Summary

الجمع بين الفحص المجهري البؤري للانعكاس والتصوير المقطعي للتماسك البصري للتشخيص غير الجراحي لسرطانات الجلد عن طريق الحصول على الصور

Published: August 18, 2022
doi:

Summary

هنا ، نصف بروتوكولات للحصول على صور عالية الجودة باستخدام أجهزة تصوير جديدة غير جراحية للفحص المجهري البؤري للانعكاس (RCM) و RCM المشترك والتصوير المقطعي للتماسك البصري (OCT). كما نقوم بتعريف الأطباء بتطبيقاتهم السريرية حتى يتمكنوا من دمج التقنيات في سير العمل السريري المنتظم لتحسين رعاية المرضى.

Abstract

سرطان الجلد هو واحد من أكثر أنواع السرطان شيوعا في جميع أنحاء العالم. يعتمد التشخيص على الفحص البصري وتنظير الجلد متبوعا بالخزعة لتأكيد التشريح المرضي. في حين أن حساسية تنظير الجلد عالية ، فإن النوعية المنخفضة تؤدي إلى تشخيص 70٪ -80٪ من الخزعات على أنها آفات حميدة في علم أمراض الأنسجة (إيجابيات كاذبة في تنظير الجلد).

يمكن للفحص المجهري الانعكاسي متحد البؤر (RCM) والتصوير المقطعي للتماسك البصري (OCT) أن يوجها تشخيص سرطانات الجلد بشكل غير جراحي. يصور RCM التشكل الخلوي في طبقات en-face . لقد ضاعف الخصوصية التشخيصية لسرطان الجلد الميلانيني وسرطان الجلد الكيراتيني المصطبغ على تنظير الجلد ، مما أدى إلى خفض عدد خزعات الآفات الحميدة إلى النصف. حصلت RCM على رموز الفواتير في الولايات المتحدة الأمريكية ويتم دمجها الآن في العيادات.

ومع ذلك ، فإن القيود مثل العمق الضحل (~ 200 ميكرومتر) للتصوير ، والتباين الضعيف للآفات الجلدية غير المصطبغة ، والتصوير في طبقات الوجه تؤدي إلى خصوصية أقل نسبيا للكشف عن سرطان الخلايا القاعدية غير المصطبغ (BCCs) – BCCs السطحية المتاخمة لطبقة الخلايا القاعدية و BCCs الارتشاحية الأعمق. في المقابل ، يفتقر OCT إلى الدقة الخلوية ولكنه يصور الأنسجة في المستويات الرأسية وصولا إلى عمق ~ 1 مم ، مما يسمح باكتشاف كل من الأنواع الفرعية السطحية والأعمق من BCCs. وبالتالي ، فإن كلا التقنيتين متكاملتان بشكل أساسي.

يقوم جهاز RCM-OCT المشترك “متعدد الوسائط” بتصوير الآفات الجلدية في وقت واحد في كل من الوضعين الداخلي والرأسي. إنه مفيد لتشخيص وإدارة BCCs (العلاج غير الجراحي ل BCCs السطحية مقابل العلاج الجراحي للآفات العميقة). يتم الحصول على تحسن ملحوظ في الخصوصية للكشف عن BCCs الصغيرة غير المصطبغة على RCM وحدها. تحدث أجهزة RCM و RCM-OCT نقلة نوعية كبيرة في تشخيص وإدارة سرطانات الجلد. ومع ذلك ، يقتصر استخدامها حاليا على مراكز الرعاية الثالثية الأكاديمية وبعض العيادات الخاصة. تعرف هذه الورقة الأطباء على هذه الأجهزة وتطبيقاتها ، ومعالجة الحواجز الانتقالية في سير العمل السريري الروتيني.

Introduction

تقليديا ، يعتمد تشخيص سرطان الجلد على الفحص البصري للآفة متبوعا بإلقاء نظرة فاحصة على الآفات المشبوهة باستخدام عدسة مكبرة تسمى منظار الجلد. يوفر منظار الجلد معلومات تحت السطح تزيد من الحساسية والنوعية مقارنة بالفحص البصري لتشخيص سرطانات الجلد 1,2. ومع ذلك ، يفتقر تنظير الجلد إلى التفاصيل الخلوية ، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى خزعة لتأكيد التشريح المرضي. تؤدي الخصوصية المنخفضة والمتغيرة (67٪ إلى 97٪) لتنظير الجلد3 إلى إيجابيات كاذبة وخزعات تظهر آفات حميدة في علم الأمراض. الخزعة ليست فقط إجراء جراحيا يسبب النزيف والألم4 ولكنها أيضا غير مرغوب فيها للغاية في المناطق الحساسة من الناحية التجميلية مثل الوجه بسبب التندب.

لتحسين رعاية المرضى من خلال التغلب على القيود الحالية ، يتم استكشاف العديد من أجهزة التصوير غير الغازية في الجسم الحي 5،6،7،8،9،10،11،12،13،14،15،16،17،18 . أجهزة RCM و OCT هما الجهازان البصريان الرئيسيان غير الباضعين اللذين يستخدمان لتشخيص الآفات الجلدية ، وخاصة سرطانات الجلد. حصلت RCM على رموز فواتير المصطلحات الإجرائية الحالية (CPT) في الولايات المتحدة الأمريكية ويتم استخدامها بشكل متزايد في مراكز الرعاية الأكاديمية من الدرجة الثالثة وبعض العيادات الخاصة7،8،19. RCM صور الآفات في الدقة شبه النسيجية (الخلوية). ومع ذلك ، توجد الصور في مستوى الوجه (تصور طبقة واحدة من الجلد في كل مرة) ، ويقتصر عمق التصوير على ~ 200 ميكرومتر ، وهو ما يكفي للوصول إلى الأدمة السطحية (الحليمية) فقط. يعتمد تصوير RCM على تباين الانعكاس من الهياكل المختلفة في الجلد. يضفي الميلانين أعلى تباين ، مما يجعل الآفات المصطبغة مشرقة وأسهل في التشخيص. وبالتالي ، فإن RCM جنبا إلى جنب مع تنظير الجلد قد حسن بشكل كبير التشخيص (حساسية 90 ٪ وخصوصية 82 ٪) على تنظير الجلد من الآفات المصطبغة ، بما في ذلك سرطان الجلد20. ومع ذلك ، نظرا لعدم وجود تباين الميلانين في الآفات الوردية ، خاصة بالنسبة ل BCCs ، فإن RCM لها خصوصية أقل (37.5٪ -75.5٪) 21. جهاز OCT تقليدي ، وهو جهاز آخر غير جراحي شائع الاستخدام ، يصور آفة يصل عمقها إلى 1 مم داخل الجلد ويصورها في مستوى عمودي (على غرار علم أمراض الأنسجة)9. ومع ذلك ، يفتقر OCT إلى الدقة الخلوية. يستخدم OCT في المقام الأول لتشخيص آفات الخلايا الكيراتينية ، وخاصة BCCs ، ولكن لا يزال لديه خصوصية أقل9.

وبالتالي ، للتغلب على القيود الحالية لهذه الأجهزة ، تم بناء جهاز RCM-OCT متعدد الوسائط22. يشتمل هذا الجهاز على RCM و OCT ضمن مسبار تصوير واحد محمول باليد ، مما يتيح الحصول في وقت واحد على صور RCM للوجه مسجلة بشكل مشترك وصور OCT عمودية للآفة. يوفر OCT تفاصيل معمارية للآفات ويمكن أن يصور أعمق (حتى عمق ~ 1 مم) داخل الجلد. كما أن لديها مجال رؤية أكبر (FOV) يبلغ ~ 2 مم22 مقارنة بجهاز RCM المحمول (~ 0.75 مم × 0.75 مم). تستخدم صور RCM لتوفير التفاصيل الخلوية للآفة المحددة في OCT. لم يتم تسويق هذا النموذج الأولي بعد ويتم استخدامه كجهاز بحثي في العيادات23،24،25.

على الرغم من نجاحها في تحسين تشخيص وإدارة سرطانات الجلد (كما تدعمها الأدبيات) ، إلا أن هذه الأجهزة لم تستخدم بعد على نطاق واسع في العيادات. ويرجع ذلك أساسا إلى ندرة الخبراء الذين يمكنهم قراءة هذه الصور ولكن يرجع أيضا إلى نقص الفنيين المدربين الذين يمكنهم الحصول على صور ذات جودة تشخيصية بكفاءة (ضمن إطار زمني سريري) بجانب السرير8. في هذه المخطوطة ، الهدف هو تسهيل الوعي والاعتماد النهائي لهذه الأجهزة في العيادات. لتحقيق هذا الهدف ، نقوم بتعريف أطباء الأمراض الجلدية وأطباء الأمراض الجلدية وجراحي موس بصور لسرطانات الجلد والجلد الطبيعية المكتسبة باستخدام أجهزة RCM و RCM-OCT. سنقوم أيضا بتفصيل فائدة كل جهاز لتشخيص سرطانات الجلد. الأهم من ذلك ، أن تركيز هذه المخطوطة هو توفير إرشادات خطوة بخطوة للحصول على الصور باستخدام هذه الأجهزة ، والتي ستضمن صورا عالية الجودة للاستخدام السريري.

Protocol

تتبع جميع البروتوكولات الموضحة أدناه إرشادات لجنة أخلاقيات البحوث البشرية المؤسسية. 1. جهاز RCM وبروتوكول التصوير ملاحظة: هناك جهازان متاحان تجاريا في vivo RCM: RCM (WP-RCM) ذات المسبار العريض و RCM المحمولة باليد (HH-RCM). يأتي WP-RCM مدمجا مع منظار الجلد الرقمي. ي…

Representative Results

المجهر الانعكاسي متحد البؤر (RCM)تفسير الصور على RCM:يتم تفسير صور RCM بطريقة تحاكي تقييم شرائح التشريح المرضي. يتم تقييم الفسيفساء أولا للحصول على التفاصيل المعمارية الشاملة وتحديد مجالات الاهتمام ، على غرار تقييم أقسام الأنسجة حول تكبير المسح (2x). يتبع ذلك تكبير الفسيف…

Discussion

في هذه المقالة ، وصفنا بروتوكولات للحصول على الصور باستخدام أجهزة RCM و RCM-OCT في الجسم الحي . يوجد حاليا جهازان متاحان تجاريا ل RCM: جهاز RCM (WP-RCM) ذو مسبار عريض أو مثبت على الذراع وجهاز RCM (HH-RCM) المحمول باليد. من الأهمية بمكان أن نفهم متى تستخدم هذه الأجهزة في الإعدادات السريرية. نوع السرطان وم…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

شكر خاص لكوامي كيتوسوغبو وإميلي كوين لكونهما متطوعين للتصوير. يتم تمويل هذا البحث من خلال منحة من المعهد الوطني للسرطان / المعاهد الوطنية للصحة (P30-CA008748) المقدمة إلى مركز ميموريال سلون كيترينج للسرطان.

Materials

Crystal Plus 500FG mineral oil STE Oil Company, Inc. A food grade, high viscous mineral oil used with our various devices during in vivo imaging.
RCM-OCT Physical Science Inc. A “multi-modal” combined RCM-OCT device simultaneously images skin lesions in both horizonal and vertical modes.
Vivascope 1500 Caliber I.D. A wide-probe RCM (WP-RCM) device that attaches to the skin to campture in vivo devices.
Vivascope 3000 Caliber I.D. A hand-held RCM (HH-RCM) device that is moved across the skin to capture in vivo images.

References

  1. Argenziano, G., et al. Accuracy in melanoma detection: A 10-year multicenter survey. Journal of the American Academy of Dermatology. 67 (1), 54-59 (2012).
  2. Vestergaard, M. E., Macaskill, P., Holt, P. E., Menzies, S. W. Dermoscopy compared with naked eye examination for the diagnosis of primary melanoma: A meta-analysis of studies performed in a clinical setting. British Journal of Dermatology. 159 (3), 669-676 (2008).
  3. Reiter, O., et al. The diagnostic accuracy of dermoscopy for basal cell carcinoma: A systematic review and meta-analysis. Journal of the American Academy of Dermatology. 80 (5), 1380-1388 (2019).
  4. Abhishek, K., Khunger, N. Complications of skin biopsy. Journal of Cutaneous and Aesthetic Surgery. 8 (4), 239-241 (2015).
  5. Navarrete-Dechent, C., Fischer, C., Tkaczyk, E., Jain, M., Rao, B. K. Chapter 5: Principles of non-invasive diagnostic techniques in dermatology. Moschella and Hurley’s Dermatology. 1, (2019).
  6. Wassef, C., Rao, B. K. Uses of non-invasive imaging in the diagnosis of skin cancer: An overview of the currently available modalities. International Journal of Dermatology. 52 (12), 1481-1489 (2013).
  7. Rajadhyaksha, M., Marghoob, A., Rossi, A., Halpern, A. C., Nehal, K. S. Reflectance confocal microscopy of skin in vivo: From bench to bedside. Lasers in Surgery and Medicine. 49 (1), 7-19 (2017).
  8. Jain, M., Pulijal, S. V., Rajadhyaksha, M., Halpern, A. C., Gonzalez, S. Evaluation of bedside diagnostic accuracy, learning curve, and challenges for a novice reflectance confocal microscopy reader for skin cancer detection in vivo. JAMA Dermatology. 154 (8), 962-965 (2018).
  9. Sattler, E., Kästle, R., Welzel, J. Optical coherence tomography in dermatology. Journal of Biomedical Optics. 18 (6), 061224 (2013).
  10. Wang, Y. -. J., Huang, Y. -. K., Wang, J. -. Y., Wu, Y. -. H. In vivo characterization of large cell acanthoma by cellular resolution optical coherent tomography. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 26, 199-202 (2019).
  11. Balu, M., et al. Distinguishing between benign and malignant melanocytic nevi by in vivo multiphoton microscopy. Recherche en cancérologie. 74 (10), 2688-2697 (2014).
  12. Balu, M., et al. In vivo multiphoton microscopy of basal cell carcinoma. JAMA Dermatology. 151 (10), 1068-1074 (2015).
  13. Lentsch, G., et al. Non-invasive optical biopsy by multiphoton microscopy identifies the live morphology of common melanocytic nevi. Pigment Cell and Melanoma Research. 33 (6), 869-877 (2020).
  14. Dimitrow, E., et al. Sensitivity and specificity of multiphoton laser tomography for in vivo and ex vivo diagnosis of malignant melanoma. Journal of Investigative Dermatology. 129 (7), 1752-1758 (2009).
  15. Ruini, C., et al. Line-field optical coherence tomography: In vivo diagnosis of basal cell carcinoma subtypes compared with histopathology. Clinical and Experimental Dermatology. 46 (8), 1471-1481 (2021).
  16. Suppa, M., et al. Line-field confocal optical coherence tomography of basal cell carcinoma: A descriptive study. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology. 35 (5), 1099-1110 (2021).
  17. Wang, Y. J., Wang, J. Y., Wu, Y. H. Application of cellular resolution full-field optical coherence tomography in vivo for the diagnosis of skin tumours and inflammatory skin diseases: A pilot study. Dermatology. 238 (1), 121-131 (2022).
  18. Jain, M., et al. Rapid evaluation of fresh ex vivo kidney tissue with full-field optical coherence tomography. Journal of Pathology Informatics. 6, 53 (2015).
  19. Mehta, P. P., et al. Patterns of use of reflectance confocal microscopy at a tertiary referral dermatology clinic. Journal of the American Academy of Dermatology. , (2021).
  20. Dinnes, J., et al. Reflectance confocal microscopy for diagnosing cutaneous melanoma in adults. Cochrane Database of Systematic Reviews. 12 (12), (2018).
  21. Dinnes, J., et al. Reflectance confocal microscopy for diagnosing keratinocyte skin cancers in adults. Cochrane Database of Systematic Reviews. 12 (12), (2018).
  22. Iftimia, N., et al. Handheld optical coherence tomography-reflectance confocal microscopy probe for detection of basal cell carcinoma and delineation of margins. Journal of Biomedical Optics. 22 (7), 76006 (2017).
  23. Monnier, J., et al. Combined reflectance confocal microscopy and optical coherence tomography to improve the diagnosis of equivocal lesions for basal cell carcinoma. Journal of the American Academy of Dermatology. 86 (4), 934-936 (2021).
  24. Navarrete-Dechent, C., et al. Management of complex head-and-neck basal cell carcinomas using a combined reflectance confocal microscopy/optical coherence tomography: a descriptive study. Archives of Dermatological Research. 313 (3), 193-200 (2021).
  25. Sahu, A., et al. Evaluation of a combined reflectance confocal microscopy-optical coherence tomography device for detection and depth assessment of basal cell carcinoma. JAMA Dermatology. 154 (10), 1175-1183 (2018).
  26. Rubinstein, G., Garfinkel, J., Jain, M. Live, remote control of an in vivo reflectance confocal microscope for diagnosis of basal cell carcinoma at the bedside of a patient 2500 miles away: A novel tele-reflectance confocal microscope approach. Journal of the American Academy of Dermatology. 81 (2), 41-42 (2019).
  27. Scope, A., et al. In vivo reflectance confocal microscopy imaging of melanocytic skin lesions: Consensus terminology glossary and illustrative images. Journal of the American Academy of Dermatology. 57 (4), 644-658 (2007).
  28. Calzavara-Pinton, P., Longo, C., Venturini, M., Sala, R., Pellacani, G. Reflectance confocal microscopy for in vivo skin imaging. Photochemistry and Photobiology. 84 (6), 1421-1430 (2008).
  29. Rajadhyaksha, M., Grossman, M., Esterowitz, D., Webb, R. H., Anderson, R. R. In vivo confocal scanning laser microscopy of human skin: Melanin provides strong contrast. Journal of Investigative Dermatology. 104 (6), 946-952 (1995).
  30. Gonzalez, S., Gonzalez, E., White, W. M., Rajadhyaksha, M., Anderson, R. R. Allergic contact dermatitis: Correlation of in vivo confocal imaging to routine histology. Journal of the American Academy of Dermatology. 40 (5), 708-713 (1999).
  31. Sahu, A., et al. Combined PARP1-targeted nuclear contrast and reflectance contrast enhances confocal microscopic detection of basal cell carcinoma. Journal of Nuclear Medicine. 63 (6), 912-918 (2021).
  32. González, S., Sackstein, R., Anderson, R. R., Rajadhyaksha, M. Real-time evidence of in vivo leukocyte trafficking in human skin by reflectance confocal microscopy. Journal of Investigative Dermatology. 117 (2), 384-386 (2001).
  33. Navarrete-Dechent, C., et al. Reflectance confocal microscopy terminology glossary for nonmelanocytic skin lesions: A systematic review. Journal of the American Academy of Dermatology. 80 (5), 1414-1427 (2019).
  34. Navarrete-Dechent, C., et al. Reflectance confocal microscopy terminology glossary for melanocytic skin lesions: A systematic review. Journal of the American Academy of Dermatology. 84 (1), 102-119 (2021).
  35. Sattler, E., Kastle, R., Welzel, J. Optical coherence tomography in dermatology. Journal of Biomedical Optics. 18 (6), 061224 (2013).
  36. Park, E. S. Skin-layer analysis using optical coherence tomography. Medical Lasers. 3 (1), 1-4 (2014).
  37. Marra, D. E., Torres, A., Schanbacher, C. F., Gonzalez, S. Detection of residual basal cell carcinoma by in vivo confocal microscopy. Dermatologic Surgery. 31 (5), 538-541 (2005).
  38. Alarcon, I., et al. In vivo reflectance confocal microscopy to monitor the response of lentigo maligna to imiquimod. Journal of the American Academy of Dermatology. 71 (1), 49-55 (2014).
  39. Guitera, P., et al. Surveillance for treatment failure of lentigo maligna with dermoscopy and in vivo confocal microscopy: new descriptors. British Journal of Dermatology. 170 (6), 1305-1312 (2014).
  40. Menge, T. D., Hibler, B. P., Cordova, M. A., Nehal, K. S., Rossi, A. M. Concordance of handheld reflectance confocal microscopy (RCM) with histopathology in the diagnosis of lentigo maligna (LM): A prospective study. Journal of the American Academy of Dermatology. 74 (6), 1114-1120 (2016).
  41. Chen, C. S., Elias, M., Busam, K., Rajadhyaksha, M., Marghoob, A. A. Multimodal in vivo optical imaging, including confocal microscopy, facilitates presurgical margin mapping for clinically complex lentigo maligna melanoma. British Journal of Dermatology. 153 (5), 1031-1036 (2005).
  42. Yelamos, O., et al. Handheld reflectance confocal microscopy for the detection of recurrent extramammary Paget disease. JAMA Dermatology. 153 (7), 689-693 (2017).
  43. Ardigo, M., Longo, C., Gonzalez, S. Multicentre study on inflammatory skin diseases from The International Confocal Working Group: Specific confocal microscopy features and an algorithmic method of diagnosis. British Journal of Dermatology. 175 (2), 364-374 (2016).
  44. Moscarella, E., Argenziano, G., Lallas, A., Pellacani, G., Longo, C. Confocal microscopy: A new era in understanding the pathophysiologic background of inflammatory skin diseases. Experimental Dermatology. 23 (5), 320-321 (2014).
  45. Bertrand, C., Corcuff, P. In vivo spatio-temporal visualization of the human skin by real-time confocal microscopy. Scanning. 16 (3), 150-154 (1994).
  46. Saknite, I., et al. Features of cutaneous acute graft-versus-host disease by reflectance confocal microscopy. British Journal of Dermatology. 181 (4), 829-831 (2019).
  47. Aleissa, S., et al. Presurgical evaluation of basal cell carcinoma using combined reflectance confocal microscopy-optical coherence tomography: A prospective study. Journal of the American Academy of Dermatology. 82 (4), 962-968 (2020).
  48. Bang, A. S., et al. Noninvasive, in vivo, characterization of cutaneous metastases using a novel multimodal RCM-OCT imaging device: A case-series. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology. , (2022).
  49. Dickensheets, D. L., Kreitinger, S., Peterson, G., Heger, M., Rajadhyaksha, M. Wide-field imaging combined with confocal microscopy using a miniature f/5 camera integrated within a high NA objective lens. Optics Letters. 42 (7), 1241-1244 (2017).
  50. Kose, K., et al. Automated video-mosaicking approach for confocal microscopic imaging in vivo: an approach to address challenges in imaging living tissue and extend field of view. Scientific Reports. 7 (1), 10759 (2017).
  51. Zhao, J., et al. Deep learning-based denoising in high-speed portable reflectance confocal microscopy. Lasers in Surgery and Medicine. 53 (6), 880-891 (2021).
  52. Curiel-Lewandrowski, C., Stratton, D. B., Gong, C., Kang, D. Preliminary imaging of skin lesions with near-infrared, portable, confocal microscopy. Journal of the American Academy of Dermatology. 85 (6), 1624-1625 (2021).
  53. Freeman, E. E., et al. Feasibility and implementation of portable confocal microscopy for point-of-care diagnosis of cutaneous lesions in a low-resource setting. Journal of the American Academy of Dermatology. 84 (2), 499-502 (2021).
  54. Peterson, G., et al. Feasibility of a video-mosaicking approach to extend the field-of-view for reflectance confocal microscopy in the oral cavity in vivo. Lasers in Surgery and Medicine. 51 (5), 439-451 (2019).
  55. Kurugol, S., et al. Automated delineation of dermal-epidermal junction in reflectance confocal microscopy image stacks of human skin. Journal of Investigative Dermatology. 135 (3), 710-717 (2015).
  56. Kose, K., et al. Utilizing machine learning for image quality assessment for reflectance confocal microscopy. Journal of Investigative Dermatology. 140 (6), 1214-1222 (2020).
  57. Campanella, G., et al. Deep learning for basal cell carcinoma detection for reflectance confocal microscopy. Journal of Investigative Dermatology. 142 (1), 97-103 (2022).
  58. Wodzinski, M., Skalski, A., Witkowski, A., Pellacani, G., Ludzik, J. Convolutional neural network approach to classify skin lesions using reflectance confocal microscopy. 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society EMBC 2019. , (2019).

Play Video

Citer Cet Article
Harris, U., Rajadhyaksha, M., Jain, M. Combining Reflectance Confocal Microscopy with Optical Coherence Tomography for Noninvasive Diagnosis of Skin Cancers via Image Acquisition. J. Vis. Exp. (186), e63789, doi:10.3791/63789 (2022).

View Video