स्तन कैंसर सर्जरी में क्षमता के पास अवरक्त प्रतिदीप्ति इमेजिंग अनुप्रयोगों का आकलन के लिए Phantoms ऊतक का अनुकरण
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
Intraoperative ट्यूमर स्थानीयकरण और स्तन संरक्षण सर्जरी (BCS) के suboptimal परिणाम में शल्य मार्जिन स्थिति परिणाम के मूल्यांकन में अशुद्धियों. ऑप्टिकल इमेजिंग, विशेष अवरक्त प्रतिदीप्ति (NIRF) इमेजिंग में, वास्तविक समय में पूर्व और intraoperative ट्यूमर स्थानीयकरण के लिए एक उपकरण के साथ सर्जन प्रदान करके BCS निम्नलिखित सकारात्मक शल्य हाशिए की आवृत्ति कम हो सकता है. वर्तमान अध्ययन में, NIRF निर्देशित BCS के संभावित मानकीकरण और प्रशिक्षण प्रयोजनों के कारणों के लिए ऊतक का अनुकरण स्तन phantoms का उपयोग कर मूल्यांकन किया जाता है.
सामान्य स्तन के ऊतकों के उन लोगों के लिए तुलनीय ऑप्टिकल विशेषताओं के साथ स्तन phantoms स्तन संरक्षण सर्जरी अनुकरण करने के लिए इस्तेमाल कर रहे थे. ट्यूमर का अनुकरण फ्लोरोसेंट रंजक indocyanine ग्रीन (भारतीय तट रक्षक) युक्त समावेशन पूर्वनिर्धारित स्थानों पर phantoms में शामिल किया और पूर्व और intraoperative ट्यूमर स्थानीयकरण, वास्तविक समय NIRF निर्देशित ट्यूमर लकीर, NIRF निर्देशित लिए imaged थेसर्जरी की सीमा पर मूल्यांकन, और शल्य हाशिए के पश्चात मूल्यांकन. एक अनुकूलित NIRF कैमरा इमेजिंग प्रयोजनों के लिए एक नैदानिक प्रोटोटाइप के रूप में इस्तेमाल किया गया था.
ट्यूमर का अनुकरण समावेशन युक्त स्तन phantoms अनुकरण और intraoperative ट्यूमर इमेजिंग का मूल्यांकन करने के लिए एक सरल, सस्ता, और बहुमुखी उपकरण प्रदान करते हैं. पतला phantoms मानव ऊतक के समान लोचदार गुण होते हैं और पारंपरिक शल्य चिकित्सा उपकरण का उपयोग कर में कटौती की जा सकती है. इसके अलावा, phantoms, क्रमशः, फोटॉनों के अवशोषण और बिखरने नकल उतार मानव स्तन के ऊतकों के समान वर्दी ऑप्टिकल गुण पैदा करने के लिए हीमोग्लोबिन और intralipid होते हैं. महामारी रोशनी रणनीतियों के साथ गहरे बैठा ट्यूमर के (noninvasive) इमेजिंग hinders जो ऊतक, के माध्यम से प्रचार जब NIRF इमेजिंग के मुख्य दोष फोटॉनों के सीमित प्रवेश गहराई है.
Introduction
रेडियोथेरेपी के द्वारा पीछा स्तन संरक्षण सर्जरी (BCS) 1 टी टी 2 स्तन कार्सिनोमा 1,2 के साथ स्तन कैंसर के रोगियों के लिए मानक उपचार है. अतिरिक्त शल्य चिकित्सा हस्तक्षेप या रेडियोथेरेपी 3,4,5 जरूरत महसूस BCS कराना पड़ा जो रोगियों का 20 से 40% में सकारात्मक शल्य हाशिए में सर्जरी परिणाम की हद तक की intraoperative मूल्यांकन में अशुद्धियों. आसन्न स्वस्थ स्तन के ऊतकों के व्यापक लकीर सकारात्मक शल्य हाशिए की आवृत्ति कम हो सकता है, यह भी कॉस्मेटिक परिणाम में बाधा और comorbidity 6,7 वृद्धि होगी. उपन्यास तकनीक इसलिए प्राथमिक ट्यूमर के स्थान और सर्जरी की सीमा पर intraoperative राय देने कि आवश्यकता है. ऑप्टिकल इमेजिंग, विशेष अवरक्त प्रतिदीप्ति (NIRF) इमेजिंग में, अनुसंधान में पूर्व और intraoperative ट्यूमर स्थानीयकरण के लिए एक उपकरण के साथ सर्जन प्रदान करके BCS निम्नलिखित सकारात्मक शल्य हाशिए की आवृत्ति कम हो सकता हैeal समय. हाल ही में, हमारे समूह उच्च संवेदनशीलता 8 के साथ प्राथमिक ट्यूमर और intraperitoneal मेटास्टेसिस पता लगाने के लिए इस तकनीक का व्यवहार्यता दिखा, डिम्बग्रंथि के कैंसर के रोगियों में ट्यूमर लक्षित प्रतिदीप्ति इमेजिंग की पहली में मानव परीक्षण पर सूचना दी. स्तन कैंसर के रोगियों में नैदानिक अध्ययन करने के लिए आगे बढ़ने से पहले, तथापि, BCS में विभिन्न ट्यूमर लक्षित NIRF इमेजिंग आवेदनों की व्यवहार्यता पहले से ही preclinically phantoms का उपयोग कर मूल्यांकन किया जा सकता.
निम्नलिखित अनुसंधान प्रोटोकॉल फ्लोरोसेंट ट्यूमर का अनुकरण समावेशन 9 युक्त ऊतक अनुकरण स्तन phantoms में NIRF इमेजिंग के उपयोग का वर्णन करता है. phantoms पूर्व और intraoperative ट्यूमर स्थानीयकरण, वास्तविक समय NIRF निर्देशित ट्यूमर लकीर, शल्य मार्जिन स्थिति का आकलन, और अवशिष्ट बीमारी का पता लगाने के अनुकरण के लिए एक सस्ता और बहुमुखी उपकरण प्रदान करते हैं. पतला phantoms मानव ऊतक के समान लोचदार गुण होते हैं और पारंपरिक एस का उपयोग कर काटा जा सकता हैurgical यंत्र. नकली शल्य प्रक्रिया के दौरान, सर्जन (स्पष्ट समावेशन के मामले में) स्पर्श जानकारी और सहकारी क्षेत्र के दृश्य निरीक्षण द्वारा निर्देशित है. इसके अलावा, NIRF इमेजिंग सर्जरी की सीमा पर वास्तविक समय intraoperative राय के साथ सर्जन प्रदान करने के लिए लागू किया जाता है.
यह NIRF इमेजिंग फ्लोरोसेंट रंगों के उपयोग की आवश्यकता पर जोर दिया जाना चाहिए. आदर्श रूप में, फ्लोरोसेंट रंगों लगभग अवरक्त वर्णक्रम रेंज में फोटॉनों फेंकना है कि इस्तेमाल किया जाना चाहिए (650-900 एनएम) ऊतक में physiologically प्रचुर अणुओं से फोटॉनों के अवशोषण और बिखरने को कम करने के लिए (जैसे, हीमोग्लोबिन, लिपिड, elastin, कोलेजन, और पानी) 10,11. इसके अलावा, autofluorescence (यानी, जीवित कोशिकाओं में जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कारण ऊतकों में आंतरिक प्रतिदीप्ति गतिविधि) इष्टतम ट्यूमर करने वाली पृष्ठभूमि अनुपात 11 में जिसके परिणामस्वरूप लगभग अवरक्त वर्णक्रम सीमा में कम से कम है. Conjugating द्वारा NIRF ट्यूमर targe को रंजकटेड moieties (जैसे, मोनोक्लोनल एंटीबॉडी), फ्लोरोसेंट रंगों के लक्षित वितरण intraoperative इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए प्राप्त किया जा सकता है.
मानव आंख लगभग अवरक्त वर्णक्रम सीमा में प्रकाश के प्रति असंवेदनशील है, एक बेहद संवेदनशील कैमरा डिवाइस NIRF इमेजिंग के लिए आवश्यक है. Intraoperative उपयोग के लिए कई NIRF इमेजिंग सिस्टम अब तक 12 विकसित किया गया है. वर्तमान अध्ययन में, हम एक कस्टम म्यूनिख तकनीकी विश्वविद्यालय के साथ सहयोग में intraoperative आवेदन के लिए विकसित किया गया था कि NIRF इमेजिंग प्रणाली का निर्माण किया करते थे. प्रणाली रंग छवियों और प्रतिदीप्ति छवियों के एक साथ अधिग्रहण के लिए अनुमति देता है. प्रतिदीप्ति छवियों की सटीकता में सुधार करने के लिए, एक सुधार योजना ऊतक में प्रकाश की तीव्रता में बदलाव के लिए लागू किया गया है. एक विस्तृत वर्णन Themelis एट अल द्वारा प्रदान की जाती है. 13
Protocol
Representative Results
Discussion
हम एकीकृत ट्यूमर का अनुकरण inclusions के साथ स्तन के आकार phantoms के उपयोग के माध्यम NIRF निर्देशित BCS के संभावित नैदानिक अनुप्रयोगों नकली. Intraoperative ट्यूमर स्थानीयकरण, NIRF निर्देशित ट्यूमर लकीर, सर्जरी की सीमा पर मूल्य…
Disclosures
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 |
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