Gewebe-Simulation Phantoms zur Bestimmung der potentiellen Near-Infrarot-Fluoreszenz-Imaging-Anwendungen in Brustkrebschirurgie
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
Ungenauigkeiten in der intraoperativen Tumorlokalisation und Auswertung der Status der Resektionsränder Ergebnis einer suboptimalen Ergebnis der brusterhaltenden Operation (BCS). Die optische Bildgebung, insbesondere im nahen Infrarot-Fluoreszenz (NIRF) Bildgebung, könnte die Häufigkeit der positiven operativen Margen folgende BCS durch die Bereitstellung der Chirurg mit einem Werkzeug für Pre-und intraoperativen Tumorlokalisation in Echtzeit zu reduzieren. In der aktuellen Studie wird das Potenzial der NIRF-geführte BCS ausgewertet mit gewebe Simulation Brust Phantome aus Gründen der Standardisierung und Schulungszwecke.
Brust Phantome mit optischen Eigenschaften, die denen von normalem Brustgewebe wurden verwendet, um brusterhaltenden Operationen zu simulieren. Tumor-Simulation Einschlüsse, die die Fluoreszenz-Farbstoff Indocyaningrün (ICG) in der Phantome an vorgegebenen Stellen eingearbeitet und für prä-und intraoperativen Tumorlokalisierung, Echtzeit-NIRF-geführt Tumorresektion NIRF-geführt abzubildendenAuswertung über den Umfang der Operation und postoperative Bewertung der Schnittränder. Eine angepasste NIRF Kamera wurde als Prototyp für die klinische Bildgebung verwendet.
Brust Phantome enthalten Tumor-Simulation Einschlüsse bieten eine einfache, kostengünstige und vielseitiges Werkzeug zur Simulation und Bewertung der intraoperativen Tumordarstellung. Die gallertartige Phantome elastische Eigenschaften ähnlich dem menschlichen Gewebe und können mit herkömmlichen chirurgischen Instrumenten geschnitten werden. Darüber hinaus enthalten die Phantome Hämoglobin und Intralipid zum Nachahmen Absorption und Streuung von Photonen bzw. Erstellen ähnlich der menschlichen Brustgewebe gleichmäßige optische Eigenschaften. Der Hauptnachteil der NIRF Bildgebung ist die begrenzte Eindringtiefe von Photonen, wenn durch das Gewebe, das (nicht-invasive) Bildgebung von tief sitzenden Tumoren mit Auflicht-Strategien behindert ausbreiten.
Introduction
Brust-Operation (BCS), gefolgt von einer Strahlentherapie ist die Standard-Behandlung für Brustkrebs-Patientinnen mit T1-T2 Mammakarzinom 1,2. Ungenauigkeiten in der intraoperativen Beurteilung des Ausmaßes der Operation zu positiven operativen Margen in 20 bis 40% der Patienten, die BCS unterzog, erfordern zusätzliche chirurgische Eingriffe oder Strahlentherapie 3,4,5. Obwohl umfangreiche Resektion des angrenzenden gesunden Brustgewebe kann die Häufigkeit der positiven operativen Margen reduzieren, wird dies auch behindern kosmetische Ergebnis und erhöhen Komorbidität 6,7. Neue Techniken sind daher notwendig, dass die intraoperative Rückmeldungen über die Lage des Primärtumors und dem Ausmaß der Operation zu schaffen. Die optische Bildgebung, insbesondere im nahen Infrarot-Fluoreszenz (NIRF) Bildgebung, könnte die Häufigkeit der positiven operativen Margen folgende BCS durch die Bereitstellung der Chirurg mit einem Werkzeug für Pre-und intraoperativen Tumorlokalisation in r reduzierenEAL-Zeit. Kürzlich berichteten unserer Gruppe auf dem ersten in-Studie am Menschen von Tumor-Fluoreszenz-Imaging gezielt bei Eierstockkrebs-Patienten, die die Machbarkeit dieser Technik, um Primärtumoren und Metastasen intraperitoneale mit hoher Empfindlichkeit 8 zu erkennen. Bevor zu klinischen Studien bei Patientinnen mit Brustkrebs, aber der Durchführbarkeit der verschiedenen Tumor gerichtet NIRF Imaging-Anwendungen im BCS bereits präklinisch mit Phantomen ausgewertet werden.
Die folgenden Forschungsprotokoll beschreibt die Verwendung von NIRF Bildgebung in Gewebe-Simulation Brust Phantome mit fluoreszierenden Tumor-Simulation Einschlüsse 9. Die Phantome ein kostengünstiges und vielseitiges Werkzeug, um prä-und intraoperativen Tumorlokalisierung, Echtzeit-NIRF-geführte Tumorentfernung, Beurteilung des chirurgischen Marge Status und Nachweis von Resterkrankung simulieren. Die gallertartige Phantome elastische Eigenschaften ähnlich dem menschlichen Gewebe und kann mit üblichen s geschnitten werdenurgical Instrumente. Während des simulierten chirurgischen Eingriffs kann der Chirurg durch taktile Informationen (im Fall von tastbaren Einschlüsse) und visueller Inspektion des Operationsfeldes geführt. Zusätzlich wird NIRF Bildgebung angewendet, um den Chirurgen mit Echtzeitintra Feedback über den Umfang der Operation bereitzustellen.
Es sollte betont werden, dass die NIRF-Bildgebung erfordert die Verwendung von Fluoreszenzfarbstoffen. Idealerweise sollten fluoreszierende Farbstoffe verwendet werden, die Photonen im nahen Infrarotbereich emittieren (650-900 nm), um die Absorption und Streuung von Photonen durch Moleküle im Gewebe physiologisch reichlich zu minimieren (beispielsweise Hämoglobin, Lipiden, Elastin, Kollagen und Wasser) 10,11. Außerdem Autofluoreszenz (dh die Eigenfluoreszenz-Aktivität in Geweben aufgrund von biochemischen Reaktionen in lebenden Zellen) in dem nahen Infrarotbereich minimiert, wodurch optimale Tumor-zu-Hintergrund-Verhältnisse 11. Durch Konjugation NIRF färbt tumor TargeTed Einheiten (zB monoklonale Antikörper), können gezielte Abgabe von Fluoreszenzfarbstoffen für die intraoperative Bildgebung Anwendungen gewonnen werden.
Da das menschliche Auge unempfindlich ist im nahen Infrarotbereich Licht, ist eine hochempfindliche Kameravorrichtung für NIRF Bildgebung erforderlich. Mehrere NIRF Bildgebungssystemen für den intraoperativen Einsatz bisher 12 entwickelt worden. In der aktuellen Studie verwendeten wir eine benutzerdefinierte bauen NIRF Imaging-System, die für die intraoperative Anwendung in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität München entwickelt wurde. Das System ermöglicht die gleichzeitige Erfassung von Farbbildern und Fluoreszenzbildern. Um die Genauigkeit der Fluoreszenzbilder zu verbessern, wird ein Korrekturprogramm für Variationen in der Lichtintensität im Gewebe umgesetzt. Eine detaillierte Beschreibung wird von Themelis et al. 13
Protocol
Representative Results
Discussion
Wir simulieren mögliche klinische Anwendungen der NIRF-BCS geführt durch die Verwendung von Brust-förmigen Phantome mit integrierter Tumor-Simulation Einschlüsse. Intraoperativen Tumorlokalisation, NIRF geführte Tumorentfernung, Bewertung über das Ausmaß der Operation und der postoperativen Beurteilung der operativen Margen wurden alle gefunden machbar mit einem individuell bauen NIRF Kamera-System. Nichtinvasiven Nachweis von fluoreszierenden Tumor simulierende Einschlüsse nur für Einschlüsse im Phantom Geweb…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
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