בVivo, Percutaneous, מחט מבוססת, אופטי קוהרנטיות טומוגרפיה של המונים כליה
Summary
Optical coherence tomography (OCT) is a high resolution imaging technique that allows analysis of tissue specific optical properties providing the means for tissue differentiation. We developed needle based OCT, providing real-time imaging combined with on-the-spot tumor differentiation. This publication describes a method for percutaneous, needle based OCT of renal masses.
Abstract
Optical coherence tomography (OCT) is the optical equivalent of ultrasound imaging, based on the backscattering of near infrared light. OCT provides real time images with a 15 µm axial resolution at an effective tissue penetration of 2-3 mm. Within the OCT images the loss of signal intensity per millimeter of tissue penetration, the attenuation coefficient, is calculated. The attenuation coefficient is a tissue specific property, providing a quantitative parameter for tissue differentiation.
Until now, renal mass treatment decisions have been made primarily on the basis of MRI and CT imaging characteristics, age and comorbidity. However these parameters and diagnostic methods lack the finesse to truly detect the malignant potential of a renal mass. A successful core biopsy or fine needle aspiration provides objective tumor differentiation with both sensitivity and specificity in the range of 95-100%. However, a non-diagnostic rate of 10-20% overall, and even up to 30% in SRMs, is to be expected, delaying the diagnostic process due to the frequent necessity for additional biopsy procedures.
We aim to develop OCT into an optical biopsy, providing real-time imaging combined with on-the-spot tumor differentiation. This publication provides a detailed step-by-step approach for percutaneous, needle based, OCT of renal masses.
Introduction
העשורים האחרונים הראו עלייה מתמדת בשכיחות של המוני כליות 1,2. עד עכשיו, החלטות טיפול המוניות כליות נעשו בעיקר על בסיס מאפייני הדמיה MRI ו- CT, גיל והתחלואה נלווה. עם זאת שיטות אבחון ופרמטרים אלה קליניים חסרי העידון באמת לזהות את הפוטנציאל הממאיר של מסת כליה. ביופסית ליבה או שאיפת מחט עדינה עם רקמה מספיקה להערכה פתולוגית (אבחון) מספקת בידול אובייקטיבי של גידול עם שני רגיש וסגוליות בטווח של 95-100% 3. לכן ביופסיה היא להשיג הסכמה בהערכת המוני כליות חשודים 4,5. עם זאת, ביופסיות ללא רקמה מספיק כדי לקבוע אבחנה או עם נורמלי parenchyma כליות (לא אבחון) מתרחש בשיעור של 10-20% בסך הכל, ואפילו עד 30% בהמונים כליה קטנים (<4 סנטימטר, SRMs), לעכב תהליך האבחון בשל הצורך התכוף לנוסףביופסיות 3.5.
טומוגרפיה קוהרנטיות אופטית (אוקטובר) היא שיטת הדמיה רומן שיש לו את הפוטנציאל להתגבר על המכשולים האמורים בבידול מסת כליה. בהתבסס על backscattering של אור אינפרא אדום קרוב, אוקטובר מספק תמונות עם 15 מיקרומטר רזולוציה צירית בחדירת רקמה יעילה של 2-3 מ"מ (איור 1, 2). הפסד של עוצמת אות לכל מילימטר של חדירה לרקמות, כתוצאה של פיזור אור רקמות ספציפיות, כפי שבא לידי ביטוי במקדם הנחתה (μ אוקטובר: מ"מ -1) כפי שתואר על ידי et al Faber 6.. יכולים להיות מתואמים מאפיינים היסטולוגית לμ ערכי אוקטובר מתן פרמטר הכמותי לבידול רקמה (איור 3).
במהלך היווצרות הסרטן, תאים ממאירים להציג מספר גדל, גרעינים גדולים יותר ויותר בלתי סדיר בצורה עם מדד גבוה יותר שבירה ומיטוכונדריה פעילה יותר. בשל ביטוי יתר של מרכיבי תא, שינוי בμ אוקטובר הוא צפוי כאשר משווים גידולים ממאירים לגידולים שפירים או רקמה מושפעת 7.
לאחרונה למדנו את היכולת של אוקטובר השטחי להבחין בין המוני כליה שפירים וממאירים 8,9. ב -16 חולים, מדידות אוקטובר התוך-ניתוחיות של רקמת גידול התקבלו באמצעות בדיקה אוקטובר להציב חיצוני. זרוע השליטה מורכבת ממדידות אוקטובר של רקמה מושפעת באותם חולים. רקמה נורמלית הראתה מקדם הנחתה החציוני נמוכה באופן משמעותי בהשוואה לרקמה ממארת, המאשר את הפוטנציאל של אוקטובר לבידול גידול. ניתוח כמו זה יושם באופן דומה לסוגים אחרים של הכיתה רקמה ממארת, כגון קרצינומה urothelial 10,11 ובידול neoplasia אפיתל פות 12.
אף אוזן גרון "> אנו שואפים לפתח אוקטובר לביופסיה אופטית, מתן בשילוב הדמיה בזמן אמת עם בידול גידול ב- the-spot. מטרת המחקר הנוכחי היא לתאר מלעורית, מחט המבוססת, אוקטובר גישה בחולים שאובחנה עם מסת כליה שיפור מוצקה. תיאור שיטה זו הוא, למיטב ידיעתנו, הראשון להעריך את האפשרות של מחט אוקטובר מבוסס של גידולי כליה.Protocol
Representative Results
Discussion
בפרסום זה אנו מדווחים על ההיתכנות של מלעורית, מחט, אוקטובר של הכליות מבוססות. זהו צעד ראשון חיוני בהתפתחות של אוקטובר לטכניקה קליני רלוונטית לבידול גידול, כפי שכונתה "אופטי ביופסיה". 25 החולים הראשונים שלנו הראו אוקטובר percutaneous להיות הליך קל ובטוח. יש ביופסיה אופט?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work is funded by the Cure for Cancer Foundation, Dutch Technology Foundation (STW) and The Netherlands Organisation for Health Research and Development (ZonMw).
Materials
| 15G / 7.5cm Co-Axial Introducer Needle | Angiotech, Gainesville, USA | MCXS1612SX | |
| 18G / 20cm Trocar Needle | Cook medical, Bloomington, USA | DTN-18-20.0-U | |
| 16G / 20cm Quick-Core Biopsy Gun | Cook Medical, Bloomington, USA | G07827 | |
| Ilumien Optis PCI Optimization System (OCT & FFR) | St. Jude medical, St. Paul, USA | C408650 | Part of Dragonfly Kit. St. Jude medical, St. Paul, USA. (C4088643) |
| Dragonfly Duo Imaging Catheter | LightLab Imaging, Westford, USA | C408644 | Part of Dragonfly Kit. St. Jude medical, St. Paul, USA. (C4088643) |
| Sterile Dock Cover | CFI Med. Solutions, Fenton, USA | 200-700-00 | Part of Dragonfly Kit. St. Jude medical, St. Paul, USA. (C4088643) |
| 5ml Luer-lock Syringe | Merit Med. Syst., South Jordan, USA | C408647 | |
| 10ml Syringe | BD, Franklin Lakes, USA | 300912 | |
| 18G Blunt Fill Needle | BD, Franklin Lakes, USA | 305180 | |
| 21G Injection Needle | BD, Franklin Lakes, USA | 301155 | |
| Sterile scalpel | BD, Franklin Lakes, USA | 372611 | |
| NaCl 0,9% solution | Braun, Melsungen AG, Germany | 222434 | |
| Lidocaïne HCl 2% (20mg/ml) solution | Braun, Melsungen AG, Germany | 3624480 | |
| Sterile Ultrasound Gel, Aquasonic 100 | Parker Lab. Inc., Fairfield, USA | GE424609 | |
| Sterile Ultrasound Cover | Microtek Med., Alpharetta, USA | PC1289EU | |
| Pathology Container | |||
| AMIRA software package | FEI Visualization Sciences Group, Hillsboro, USA | Software platform for 3D data analysis | |
| FIJI software package (open source) | Open source, http://fiji.sc/Fiji | Open source image processing software | |
References
- Jemal, A., Siegel, R., Xu, J., Ward, E. Cancer statistics, 2010. CA Cancer J. Clin. 60, 277-300 (2010).
- Mathew, A., Devesa, S. S., Fraumeni, J. F., Chow, W. H. Global increases in kidney cancer incidence, 1973-1992. Eur. J. Cancer Prev. 11, 171-178 (2002).
- Volpe, A., et al. Contemporary management of small renal masses. Eur. Urol. 60, 501-515 (2011).
- Ljungberg, B., et al. EAU guidelines on renal cell carcinoma: the 2010 update. Eur. Urol. 58, 398-406 (2010).
- Donat, S. M., et al. Follow-up for Clinically Localized Renal Neoplasms. AUA Guideline, J. Urol. 190, 407-416 (2013).
- Faber, D. J., van der Meer, F. J., Aalders, M. C. G., van Leeuwen, T. G. Quantitative measurement of attenuation coefficients of weakly scattering media using optical coherence tomography. Optics Express. 12, 4353-4365 (2004).
- Xie, T. Q., Zeidel, M. L., Pan, Y. T. Detection of tumorigenesis in urinary bladder with optical coherence tomography: optical characterization of morphological changes. Optics Express. 10, 1431-1443 (2002).
- Barwari, K., et al. Differentiation between normal renal tissue and renal tumours using functional optical coherence tomography: a phase I in vivo human study. BJU. Int. 110, E415-E420 (2012).
- Barwari, K., et al. Advanced diagnostics in renal mass using optical coherence tomography: a preliminary report. J. Endourol. 25, 311-315 (2011).
- Cauberg, E. C., et al. Quantitative measurement of attenuation coefficients of bladder biopsies using optical coherence tomography for grading urothelial carcinoma of the bladder. J. Biomed. Opt. 15, 066013 (2010).
- Bus, M. T., et al. Volumetric in vivo visualization of upper urinary tract tumors using optical coherence tomography: a pilot study. J. Urol. 190, 2236-2242 (2013).
- Wessels, R., et al. Optical coherence tomography in vulvar intraepithelial neoplasia. Journal of Biomedical Optics. 17, (2012).
- Yun, S. H., Tearney, G. J., de Boer, J. F., Iftimia, N., Bouma, B. E. High-speed optical frequency-domain imaging. Optics Express. 11, 2953-2963 (2003).
- Kodach, V. M., Kalkman, J., Faber, D. J., van Leeuwen, T. G. Quantitative comparison of the OCT imaging depth at 1300 nm and 1600 nm. Biomed. Opt. Express. 1, 176-185 (2010).
- Kinkelder, R., de Bruin, D. M., Verbraak, F. D., van Leeuwen, T. G., Faber, D. J. Comparison of retinal nerve fiber layer thickness measurements by spectral-domain optical coherence tomography systems using a phantom eye model. J. Biophotonics. 6, 314-320 (2013).
- Baxter, G. M., Sihdu, P. S. . Ultrasound of the Urogenital System. , (2006).
