık -0,3 mm olduğunda pencereden dışarı pencereliolarak yansıtılır.

Figure 6
Şekil 6: Polistiren plakanın alt ve üst arabirimlerinden THz yansımaları. (A) THz sinyal olayı ve 1.2 mm kalınlığında polistiren plaka yansıyan. (B) Polistirenden birincil ve ikincil THz zaman etki alanı sinyalleri ölçülür. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

  1. Örnek aşamayı seviyealtın ve referans sinyalini kaydedin.
    1. Her eksende iki nokta (A ekseni ve B ekseni) seçin ve örnek pencerenin kenarına yakın polistiren plakaüzerindeki konumları belirtin. Örneğin, -15 mm-15 mm arasında değişen A ekseni için iki konum noktası -10 mm ve 10 mm olabilir; -15 mm-15 mm arasında değişen B ekseni için iki konum noktası -10 mm ve 10 mm olabilir.
    2. Motor kontrol penceresini açmak için Motor Denetimi İletişim düğmesine tıklayın. Motor kontrol penceresini ve ana yazılım penceresini, motor konumlarını ayarlarken zaman etki alanı sinyalinin görünür olması için yeniden konumlandırın. Hem A eksenini hem de B eksenini 0 mm'ye ayarlayın.
    3. Aşağıdaki adımları kullanarak A eksenini seviyedüzeyi. Örnek olarak -10 mm-10 mm aralığı kullanılır.
    4. Motor Kontrol Penceresinde,A ekseninin değerini 0'dan -10'a değiştirin ve Entertuşuna basın. Sahne A ekseninde -10 mm konumuna taşınır ve ana penceredeki sinyal pozisyonunda bir kayma gözlenir.
    5. Sinyalin minimum tepe noktasını adım 4.10.2'de ayarlanan konuma geri taşımak için Şekil 5B'de gösterilen tarama aşamasında ayarlanabilir mikrometre ölçeğini kullanın.
    6. A ekseni değerini +10 olarak değiştirin ve enter tuşuna basın. Sahne şimdi -10 mm konumundan A ekseninde +10 mm konuma hareket edecek ve sinyalde bir kayma tekrar gözlenecek. Sinyalin önceki konumundan kaydığı yönü ve uzaklığı not edin ve A ekseni değerini yeniden -10 olarak değiştirin. Sinyal adım 4.11.5'te belirlenen konuma geri dönecektir.
    7. Şekil 5B'de gösterildiği gibi tarama aşamasının A eksenindeki tesviye vidasını döndürün ve sinyali orijinal konumdan hareket ettiği yöndeki mesafeyi iki katına çıkaracak şekilde kaydırın. Sinyali orijinal konuma geri kaydırmak için tarama aşamasındaki mikrometreyi kullanın (1,2 mm polistiren için-0,3 mm).
    8. +10 ve -10'daki sinyal eşit olana ve her iki pozisyon için tepe noktası orijinal konuma (optik eksende-0,3 mm) odaklanana kadar 4.11.6-4.11.7 adımlarını tekrarlayın.
  2. A ekseninin tesviyesi sağlandıktan sonra, A ekseni değerini 0 olarak değiştirin ve B ekseni için aynı yordamı tekrarlayın. Motor kontrol penceresi üzerindeki B ekseninin değerini 0'dan en pozitif değere (örneğin +10 mm) değiştirerek başlayın. Ayrıca, tesviye sırasında, Şekil 5B'degösterilen tarama aşamasının B ekseninde tesviye vidasını kullanın.
  3. Her iki eksen de tesviye edildikten sonra, hem A eksenini hem de B eksenini 0 mm'ye döndürün. Motor Control Window
  4. Bu sinyali referans olarak kaydedin.
    1. Ayarlanan DAQ Özellikleri penceresine gidin. Ortalama değeri 5 olarak değiştirin ve diğer tüm parametreleri varsayılan olarak tutun.
    2. Yeni Başvuru'yatıklayın. Pencerenin sağ üst kısmındaki ortalama sayaç 0-20 arasında sayılacaktır. Sayaç 20'ye ulaştığında, ortalama değeri 1 olarak değiştirin ve Tamam'ıtıklatın. Polistiren den yansıyan sinyal daha sonra alınan herhangi bir tarama için referans olarak kaydedilir.
      NOT: Eğer sadece THz görüntüleme işlemi yapılacaksa, tümör dokusunu DMEM çözeltisinden çıkarmadan önce 4.3-4.14 adımlarını atmak en iyisidir.
  5. Tarama sahne penceresini kaplayan polistiren plakaüzerine tümörü monte edin.
    1. Görüntüleme penceresini tarama aşamasından çıkarın ve doku işleme alanına getirin. Şekil 4B'degösterildiği gibi tümörü polistiren plakaya yerleştirin.
    2. Plaka ve tümör arasında önemli bir hava kabarcıkları olmadığından emin olun. Hava kabarcıkları gözlenirse, cımbızla tümöre basın veya tümörü kaldırın ve hava boşlukları en aza indirilene kadar nazikçe polistiren üzerine yuvarlayın.
    3. Ezilebilir boşlukları Şekil 4B'degösterildiği gibi test örneğinin etrafına düzenli aralıklarla yerleştirin. Tümörün üzerine başka bir polistiren plaka yerleştirin ve tümörün yüzeyini mümkün olduğunca düz hale getirmek için hafifçe bastırın. Örnek penceredeki polistiren-tümör-polistiren düzenini bantlayın.
  6. Şekil 4C'degösterildiği gibi örnek pencereyi çevirin ve yönünü kaydetmek için tümörün fotoğraflarını çekin. Tümörle birlikte örnek pencereyi tarama aşamasına geri verin.
  7. Görüntü Edinme Parametreleri penceresini açmak için Görüntü Parametre İletişim düğmesine tıklayın. Axis1min, Axis1max, Axis2minve Axis2max değerlerini tam olarak görüntüleme penceresinde tümörün konumunu içine almak için ayarlayın
    NOT: Varsayılan olarak, Axis1 A ekseni, Axis2 ise B eksenidir.
  8. Görüntüleme taraması için Axis1step ve Axis2step'i 0,2 mm olarak ayarlayın.
    NOT: Axis1step ve Axis2step'in ayarlanması, tarama işlemi sırasında step motorlarının adım boyutunu 200 m'lik artışlara ayarlar. Toplam tazyik süresi Görüntü Edinme Parametreleri penceresinde tahmin edilebilir.
  9. Ana penceredeki Ölçü sekmesine tıklayın ve Flyback 2D Taramayı seçeneğini belirleyin. Açılan pencerede, tazyik verilerini kaydetmek için altındaki dizin ve dosya adını belirtin.

5. Histopatoloji Prosedürüne Hazırlık Ta Taze Dokunun Postprocessing

  1. Tarama işlemi tamamlandıktan sonra, numune penceresini, polistiren plakaları ve çekirdek THz sisteminden numune alın ve bunları tehlikeli atıklar için belirlenen alana taşıyın. Polistiren plaka dan tümör çıkarın ve tümörün karşılaştırılabilir bir boyutta karton düz bir parça üzerine yerleştirin. Tümörün yönünün polistirendekiyle aynı olduğundan emin olun, görüntüleme yüzü kartona değdi.
  2. Kırmızı doku boyası bir pamuk lu bez batırın ve tümörün kenarı karton temas yere aşağı tümörün sol tarafında leke. Benzer şekilde, mavi doku boyası ile tümörün sağ tarafını leke. Şekil 7A'dagösterildiği gibi, kırmızı lekeyi mavi lekeye bağlayan sarı doku boyası ile tümörün açık yüzeyini lekelemek.
    NOT: Mürekbin formalin çözeltisini boyamasını önlemek için dokuya sadece ince bir tabaka uygulayın. Bu doku boyama önce farklı bir yüzeye pamuk lu bez dabbing veya herhangi bir aşırı boya silmek için temiz bir pamuklu bez kullanarak yapılabilir. Boyanın cilde veya giysiye temas etmesine izin vermekten kaçının. Bu tümör boyama işlemi, tümörün görüntüleme tarafı ve patoloğa yönelimi hakkında bilgi vermek için referans olarak yapılır.

Figure 7
Şekil 7: THz görüntüleme sonrası tümör üzerinde post işleme. (A) Tümör karton tutucu üzerine yüz üstü yerleştirilir ve doku işaretleme boya ile boyanmış. (B) Filtre kağıdı tümörün üzerine yerleştirilir ve teması korumak için bantlanır. (C) Lekeli tümör karton üzerine sabit% 10 nötr tamponlu formalin çözeltisi batırılmış ve parafilm ile mühürlü. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

  1. Mürekbün yaklaşık 3-4 dk kurumasına izin verin. Tümörün üzerine yerleştirin ve Şekil 7B'degösterildiği gibi filtre kağıdı ve karton etrafında tamamen bant bir parça sarın. Bant ve filtre kağıdı herhangi bir önemli basınç uygulamadan karton karşı tümör güvenli olmalıdır.
  2. Kartona yapıştırılan lekeli dokuyu %10 nötr tamponlu formalin çözeltisi içine batırın ve Şekil 7C'degösterildiği gibi bir parafin filmi kullanarak santrifüj tüpünü kapatın. Tüp etiketindeki örnek için örnek numarasını, tarihini, doku türünü ve tümör numarasını belirleyin. Daha fazla histopatoloji işleme için patoloğa tümörü gönderin.

6. Tehlikeli Atık Bertaraf

  1. Şekil 8'degösterildiği gibi, tepsiyi kaplamak ve yeni bir biyolojik tehlike torbasına koymak için kullanılan biyolojik tehlike torbası ile birlikte doku işleme tepsisinden tüm atıkları toplayın. Çantayı binadaki belirlenen biyolojik tehlikeli atık alanına getirin ve atık ların geri alımı için Çevre Sağlığı ve Güvenliği (EH&S) departmanından randevu alın. % 10 çamaşır suyu çözeltisi ve etanol ile masanın doku işleme tepsisi ve çevresindeki alanı temizleyin.

Figure 8
Şekil 8: Biyolojik atık torbasının fotoğrafı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

  1. Spacers ve kuvars pencereler, tümör monte edildi örnekleme penceresi, polistiren plakalar ve laboratuvar cımbız yıkama alanına sıvı numune tutucu alın. Tüm malzemeleri suyla durulayın ve ardından %10 çamaşır suyu çözeltisini, doku enkazLarını çıkarmak için gerektiğinde kağıt havlularla silin. Tekrar su yla durulayın, alconox çözeltisi ile fırçalayın ve iyice durulayın. Cam ve plastik eşyalar için % 70 isopropil alkol durulayın ve kuruması için bir kenara koyun.
    NOT: Tümör formalin ve numune alanı temizlendikten sonra, veri işleme görüntüleme veya daha sonraki bir zamanda aynı anda işlenebilir.

7. THz görüntülerinin Oluşturulması için Veri İşleme

  1. Kaydedilen .tvl veri dosyalarını THz sisteminden dışa aktarın. Sistemden elde edilen ham veri dosyaları Python'da yazılır ve MATLAB veri dosyaları olarak kaydetmeden önce Python'da en iyi şekilde okunur.
  2. Taranmış taze dokunun THz görüntüsünü oluşturmak için ham veri matrisinin üçüncü boyutunda (yani zaman boyutuna) Fourier dönüşümü kullanarak ham zaman etki alanı yansıtma görüntüleme verilerini frekans etki alanına dönüştürün. Ayrıca referans verilerinin Fourier dönüşümünü de ele alalım.
    NOT: Tipik bir frekans etki alanı spektrumu 0,1 THz-4 THz arasında değişen veriler sağlamalıdır.
  3. Örnek verileri referans verileriyle normalleştirin ve aşağıdaki denklemi kullanarak f1 = 0,5 THz ile f2 = 1,0 THz arasındaki frekans aralığında normalleştirilmiş verilerin entegrasyonuna dayalı güçspektrumunugerçekleştirin :
    Equation 1
    NOT: Burada Eörnek doku örneğinin frekans etki alanı yansıma görüntüleme verileri ve Ereferans referans sinyalinin tek bir nokta yansıma verilerinin frekans etki alanıdır.
  4. A ekseni ve B ekseni tarafından tanımlanan matristeki her noktada hesaplanan güç spektrum verilerini çizerek iki boyutlu görüntüyü oluşturun. Bu güç spektrumu THz görüntü olarak bilinir.
    NOT: Bunun yerine tomografik THz görüntü elde etme yöntemi 7.5-7.7 adımlarında ayrıntılı olarak açıklanır.
  5. Karakterizasyon için, aşağıdakidenklemi 18kullanarak potansiyel doku özellikleri bir dizi teorik frekansa bağlı yansıması hesaplamak:
    Equation 2
    NOT: Burada ρT,ij bölge i ve bölge j;dj arasındaki karmaşık Fresnel yansıma katsayısı j;d j bölgesinin kalınlığıdır; j bölgesinin yayılım açısı ise Snell Yasası'nın insidansı açısına bağlı olarak j bölgesidir. j Equation 3 bölge jkarmaşık yayılma katsayısı , ω açısal frekans olduğu, c vakum ışık hızı, nj kırılma indeksi gerçek parçası, ve αabs,j emme katsayısı18. Bölge 1 hava, Bölge 2 polistiren plaka ve Bölge 3 dokudur.
  6. Bölge 3(n3 ve αabs,3)için kullanıcı tarafından tanımlanan kırılma indeksleri ve soğurma katsayıları aralığı için (2) denklemindeki yansımayı hesaplayın ve büyüklük ve faz için toplam ortalama kare hatasını hesaplamak için her noktada ölçülen sinyalle karşılaştırın.
    NOT: Kırılma indisi ve soğurma katsayısı için çözüm, en düşük hatayı veren değerler çiftidir.
  7. Çıkarılan kırılma indisi ve soğurma katsayısı verilerinden(n3 ve αabs,3)her pikselde tomografik THz görüntüsünü oluşturun. Patologdan elde edilen patoloji slayt görüntüsü ile karşılaştırarak tümör bölgelerini analiz edin. Temsili sonuçlar Şekil 9'dagösterilmiştir , Şekil 10 ve Şekil 11'dekiprotokole yetersiz bağlılık örnekleri ile.

8. İletim SpektroskopiSi Verileri Kullanılarak Dokunun Elektriksel Özelliklerinin Çıkarılması

  1. THz iletim spektroskopisi ölçüm yazılımının ana penceresinde Dosya sekmesine gidin ve Dışa Aktarma seçeneğine tıklayın. Dışa aktarmak için Veri Türü ve Örnek'i seçmek için bir pencere açılır. Kuvars ve doku örneği ölçümleri için Verici ve İletim Fazı veri türlerini seçin.
  2. Aşağıdaki denklemibareyikullanarak bir dizi potansiyel doku özelliği için teorik frekansa bağlı iletimi hesaplayın:
    Equation 4
    NOT: İşte Icon 3 örnek ve referans kurulumları için Fresnel iletim katsayıları arasındaki oran; γ1 ve γ3 sırasıyla hava ve dokunun karmaşık yayılma sabitleridir; ve d doku kalınlığıdır. Genel olarak yayılma sabiti olarak Equation 5 tanımlanır. ñ, Equation 6 n'nin kırılma indeksi'nin gerçek parçası olduğu karmaşık kırılma indisidir; c ışık hızıdır; ω açısal frekanstır; α abs emme katsayısı15'tir.
  3. Denklem (3) denkleminde iletimin büyüklüğü ve fazı ile kullanıcı tarafından tanımlanan n ve αabs değerleri aralığı için sistemden alınan ölçüm verilerini arasındaki toplam ortalama kare hatasını hesaplayın.
    NOT: Kırılma indisi ve soğurma katsayısı için çözüm, en düşük hatayı veren değerler çiftidir.
  4. Çıkarılan kırılma indisi ve emilim katsayısı verilerini 0,15-3,5 THz arasındaki frekans Figure 12aralığına göre çizin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Biyobanktan alınan insan meme kanseri tümör numunesi #ND14139 yukarıda belirtilen protokolden sonra elde edilen THz görüntüleme sonuçlarıŞekil 9'dasunulmuştur. Patoloji raporuna göre #ND14139 tümörü sol meme lumpektomi ameliyatı ile 49 yaşındaki bir kadından alınan I/II sınıfı infiltrasyon duktal karsinom (IDC) idi. Tümörün fotoğrafı Şekil 9A'dagösterilmiştir , Şekil 9B'dekipatoloji görüntüsü , protokolde (1) denklemkullanılarak elde edilen THz güç spektrumgörüntüsü Şekil 9C'degösterilmiştir. Patoloji görüntüsünün değerlendirilmesi Oklahoma Eyalet Üniversitesi'ndeki danışman patologumuz tarafından yapılmıştır. THz görüntüsünü patoloji görüntüsüyle ilişkilendirdikten sonra, kanser bölgesinin (yani Şekil 9C'dekikırmızı renk bölgesinin) yağ bölgesinden (yani Şekil 9C'dekimavi renk bölgesine) göre daha yüksek yansıma gösterdiği açıktı. Şekil 9C'de kanser bölgesinin merkezine yakın mavi daire görüntüleme işlemi sırasında tümörün altında bir hava kabarcığı varlığı nedeniyle oldu.

Her piksel için yukarıda tartışılan model kullanılarak elde edilen tümörün elektriksel özelliklerine göre tomografik görüntüler (toplam 2.477 piksel) de sunulmaktadır. 0.5 THz ve 1.0 THz frekansında elde edilen tümörün emilim katsayısı (cm-1) verileri (α- görüntüler) ve kırılma indisi(n- görüntü) verilerine dayanan tomografik görüntüler sırasıyla Şekil 9D, 9E, 9Fve 9G'degösterilmiştir. Frekans arttıkça, kanser ve yağ pikselleri için hesaplanan emilim katsayısı (cm-1)değerleri artmış, kanser pikselleri her iki frekansta da yağdan daha yüksek değerler göstermiştir. Buna karşılık, frekans arttıkça her iki dokuda kırılma indisi azalmıştır. Frekans arttıkça ölçülen fazın görüntüleme aşaması tesviyesinde mikrometre ölçeğinde değişimlere, polistiren plaka kalınlığına ve step motor jitterine maruz kaldığı unutulmamalıdır. Örneğin, Şekil 9E ve 9G'de gözlenen yatay çizgiler, tarama işlemi sırasında step motorların tanıttığı ve daha düşük frekanslarda gözlenmeyen küçük faz kaymasından kaynaklanmaktadır.

Figure 9
Şekil 9: Meme kanseri tümör analizi #ND14139 THz görüntüleme tekniği kullanılarak. (A) Tümörün fotoğrafı. (B) Tümörün düşük güç patoloji simaj. (C) Frekans aralığı üzerinde THz güç spektrumları görüntü 0.5 THz-1.0 THz. (D) THz tomografik soğurma katsayısı görüntü 0,5 THz elde. Bu görüntü, tümörün ham yansıma görüntüleme verilerinden her pikselde çıkarılan emilim katsayısı verileri kullanılarak oluşturulmuştur. (E) 1,0 THz. (F) Refraktif indeks görüntüsünde(n- görüntü) elde edilen emilim katsayısı görüntüsü 0,5 THz'de elde edilir. Bu görüntü, tümörün ham yansıma görüntüleme verilerinden her pikselde çıkarılan kırılma indisi verileri kullanılarak oluşturulmuştur. (G) Refraktif indeks görüntüsü(n- resim) 1.0 THz. Şekil SPIE izni ile T. Bowman veark. 18 yeniden yayınlandı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 9'da tartışılan THz sonuçları açıklanan protokol başarıyla elde edilerek elde edilmiştir. Dokunun yetersiz kullanımı yanıltıcı görüntüleme sonuçlarına yol açabilir. Örneğin, insan meme kanseri tümörü için Şekil 10'da yapılan THz görüntüleme sonuçları yetersiz kurumanın etkilerini göstermektedir #ND10405. Dokudaki aşırı DMEM çözeltisi Şekil 10B28'deki tümörün THz güç spektrum görüntüsüne hakimdir ve Şekil 10A28'de gösterilen patoloji görüntüsü ile ilişkili olmayan yüksek yansımaya sahipdir.28 Bu yanlış bir pozitif sonuç yol açtı, tümörde kanser daha büyük bir varlığı düşündüren. DMEM, Şekil 10C 19 ve 10D19'da görüldüğü gibi 10D19benzer şekilde yüksek kırılma indisi ve suya emilim katsayısı göstermiştir, bu nedenle görüntülemeden önce tümörün düzgün bir şekilde kurutulması tavsiye edilir.

Figure 10
Şekil 10: Filtre kağıdı kullanılarak kurutulmadan DMEM çözeltisinden çıkarılan tümör görüntülemeüzerindeki etkisi. (A) Tümörün düşük güç patoloji simaj #ND10405. (B) 0.5 THz-1.0 THz frekans aralığında tümör #ND10405 THz güç spektrumgörüntüsü. (C) DMEM, PBS ve 0.15 THz-3.5 THz. (D) Iletim emme katsayısı (cm–1) DMEM için kondisyon rekondisyonu, PBS, ve su arasında değişen 0.15 THz-3.5 THz. Şekil 10A , 10BT. Bowman ve ark28 IEEE ve Şekil 10Cizni ile yeniden yayınlanır , Şekil 10D N. Vohra ve ark19 IOP Yayıncılık izni ile yeniden yayınlanır, Ltd Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. 10B

Protokole yetersiz uyumun bir başka örneği şekil 11'detümör #ND11713 için gösterilmiştir. Bu durumda, tümör görüntüleme işlemi için plakaüzerine yerleştirildiğinde polistiren plaka ile tümör arasındaki hava kabarcıkları çıkarılmadı. Bu şekil 11B'dekiTHz görüntüsünde birkaç düşük yansıma noktası ile sonuçlandı , bu da Şekil 11A'dakipatolojiyle doğru karşılaştırmayı engelledi. Böylece, herhangi bir hava kabarcıkları plaka üzerine yerleştirdikten sonra gözlenirse, cımbız ile basın veya tümör asansör ve yavaşça hava boşlukları kaldırılana kadar polistiren üzerine rulo.

Figure 11
Şekil 11: THz görüntüsündeki objeler polistiren plaka ve tümör arasındaki hava kabarcıklarının varlığından kaynaklanır. (A) Tümör #ND11713 düşük güç patolojisi görüntüsü. (B) 0.5-1.0 THz frekans aralığında #ND11713 tümörün THz güç spektrum görüntüsü.

İletim spektroskopisi sonuçları18 aynı örnek için (# ND14139) Şekil 12'devermiştir. Tümör kesitleri Icon 1 şekil Icon 1 12A'da noktalardan alındı ve protokole göre karakterize edildi. Seçilen her iki nokta da Şekil 12B'dekipatoloji görüntüsüne göre tümördeki kanser dokusu bölgesinden alınmıştır. Her iki tümör kesitinin ekstrakte edilen emilim katsayısı ve refraktif indeksi Şekil 12C,D'de sunulmuştur. Her iki nokta da tüm frekans aralığı için iyi bir anlaşma gösterdi. Şekil 12C ve Şekil 12D'de 0.15-2 THz'den alınan siyah eğri, çalışmamızda elde edilen sonuçları karşılaştırmak için literatür Figure 12C 23'ten elde edilen verileri temsil eder.

Figure 12
Şekil 12: Meme kanseri tümörü karakterizasyonu #ND14139 THz iletim spektroskopisi ile. (A) İletim spektroskopisi ölçümleri için tümörün 0,5 mm kalınlığındaki kısımlarının kesildiği ve Icon 1 Icon 1 seçilen iki noktanın bulunduğu tümörün fotoğrafı. (B) Tümörün düşük güç patoloji simaj. (C) İletim emme katsayısı (cm–1)noktalarında Icon 1 0,15-3,5 THz arasında değişen ve . Icon 1 (D) İletim kırılma indisi 0.15-3.5 THz arasında değişen noktalarda Icon 1 ve Icon 1 . Şekil SPIE izni ile T. Bowman veark. 18 yeniden yayınlandı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Taze dokunun etkili THz yansıması görüntüleme sebeb iki kritik unsura bağlıdır: 1) doku işlemenin doğru değerlendirilmesi (bölüm 2 ve 4.15); ve 2) sahne kurulumu (öncelikle bölüm 4.11). Dokunun yetersiz kuruması, DMEM ve diğer sıvıların yüksek yansımaları nedeniyle bölgelerin yansımasının artmasına ve görüntülenememe neden olabilir. Bu arada, görüntüleme penceresi ile zayıf doku teması sonuçları gizlemek THz yansıma görüntü halkaları veya düşük yansıma noktalar oluşturur. Daha iyi bir arayüz elde etmek için doku yeniden konumlandırma da dahil olmak üzere görüntüleme penceresi ile iyi doku teması sağlamak için ekstra çaba alınmalıdır. Doku karakterizasyonu için, sahne kurulumu için ek hususlar dikkatle uygulanmalıdır. Hatta birkaç mikron ile sahne yanlış dengeleme hesaplanan kırılma indeksi ve doku emme katsayısı önemli kaymalara neden olabilir. Bu aynı zamanda görüntüleme penceresiüzerine monte ederken dokuya çok fazla basınç uygulanmasının bir sonucu olabilir, hangi polistiren plaka yay neden olabilir. Doğru hesaplamalar için, yapay faz değişimini önlemek için görüntünün aynı faz düzleminden karakterizasyon için seçilen referans sinyali de alınmalıdır.

Protokolün değiştirilebildiği birincil alan kuvars (bölüm 3.6-3.7) ve polistiren (bölüm 4.5'ten başlayarak) gibi dokuyu monte etmek için kullanılan dielektrik malzemelerdir. Seçilen pencere malzemeleri düzgün kalın ve tümör ile iyi bir sinyal etkileşimi için yeterince düşük emilimi olduğu sürece, diğer malzemeler ikame edilebilir. Malzemeler, yeterli faz düzlemi sağlayıp sağlamadıklarını belirlemek için önceden değerlendirilmelidir. Alternatif olarak, görüntüleme penceresinin sabit olacağı sistemlerde, boş bir pencere taramasından hesaplanan faz kayması karakterizasyonu ile tekdüze olmayan bir pencere kalınlığı ele alınabilir. Ayrıca, doku patoloğa sevkiyat için nasıl monte edilir değişiklik için bazı oda da vardır. Doku işaretleme boyaları burada kural dışı kullanılırken, önemli olan THz görüntüleme ile patoloji arasında karşılaştırma yapılmasını sağlayan bir yöntemin yerinde olmasıdır. Protokol için birincil sorun giderme endişeleri iyi bir THz sinyali elde etmek ve kullanılan belirli bir sisteme bağlı olacak uygun pencereleme kurulmasını içerir.

Herhangi bir taze doku işleme tekniğinin birincil sınırlama doku havaya maruz olduğu zamandır. Bu protokol, patoloji değerlendirmesinden önce çürümeyi önlemek için dokunun en fazla 1 saat açıkta kalabileceğini tasarlatılmıştır. Bu, görüntünün adım boyutunun seçimine de yansır. Bu protokoldeki THz sistemi, THz sinyalinin spektral içeriği nedeniyle sistemin maksimum mekansal çözünürlüğü 80 m civarında olmasına rağmen, 50-500 m'lik artışlarla herhangi bir adım boyutuna ulaşabilir. Protokoldeki 200 μm'lik adım, ~30 dk.'lık makul bir tarama süresi sağlarken yeterli ayrıntıyı sağladı. Ancak, jelatin gibi malzemeler aşırı kuruma olmadan net THz görüntüleme sağlamak için kullanılabilir ve protokol29gelecekteki güncellemeleri için araştırılabilir. Zamanın verimli kullanımı için, kuru azot ile sistemin temizlenmesi ve doku DMEM'den çıkarılmadan önce görüntüleme veya spektroskopinin ayarlanması gibi adımlar yapılabilir. Bu, görüntüleme için geçen sürenin THz görüntülemenin cerrahi iş akışına uygulanmasında önemli bir faktör olduğu gelecekteki intraoperatif uygulamalar için de önemlidir.

Bu protokolün intraoperatif olarak kullanılması, tümörün birkaç gün veya hafta ile birkaç dakika arasındaki cerrahi marjlarını değerlendirmek için zaman içinde önemli bir azalma anlamına geliyor. Bu, THz sisteminin donanımı gelecekte step motor tarayıcılar yerine THz kameralar kullanmak için geliştirilmiş olduğunda gerçekleştirilecektir. Şu anda intraoperatif olarak kullanılan en benzer yöntem, doku yüzeyinde kanser olup olmadığını belirlemek için bir radyolog tarafından yorumlanması için eksise tümörlerin iletim x-ray görüntülerini alır örnek radyografi vardır. Açıklanan görüntüleme protokolü doku yüzeyinin doğrudan görüntülenmesi için bir araç sağlar. Taze eksintif meme kanseri tümörleri için protokol de karakterizasyonu ve taze ekscised solid tümörbaşkabir tür görüntüleme için kullanılabilir 8,9,10,11. Bu el yazması açıklanan protokolü izleyerek taze eksise meme tümörlerinin görüntülenmesi üzerinde durulurken, ilişkili formalin-sabit parafin gömülü doku bloklarının THz görüntülemesi de patoloji14,15,,16,17,19ile başarıyla doğrulanmıştır. Burada önerilene benzer görüntüleme protokolleri gömülü dokuların analizinde patoloji desteği için de geliştirilebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.

Acknowledgments

Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) Ödülü # R15CA208798 ve kısmen Ulusal Bilim Vakfı (NSF) Ödülü # 1408007 tarafından finanse edilmiştir. Darbeli THz sistemi için finansman NSF / MRI Ödülü # 1228958 ile elde edildi. Ulusal Hastalık Araştırma Kavşağı (NDRI) tarafından temin edilen dokuların NIH hibe U42OD11158 desteği ile kullanıldığını kabul ediyoruz. Biz de oklahoma Devlet Üniversitesi'nde Oklahoma Hayvan Hastalıkları Tanı Laboratuvarı ile işbirliği bu çalışmada ele tüm dokular üzerinde histopatoloji prosedürü yürütmek için kabul ediyoruz.

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

Mühendislik Sayı 158 kanser araştırmaları terahertz yansıma görüntüleme terahertz iletim spektroskopisi insan meme kanseri tümörleri kırılma indeksi absorpsiyon katsayısı
Taze Eksire Lendirilen Meme Kanseri Tümörleri için Terahertz Görüntüleme ve Karakterizasyon Protokolü
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