Meme Kanseri Cerrahisinde Potansiyel Yakın kızılötesi Floresans Görüntüleme Uygulamaları değerlendirilmesi için Phantom Doku-simüle
Summary
Near-infrared fluorescence (NIRF) imaging may improve therapeutic outcome of breast cancer surgery by enabling intraoperative tumor localization and evaluation of surgical margin status. Using tissue-simulating breast phantoms containing fluorescent tumor-simulating inclusions, potential clinical applications of NIRF imaging in breast cancer patients can be assessed for standardization and training purposes.
Abstract
Intraoperatif tümör lokalizasyonu ve meme koruyucu cerrahi (BCS) yetersiz bir sonuç cerrahi sınır durumu sonuç değerlendirilmesinde yanlışlıklar. Optik görüntüleme, özellikle yakın kızılötesi floresan (NIRF) görüntüleme, gerçek-zamanlı ve ameliyat tümör lokalizasyonu için bir araç ile cerraha sağlayarak BCS aşağıdaki pozitif cerrahi sınır sıklığını azaltabilir. Bu çalışmada, NIRF güdümlü BCS potansiyel standardizasyon ve eğitim amaçlı nedenlerle doku taklit meme hayaletleri kullanılarak değerlendirilir.
Normal meme dokusunun kıyaslanabilir optik özellikleri ile meme hayalet meme koruyucu cerrahi simüle etmek için kullanılmıştır. Tümör-taklit floresan boya indosiyanin yeşil (ICG) içeren kapanımlarını önceden tanımlanmış yerlerde fantomlara dahil öncesi ve intraoperatif tümör lokalizasyonu, gerçek-zamanlı NIRF güdümlü tümör rezeksiyonu, NIRF güdümlü için görüntülendicerrahi ölçüde değerlendirme ve cerrahi sınırların postoperatif değerlendirilmesi. Özelleştirilmiş bir NIRF kamera görüntüleme amaçları için olan klinik bir prototip olarak kullanılmıştır.
Tümör-taklit kapanım içeren Meme hayalet taklit ve intraoperatif tümör görüntüleme değerlendirmek için basit, ucuz ve çok yönlü aracı sunuyoruz. Jelatinimsi hayalet insan dokusuna benzer elastik özelliklere sahip olan ve geleneksel cerrahi aletler kullanılarak kesilebilir. Ayrıca, hayalet, sırasıyla, fotonların emilimi ve saçılmasını taklit insan meme dokusuna benzer üniforma optik özelliklerini oluşturmak için hemoglobin ve intralipid içerir. Epi-aydınlatma stratejileri ile derin yerleşimli tümörlerin (girişimsel olmayan) görüntüleme engellemektedir doku, yayıldıklarında zaman NIRF görüntülemenin ana dezavantajı fotonların sınırlı penetrasyon derinliği.
Introduction
Radyoterapi ardından meme koruyucu cerrahi (MKC) T 1-T 2 meme kanserli 1,2 ile meme kanseri hastaları için standart tedavi yöntemidir. Ek cerrahi müdahale veya radyoterapi 3,4,5 gerektiren, BCS uygulanan 20 hastada% 40 pozitif cerrahi sınır ameliyat sonucu ölçüde intraoperatif değerlendirmede yanlışlıklar. Komşu sağlıklı göğüs dokusu rezeksiyonu pozitif cerrahi sınır sıklığını azaltmak olsa da, bu aynı zamanda bir kozmetik sonuç engel ve komorbidite 6,7 artacak. Roman teknikleri bu nedenle primer tümörün yeri ve cerrahi ölçüde intraoperatif geribildirim sağlamak gereklidir. Optik görüntüleme, özellikle yakın kızılötesi floresan (NIRF) görüntüleme, r öncesi ve intraoperatif tümör lokalizasyonu için bir araç ile cerraha sağlayarak BCS aşağıdaki pozitif cerrahi sınır sıklığını azaltabilireal-zamanı. Son zamanlarda, bizim grup yüksek hassasiyet 8 ile primer tümör ve periton metastaz bu tekniğin uygulanabilirliğini gösteren, yumurtalık kanseri hastalarında tümör hedefli floresan görüntüleme ilk-insan yargılanıyor bildirdi. Meme kanserli hastalarda klinik çalışmalara geçmeden önce, ancak, BCS çeşitli tümör hedefli NIRF görüntüleme uygulamaları fizibilite zaten klinik öncesi hayaletleri kullanılarak değerlendirilebilir.
Aşağıdaki Araştırma protokolü floresan tümör taklit kusurları 9 ihtiva eden dokuya taklit meme fantom içinde NIRF görüntüleme kullanımını tarif etmektedir. Hayaletler ve ameliyat tümör lokalizasyonu, gerçek-zamanlı NIRF güdümlü tümör rezeksiyonu, cerrahi sınır durumu değerlendirmesi, ve rezidüel hastalığın tespiti simüle etmek için ucuz ve çok yönlü bir araç sağlar. Jelatinimsi hayalet insan dokusuna benzer elastik özelliklere sahip olan ve geleneksel s kullanılarak kesilebilirurgical aletleri. Simüle cerrahi prosedür sırasında, cerrah (aşikar inklüzyon durumunda) dokunsal bilgiler ve operatif alanın görsel muayene ile yönlendirilir. Buna ek olarak, NIRF görüntüleme cerrahi ölçüde gerçek zamanlı ameliyat bir geri besleme cerrahın uygulanır.
Bu NIRF görüntüleme floresan boyaların kullanımını gerektirir vurgulanmalıdır. İdeal olarak, flüoresan boyalar yakın kızılötesi tayf aralığında fotonlar yayarlar kullanılabilir (650-900 nm) dokusu içinde fizyolojik olarak bol moleküller tarafından foton emilimine ve saçılması en aza indirmek için (örneğin hemoglobin, lipidler, elastin, kolajen, ve su) 10,11. Ayrıca, otofloresan (örneğin, canlı hücrelerin biyokimyasal reaksiyonları nedeniyle dokularda intrinsik aktivitesi flüoresan) en iyi tümör-zemin oranları 11 ile sonuçlanan, yakın kızıl ötesi tayf aralığında en aza indirilir. Eşleştirilmesiyle NIRF tümör küçük kalkan için boyarted kısımları (örneğin, monoklonal antikorlar), flüoresan boyalar hedefli dağıtım ameliyat görüntüleme uygulamaları için elde edilebilir.
Insan gözü yakın kızılötesi tayf aralığında ışık duyarsız olduğu için, yüksek derecede duyarlı kamera cihaz NIRF görüntüleme için gereklidir. Intraoperatif kullanım için çeşitli NIRF görüntüleme sistemleri bugüne kadar 12 geliştirilmiştir. Bu çalışmada, biz özel bir Münih Teknik Üniversitesi ile işbirliği içinde intraoperatif uygulanması için geliştirilen NIRF görüntüleme sistemi kurmak kullanılır. Sistem renkli görüntüler ve floresan görüntülerin eş zamanlı olarak satın sağlar. Fluoresans görüntüleri doğruluğunu artırmak için, bir düzeltme sistemi dokusunda ışık yoğunluğundaki varyasyonlar için uygulanmaktadır. Ayrıntılı bir açıklama Themelis ve arkadaşları tarafından sağlanır. 13
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz entegre tümör simüle kapanımlar ile meme şeklinde fantomlarda kullanımı yoluyla NIRF-güdümlü BCS potansiyel klinik uygulamaları simüle. İntraoperatif tümör lokalizasyonu, NIRF güdümlü tümör rezeksiyon, cerrahi ölçüde değerlendirme ve cerrahi sınırların postoperatif değerlendirme tüm özel-inşa NIRF kamera sistemi kullanılarak uygun bulunmuştur. Floresan tümör taklit kapanım noninvaziv tespiti 2 cm veya daha az bir derinlikte fantom dokudaki konumlandırılmış kapanım için tek u…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by a grant from the Jan Kornelis de Cock foundation.
Materials
| Bovine hemoglobin | Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands | H2500 | Simulates absorption of photons in tissue |
| Intralipid 20% | Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands | I141 | Simulates scattering of photons in tissue |
| Silicone A translucent 40 (2-components poly-addition silicone) | NedForm, Geleen, The Netherlands | N/A | Package consists of components A and B, that should be mixed one on one (A:B=10:1). Link to manufacturers page: http://tinyurl.com/ncjq7jx |
| Gelatine 250 Bloom | Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands | 48724 | Construction of breast-shaped phantoms |
| Agarose | Hispanagar, Burgos, Spain | N/A | Construction of tumor-simulating inclusions |
| Tris | Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands | T1503 | |
| Hcl | Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands | 258148 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands | S9888 | |
| NaH3 | Merck, Darmstadt, Germany | 822335 | CAUTION: severe poison. The toxicity of this compound is comparable to that of soluble alkali cyanides and the lethal dose for an adult human is about 0.7 grams. |
| Examples of NIRF imaging devices for intraoperative application: | |||
| T2 NIRF imaging platform | SurgVision BV, Heerenveen, The Netherlands | N/A | Customized NIRF imaging system used in the current study. More details available at www.surgvision.com |
| Photodynamic Eye | Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH, Herrsching am Ammersee, Germany | PC6100 | www.iht-ltd.com |
| FLARE imaging system kit | The FLARE Foundation Inc, Wayland, MA, USA | N/A | www.theflarefoundation.org |
| Fluobeam | Fluoptics, Grenoble, France | N/A | www.fluoptics.com |
| Artemis handheld camera | Quest Medical Imaging BV, Middenmeer, the Netherlands | N/A | www.quest-mi.com |
| Examples of NIRF fluorescent dyes for intraoperative application: | |||
| Indocyanine green | ICG-PULSION, Feldkirchen, Germany | PICG0025DE | Clinical grade fluorescent dye for NIRF imaging used in the current study. More details available at www.pulsion.com |
| IRDye 800CW NHS Ester | LI-COR Biosciences, Lincoln, NE, USA | 929-70021 | www.licor.com |
Referenzen
- Bellon, J. R., et al. ACR Appropriateness Criteria® Conservative Surgery and Radiation – Stage I and II Breast Carcinoma. The Breast Journal. 17 (5), 448-455 (2011).
- Kaufmann, M., Morrow, M., Von Minckwitz, G., Harris, J. R. The Biedenkopf Expert Panel Members. Locoregional treatment of primary breast cancer. Cancer. 116, 1184-1191 (2010).
- Pleijhuis, R. G., et al. Obtaining adequate surgical margins in breast-conserving therapy for patients with early-stage breast cancer: current modalities and future directions. The Annals of Surgical Oncology. 16, 2717-2730 (2009).
- Singletary, S. E. Surgical margins in patients with early-stage breast cancer treated with breast conservation therapy. American Journal of Surgery. 184 (5), 383-393 (2002).
- Jacobs, L. Positive margins: the challenge continues for breast surgeons. Annals of Surgical Oncology. 15 (5), 1271-1272 (2008).
- Krekel, N., et al. Excessive resections in breast-conserving surgery a retrospective multicentre study. The Breast Journal. 17 (6), 602-609 (2011).
- Wood, W. C. Close/positive margins after breast-conserving therapy: additional resection or no resection?. Breast. 22, 115-117 (2013).
- Van Dam, G. M., et al. Intraoperative tumor-specific fluorescence imaging in ovarian cancer by folate receptor-α targeting: first in-human results. Nature Medicine. 17 (10), 1315-1319 (2011).
- Pleijhuis, R. G., et al. Near-infrared fluorescence (NIRF) imaging in breast-conserving surgery: assessing intraoperative techniques in tissue-simulating breast phantoms. European Journal of Surgical Oncology. 37 (1), 32-39 (2011).
- Baeten, J., Niedre, M., Dunham, J., Ntziachristos, V. Development of fluorescent materials for Diffuse Fluorescence Tomography standards and phantoms. Optics Express. 15 (14), 8681-8694 (2007).
- Luker, G. D., Luker, K. E. Optical imaging: current applications and future directions. Journal of Nuclear Medicine. 49 (1), 1-4 (2007).
- Keereweer, S., et al. Optical image-guided surgery – Where do we stand?. Molecular Imaging Biology. 13 (2), 199-207 (2011).
- Themelis, G., Yoo, J. S., Soh, K. S., Shulz, R., Ntziachristos, V. Real-time intraoperative fluorescence imaging system using light-absorption correction. Journal of Biomedical Optics. 14 (6), 064012 (2009).
- Themelis, G., et al. Enhancing surgical vision by using real-time imaging of αvβ3-integrin targeted near-infrared fluorescent agent. Annals of Surgical Oncology. 18 (12), 3506-3513 (2011).
- De Grand, A. M., et al. Tissue-like phantoms for near-infrared fluorescence imaging system assessment and the training of surgeons. Journal of Biomedical Optics. 11 (1), 014007 (2006).
- Intes, X. Time-domain optical mammography SoftScan: initial results. Academic Radiology. 12 (10), 934-947 (2005).
- Kirsch, D. G., et al. A spatially and temporally restricted mouse model of soft tissue sarcoma. Nature Medicine. 13 (8), 992-997 (2007).
- Tafreshi, N. K., et al. Noninvasive detection of breast cancer lymph node metastasis using carbonic anhydrases IX and XII targeted imaging probes. Clinical Cancer Research. 18 (1), 207-219 (2012).
- Nguyen, Q. T., Tsien, R. Y. Fluorescence-guided surgery with live molecular navigation – a new cutting edge. Nature Reviews Cancer. 13 (9), 653-662 (2013).
- Orosco, R. K., Tsien, R. Y., Nguyen, Q. T. Fluorescence imaging in surgery. IEEE Reviews in Biomedical Engineering. 6, 178-187 (2013).
