Phantoms Tissue-simulação para avaliação de potenciais aplicações de fluorescência de imagem infravermelho próximo na cirurgia do câncer de mama
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
Imprecisões na localização do tumor intra-operatória e avaliação de resultado cirúrgico status da margem de resultado abaixo do ideal da cirurgia conservadora da mama (BCS). A imagem óptica, em particular do infravermelho próximo fluorescência (NIRF) de imagem, pode reduzir a freqüência de margens cirúrgicas positivas seguinte BCS, fornecendo ao cirurgião uma ferramenta para a localização do tumor pré e intra-operatória em tempo real. No estudo atual, o potencial da BCS NIRF-guiada é avaliada utilizando fantasmas de mama simulando tecido-por razões de fins de normalização e formação.
Fantasmas da mama com características ópticas comparáveis às do tecido mamário normal foram usados para simular a cirurgia conservadora da mama. Inclusões contendo o corante fluorescente indocianina verde (ICG), simulando tumor foram incorporados os fantasmas em locais pré-definidos e fotografada para a localização do tumor pré e intra-operatória, a ressecção do tumor em tempo real NIRF-guiada, NIRF-guiadaavaliação sobre a extensão da cirurgia ea avaliação pós-operatória das margens cirúrgicas. Uma câmara NIRF personalizado foi usado como um protótipo clínica para fins de imagiologia.
Fantasmas materno contendo inclusões-simulando tumor oferecer uma ferramenta simples, barata e versátil para simular e avaliar imagens tumor intra-operatória. Os fantasmas gelatinosos têm propriedades elásticas semelhantes a tecido humano e pode ser cortado utilizando instrumentos cirúrgicos convencionais. Além disso, os simuladores contêm hemoglobina e intralípidos para mimetizar a absorção e dispersão de fotões, respectivamente, criando propriedades ópticas uniformes semelhantes a tecido de mama humano. A principal desvantagem do NIRF imagem é a profundidade de penetração limitada de fótons quando propagando através do tecido, o que dificulta (não invasiva) imagens de tumores profundos com as estratégias de epi-iluminação.
Introduction
Cirurgia conservadora da mama (BCS), seguida de radioterapia é o tratamento padrão para pacientes com câncer de mama com T 1-T 2 mama carcinoma 1,2. Imprecisões na avaliação intra-operatória da extensão do resultado da cirurgia de margens cirúrgicas positivas em 20 a 40% dos pacientes que se submeteram a BCS, necessitando de intervenção cirúrgica adicional ou radioterapia 3,4,5. Apesar de extensa ressecção de tecido normal adjacente ao pode reduzir a freqüência de margens cirúrgicas positivas, isso também vai dificultar resultado cosmético e aumentar a comorbidade 6,7. Consequentemente, são necessárias novas técnicas para fornecer feedback que intra-operatória do local do tumor primário e a extensão da cirurgia. A imagem óptica, em particular fluorescência infravermelho próximo (NIRF) de imagem, pode reduzir a freqüência de margens cirúrgicas positivas seguintes BCS, fornecendo ao cirurgião uma ferramenta para a localização do tumor pré e intra-operatória em r-tempo eal. Recentemente, nosso grupo informou sobre o primeiro ensaio em humanos de imagens de fluorescência segmentadas por tumor em pacientes com câncer de ovário, mostrando a viabilidade desta técnica para detectar tumores primários e metástases intraperitoneal com alta sensibilidade 8. Antes de prosseguir para estudos clínicos em pacientes com câncer de mama, no entanto, a viabilidade de várias aplicações de imagem NIRF alvo de tumor no BCS já podem ser avaliados pré-clínicos utilizando fantasmas.
O seguinte protocolo de pesquisa descreve o uso de NIRF imagem em fantasmas de mama simulando tecido contendo fluorescentes inclusões-simulando tumor 9. Os fantasmas fornecer uma ferramenta barata e versátil para simular ressecção localização do tumor pré e intra-operatória, em tempo real NIRF-guiada tumor, a avaliação do estado das margens cirúrgicas, e detecção de doença residual. Os fantasmas gelatinosos têm propriedades elásticas semelhantes a tecido humano e pode ser cortado usando s convencionalinstrumentos urgical. Durante o procedimento cirúrgico simulado, o cirurgião é guiado pela informação táctil (no caso de inclusões palpáveis) e inspecção visual do campo operatório. Além disso, NIRF imagiologia é aplicada para proporcionar ao cirurgião em tempo real de feedback intraoperatória da extensão da cirurgia.
Deve ser enfatizado que NIRF imagem requer a utilização de corantes fluorescentes. Idealmente, deve ser corantes fluorescentes que emitem fotões utilizado no intervalo espectral próximo do infravermelho (650-900 nm) para minimizar a absorção e dispersão de fotões por moléculas fisiologicamente abundantes em tecidos (por exemplo, hemoglobina, lípidos, elastina, colagénio, e água) 10,11. Além disso, a autofluorescência (ou seja, a actividade de fluorescência intrínseca em tecidos devido a reacções bioquímicas nas células vivas) é minimizada no intervalo espectral próximo do infravermelho, o que resulta em óptimas tumoral-a-fundo rácios 11. Conjugando NIRF tinge de tumor-tarjated porções (por exemplo, anticorpos monoclonais), entrega dirigida de corantes fluorescentes podem ser obtidos por aplicações de imagem intra-operatórias.
À medida que o olho humano é insensível à luz no intervalo espectral próximo do infravermelho, um dispositivo de câmara de alta sensibilidade é necessária para NIRF imagiologia. Vários sistemas de imagem NIRF para uso intra-operatório foram desenvolvidos até agora 12. No presente estudo, foi utilizado um costume construir sistema de imagem NIRF que foi desenvolvido para aplicação intra-operatória em colaboração com a Universidade Técnica de Munique. O sistema permite a aquisição simultânea de imagens coloridas e imagens de fluorescência. Para melhorar a precisão das imagens de fluorescência, um sistema de correcção é executado para as variações na intensidade da luz no tecido. Uma descrição detalhada é fornecida por Themelis et al 13.
Protocol
Representative Results
Discussion
Simulamos aplicações clínicas potenciais da BCS NIRF guiadas através do uso de fantasmas em forma de mama com inclusões-simulando tumor integrados. Localização intra-operatória do tumor, a ressecção do tumor NIRF-guiada, a avaliação da extensão da cirurgia ea avaliação pós-operatória das margens cirúrgicas foram todos encontrados viável utilizando um sistema de câmera NIRF custom-construir. Detecção não invasiva de inclusões-simulando tumorais fluorescentes só foi possível por inclusões posici…
Divulgaciones
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 |
Referencias
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