Yumurtalık Lezyonlarının Transvajinal Görüntülenmesi için Kolikasyonlu Ultrason ve Fotoakustik Görüntüleme Protokolü
Summary
Bu yazıda over / adneksiyal lezyonların transvajinal görüntülemesi için kokayıtlı ultrason ve fotoakustik görüntüleme protokolü sunulmuştur. Protokol, diğer translasyonel fotoakustik görüntüleme çalışmaları, özellikle fotoakustik sinyallerin tespiti için ticari ultrason dizileri ve görüntüleme için standart gecikme ve toplam hüzmeleme algoritmaları kullananlar için değerli olabilir.
Abstract
Yumurtalık kanseri, erken teşhis ve tanı için güvenilir tarama araçlarının bulunmaması nedeniyle tüm jinekolojik malignitelerin en ölümcül olanı olmaya devam etmektedir. Fotoakustik görüntüleme veya tomografi (PAT), kanser tanısında önemli parametreler olan yumurtalık/adneksiyal lezyonların toplam hemoglobin konsantrasyonunu (nispi ölçek, rHbT) ve kan oksijen satürasyonunu (%sO2) sağlayabilen yeni bir görüntüleme yöntemidir. Kokayıtlı ultrason (US) ile kombine edildiğinde PAT, yumurtalık kanserlerini tespit etmek ve etkili risk değerlendirmesi ve benign lezyonların gereksiz ameliyatlarının azaltılması için yumurtalık lezyonlarını doğru bir şekilde teşhis etmek için büyük potansiyel göstermiştir. Bununla birlikte, klinik uygulamalarda PAT görüntüleme protokolleri, bildiğimiz kadarıyla, farklı çalışmalar arasında büyük ölçüde farklılık göstermektedir. Burada, diğer klinik çalışmalara, özellikle fotoakustik sinyallerin tespiti için ticari ultrason dizileri ve görüntüleme için standart gecikme ve toplam hüzmeleme algoritmaları kullananlara faydalı olabilecek bir transvajinal yumurtalık kanseri görüntüleme protokolü sunuyoruz.
Introduction
Fotoakustik görüntüleme veya tomografi (PAT), ABD çözünürlüğünde ve doku optik difüzyon sınırının (~ 1 mm) çok ötesindeki derinliklerde optik absorpsiyon dağılımını ölçen hibrit bir görüntüleme yöntemidir. PAT’ta, biyolojik dokuyu uyarmak için nanosaniyelik bir lazer darbesi kullanılır ve optik emilim nedeniyle geçici bir sıcaklık artışına neden olur. Bu, başlangıçta basınç artışına yol açar ve ortaya çıkan fotoakustik dalgalar ABD dönüştürücüleri tarafından ölçülür. Multispektral PAT, dokuyu aydınlatmak için ayarlanabilir bir lazerin veya farklı dalga boylarında çalışan çoklu lazerlerin kullanılmasını içerir, böylece optik absorpsiyon haritalarının çoklu dalga boylarında yeniden yapılandırılmasını sağlar. Yakın kızılötesi (NIR) penceresinde oksijenli ve deoksijenli hemoglobinin diferansiyel emilimine dayanarak, multispektral PAT, tümör anjiyogenezi ve kan oksijenasyon tüketimi veya tümör metabolizması ile ilgili fonksiyonel biyobelirteçler olan oksijenli ve deoksijenli hemoglobin konsantrasyonlarının, toplam hemoglobin konsantrasyonunun ve kan oksijen doygunluğunun dağılımlarını hesaplayabilir. PAT, yumurtalık kanseri 1,2, meme kanseri 3,4,5, cilt kanseri 6, tiroid kanseri 7,8, rahim ağzı kanseri9, prostat kanseri 10,11 ve kolorektal kanser12 gibi birçok onkoloji uygulamasında başarı göstermiştir.
Yumurtalık kanseri tüm jinekolojik malignitelerin en ölümcül olanıdır. Yumurtalık kanserlerinin sadece% 38’i erken (lokalize veya bölgesel) bir aşamada teşhis edilir, burada 5 yıllık sağkalım oranı% 74.2 ila% 93.1’dir. Çoğu, 5 yıllık sağkalım oranının% 30.8 veya daha az13 olduğu geç bir aşamada teşhis edilir. Transvajinal ultrasonografi (TUS), Doppler US, serum kanser antijeni 125 (CA 125) ve insan epididim protein 4 (HE4) dahil olmak üzere güncel klinik tanı yöntemlerinin erken over kanseri tanısı için duyarlılık ve özgüllükten yoksun olduğu gösterilmiştir14,15,16. Ek olarak, iyi huylu over lezyonlarının büyük bir kısmının mevcut görüntüleme teknolojileri ile doğru bir şekilde teşhis edilmesi zor olabilir, bu da artan sağlık maliyetleri ve cerrahi komplikasyonlarla gereksiz ameliyatlara yol açmaktadır. Bu nedenle, yönetimi ve sonuçları optimize etmek için adneksiyal kitlelerin risk tabakalaşması için ek doğru non-invaziv yöntemlere ihtiyaç vardır. Açıkçası, erken evre yumurtalık kanserine duyarlı ve spesifik olan ve benign lezyonlardan malign tanımlamada daha doğru bir tekniğe ihtiyaç vardır.
Grubumuz, klinik bir ABD sistemini, ışık dağıtımı için optik fiberleri barındırmak için özel yapım bir prob kılıfını ve ayarlanabilir bir lazer1’i birleştirerek yumurtalık kanseri tanısı için ortak kayıtlı bir transvajinal US ve PAT sistemi (USPAT) geliştirmiştir. USPAT sisteminden türetilen toplam hemoglobin konsantrasyonu (nispi ölçek, rHbT) ve kan oksijen satürasyonu (%sO2), erken evre yumurtalık kanserlerinin tespiti ve etkili risk değerlendirmesi ve gereksiz benign lezyon ameliyatlarının azaltılması için yumurtalık lezyonlarının doğru teşhisi için büyük potansiyel göstermiştir 1,2. Geçerli sistem şeması Şekil 1’de, kontrol bloğu diyagramı ise Şekil 2’de gösterilmiştir. Bu strateji, yumurtalık kanseri tanısı için mevcut TUS protokollerine entegre edilme potansiyeline sahipken, TUS’un duyarlılığını ve özgüllüğünü artırmak için fonksiyonel parametreler (rHbT, %sO2) sağlamaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Optik aydınlatma
Kullanılan elyaf sayısı iki faktöre dayanır: ışık aydınlatma homojenliği ve sistem karmaşıklığı. Sıcak noktalardan kaçınmak için cilt yüzeyinde düzgün bir ışık aydınlatma desenine sahip olmak çok önemlidir. Sistemi minimum sayıda fiber ile basit ve sağlam tutmak da önemlidir. Dört ayrı elyafın kullanılmasının, birkaç milimetre ve ötesindeki derinliklerde düzgün aydınlatma oluşturmak için en uygun olduğu daha önce gösterilmiştir. Ek olar…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma NCI (R01CA151570, R01CA237664) tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, Dr. Mathew Powell liderliğindeki tüm GYN onkoloji grubuna, hastaları işe almaya yardımcı oldukları için, radyologlar Dr. Cary Siegel, William Middleton ve Malak Itnai’ye ABD çalışmalarına yardımcı oldukları için ve patolog Dr. Ian Hagemann’a verilerin patoloji yorumuna yardımcı oldukları için teşekkür eder. Yazarlar, Megan Luther ve GYN çalışma koordinatörlerinin çalışma programlarını koordine etme, çalışma için hastaları belirleme ve bilgilendirilmiş onam alma çabalarını minnetle kabul etmektedir.
Materials
| Clinical US imaging system | Alpinion Medical Systems | EC-12R | Fully programmable clinical US system |
| Dielectric mirror | Thorlabs | BB1-E03 | Used to reflect light along the optical path |
| Endocavity US transducer | Alpinion Medical Systems | EC3-10 | Transvaginal ultrasound probe |
| Laser power meter | Coherent | LabMax TOP | Used to measure laser energy |
| Multi-mode optical fiber | Thorlabs | FP1000ERT | Couple laser light to the endocavity ultrasound probe |
| Non-polarizing beam splitter plate | Thorlabs | BSW11 | For splitting laser beam into sensors to measure energy |
| Plano-concave lens | Thorlabs | LC1715 | For laser beam expansion |
| Plano-convex lens | Thorlabs | LA1484-B | For laser beam collimation |
| Plano-convex lens | Thorlabs | LA1433-B | Used to focus light into four optical fibers |
| Polarizing beam splitter cube | Thorlabs | PBS252 | For splitting laser beam into four beams |
| Protective probe shealth | Custom 3D printed | Hold and protect the four optical fibers at the tip of the ultrasound probe | |
| Right angle prism mirror | Thorlabs | MRA25-E03 | Used to reflect light along the optical path |
| Tunable laser system | Symphotic TII | LS-2145-LT50PC | Light source for multispectral PAT |
| USPAT control software | Custom developed in C++ | Controls acquisition parameters of the ultrasound machine and the laser wavelength | |
| USPAT image display software | Custom developed in C++ | Displays the US/PAT B-scans and sO2/rHbT maps in real time |
References
- Nandy, S., et al. Evaluation of ovarian cancer: Initial application of coregistered photoacoustic tomography and US. Radiology. 289 (3), 740-747 (2018).
- Amidi, E., et al. Role of blood oxygenation saturation in ovarian cancer diagnosis using multi-spectral photoacoustic tomography. Journal of Biophotonics. 14 (4), 202000368 (2021).
- Dogan, B. E., et al. Optoacoustic imaging and gray-scale US features of breast cancers: Correlation with molecular subtypes. Radiology. 292 (3), 564-572 (2019).
- Menezes, G. L. G., et al. Downgrading of breast masses suspicious for cancer by using optoacoustic breast imaging. Radiology. 288 (2), 355-365 (2018).
- Neuschler, E. I., et al. A pivotal study of optoacoustic imaging to diagnose benign and malignant breast masses: A new evaluation tool for radiologists. Radiology. 287 (2), 398-412 (2018).
- von Knorring, T., Mogensen, M. Photoacoustic tomography for assessment and quantification of cutaneous and metastatic malignant melanoma – A systematic review. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 33, 102095 (2021).
- Han, S., Lee, H., Kim, C., Kim, J. Review on multispectral photoacoustic analysis of cancer: Thyroid and breast. Metabolites. 12 (5), 382 (2022).
- Kim, J., et al. Multiparametric photoacoustic analysis of human thyroid cancers in vivo. 암 연구학. 81 (18), 4849-4860 (2021).
- Basij, M., Karpiouk, A., Winer, I., Emelianov, S., Mehrmohammadi, M. Dual-illumination ultrasound/photoacoustic system for cervical cancer imaging. IEEE Photonics Journal. 13 (1), 6900310 (2021).
- Agrawal, S., et al. development, and multi-characterization of an integrated clinical transrectal ultrasound and photoacoustic device for human prostate imaging. Diagnostics. 10 (8), 566 (2020).
- Kothapalli, S. -. R., et al. Simultaneous transrectal ultrasound and photoacoustic human prostate imaging. Science Translational Medicine. 11 (507), 2169 (2019).
- Leng, X., et al. Assessing rectal cancer treatment response using coregistered endorectal photoacoustic and US imaging paired with deep learning. Radiology. 299 (2), 349-358 (2021).
- Surveillance, Epidemiology, and End Results Program. Cancer of the Ovary – Cancer Stat Facts. National Cancer Institute Available from: https://seer.cancer.gov/statfacts/html/ovary.html (2022)
- Temkin, S. M., et al. Outcomes from ovarian cancer screening in the PLCO trial: Histologic heterogeneity impacts detection, overdiagnosis and survival. European Journal of Cancer. 87, 182-188 (2017).
- Kobayashi, H., et al. A randomized study of screening for ovarian cancer: A multicenter study in Japan. International Journal of Gynecological Cancer. 18 (3), 414-420 (2008).
- Andreotti, R. F., et al. O-RADS US risk stratification and management system: A consensus guideline from the ACR ovarian-adnexal reporting and data system committee. Radiology. 294 (1), 168-185 (2020).
- Salehi, H. S., et al. Design of optimal light delivery system for coregistered transvaginal ultrasound and photoacoustic imaging of ovarian tissue. Photoacoustics. 3 (3), 114-122 (2015).
- Oppenheim, A. V., Schafer, R. W. . Digital Signal Processing. , (1975).
- Zou, Y., Amidi, E., Luo, H., Zhu, Q. Ultrasound-enhanced Unet model for quantitative photoacoustic tomography of ovarian lesions. Photoacoustics. 28, 100420 (2022).
- Prince, J. L., Links, J. M. . Medical Imaging Signals and Systems. , (2006).
- Kim, J., et al. Programmable Real-time Clinical Photoacoustic and Ultrasound Imaging System. Scientific Reports. 6, 35137 (2016).
