乳がん手術における潜在的近赤外蛍光イメージングアプリケーションを評価するための組織シミュレーファントム
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
術中腫瘍局在と乳房温存手術（BCS）の準最適な転帰における切除縁の状態結果の評価の不正確。光学イメージングは、特定の近赤外蛍光（NIRF）イメージングにおいて、リアルタイムで前後術中腫瘍局在のためのツールを外科医に提供することにより、BCS以下の正の切除縁の頻度を減らすことがあります。現在の研究では、NIRFガイドBCSの電位は、標準化の理由から、研修の目的のために組織シミュレー乳房ファントムを用いて評価する。
正常な乳房組織に匹敵する光学特性を有する乳房ファントムは、乳房温存手術をシミュレーションするために使用された。蛍光色素インドシアニングリーン（ICG）を含む腫瘍シミュレー介在物は、所定の場所でファントムに組み込まれ、前および術中腫瘍局在のために画像化され、リアルタイムのNIRF誘導腫瘍切除、NIRF誘導された手術の程度の評価、および切除縁の術後評価。カスタマイズされたNIRFカメラが画像化目的のための臨床プロトタイプとして使用した。
腫瘍シミュレー介在物を含む乳ファントムは術中腫瘍イメージングをシミュレートし、評価するための、シンプルで安価、かつ汎用性の高いツールを提供します。ゼラチン状のファントムは、人体組織に類似した弾性特性を有し、従来の手術器具を用いて切断することができる。また、ファントムは、それぞれ、光子の吸収と散乱を模倣するヒトの乳房組織に似て均一な光学特性を作成するためのヘモグロビンおよびイントラリピッドを含んでいる。落射照明戦略と深部の腫瘍の（非侵襲的）イメージングを妨げる組織内を伝播する際にNIRFイメージングの主な欠点は、光子の限られた浸透深さである。
Introduction
放射線療法、続いて乳房温存手術（BCS）は、T1-T2乳癌1,2と乳癌患者のための標準的な治療である。追加の外科的介入または放射線療法の3,4,5を必要とする 、BCSを受けた患者20〜40％において陽性の切除マージンの手術結果の程度を術中評価の不正確。隣接する健康な乳房組織の広範な切除が陽性の切除マージンの頻度を減らすかもしれないが、これはまた、美容上の結果を妨げると併存疾患6,7が増加します。新規の技術は、従って原発腫瘍の位置および手術の程度に術中フィードバックを提供することが必要とされている。光学イメージングは、特定の近赤外蛍光（NIRF）イメージングにおいて、rにおける前および術中腫瘍局在のためのツールを外科医に提供することにより、BCS以下の正の切除縁の頻度を減らすかもしれないEAL時間。最近、私たちのグループは、高感度8で原発腫瘍および腹腔内転移を検出するために、この技術の実現可能性を示す、卵巣癌患者における腫瘍標的蛍光イメージングの最初のヒト臨床試験について報告した。乳癌患者における臨床試験に進む前に、しかしながら、BCS内のさまざまな腫瘍標的NIRFイメージングアプリケーションの実現可能性は、すでに前臨床ファントムを用いて評価することができる。
以下の研究プロトコルは、蛍光腫瘍シミュレー介在物9を含む組織模擬乳房ファントム内NIRFイメージングの使用を記載している。ファントムは前および術中腫瘍局在、リアルタイムのNIRF誘導腫瘍切除、切除縁の状態の評価、および残存病変の検出をシミュレートするために、安価で汎用性の高いツールを提供しています。ゼラチン状のファントムは、人体組織に類似した弾性特性を有し、従来のを使用して切断することができるurgical楽器。シミュレートされた外科的処置の間、外科医は、（触診可能な介在物の場合）、触覚情報および術野の目視検査によって案内される。また、NIRFイメージングは、手術の程度にリアルタイムの術中フィードバックを外科医に提供するために適用される。
これは、NIRFイメージングは蛍光色素の使用を必要とすることを強調すべきである。組織中の生理学的に豊富な分子によって（ 例えば 、ヘモグロビン、脂質、エラスチン、コラーゲン、および水）の光子の吸収および散乱を最小化するために- （900から650nm）理想的には、蛍光色素は、近赤外スペクトル範囲で光子を放出することに使用されるべきである10,11。また、自家蛍光（ すなわち、生きた細胞内の生化学反応に起因する組織における固有の蛍光活性）は、最適な腫瘍対バックグラウンド比は11で、その結果、近赤外スペクトル範囲で最小化される。腫瘍タージェにNIRF染料を結合させることにより、テッド部分（ 例えば、モノクローナル抗体）は、蛍光染料の標的化送達は、術中イメージングアプリケーションのために得ることができる。
人間の目は、近赤外スペクトル領域の光に鈍感であるように、高感度カメラ装置は、NIRFイメージングのために必要とされる。術中使用のためのいくつかのNIRFイメージングシステムは、これまで12が開発されてきた。現在の研究では、ミュンヘン工科大学と共同で術中のアプリケーションのために開発されたカスタムビルドNIRFイメージングシステムを使用していました。システムは、カラー画像と蛍光画像の同時取得が可能になる。蛍光画像の精度を向上させるために、訂正方式は、組織内の光強度の変化のために実装されている。詳細な説明はThemelis らによって提供される。13
Protocol
Representative Results
Discussion
私たちは、統合された腫瘍をシミュレートする介在物乳房形のファントムを使用して、NIRF誘導BCSの潜在的な臨床応用をシミュレートした。術中腫瘍局在、NIRF誘導腫瘍切除手術の程度の評価、および切除縁の術後評価は、すべてのカスタム·ビルドNIRFカメラシステムを使用して実現可能なことが分かった。蛍光腫瘍シミュレー介在物の非侵襲的検出は、2cm以下の深さでファントム組織内に配?…
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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