التصوير الضوئي المجال تواتر<em> خارج الجسم</em> عينات استئصال الرئة: الحصول على صورة واحدة واحدة لارتباط لالتشريح المرضي
Summary
وهناك طريقة لصورة<em> خارج الجسم</emيوصف> العينات استئصال الرئة مع تردد المجال البصري التصوير (الاستثمار الأجنبي المباشر) والحصول على علاقة دقيقة لعلم الأنسجة، وهو أمر ضروري لتطوير معايير محددة لتفسير علم الأمراض الرئوية الاستثمار الأجنبي المباشر. هذه الطريقة تنطبق على أنواع الأنسجة الأخرى، وتقنيات التصوير للحصول على صور دقيقة لارتباط علم الأنسجة لتفسير الصور دقيقة والتقييم. ومعايير التصوير القائم مع هذه التقنية يكون ثم تنطبق على تقييم الصورة في المستقبل<em> في الجسم الحي</em> الدراسات.
Abstract
Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths1. Squamous cell and small cell cancers typically arise in association with the conducting airways, whereas adenocarcinomas are typically more peripheral in location. Lung malignancy detection early in the disease process may be difficult due to several limitations: radiological resolution, bronchoscopic limitations in evaluating tissue underlying the airway mucosa and identifying early pathologic changes, and small sample size and/or incomplete sampling in histology biopsies. High resolution imaging modalities, such as optical frequency domain imaging (OFDI), provide non-destructive, large area 3-dimensional views of tissue microstructure to depths approaching 2 mm in real time (Figure 1)2-6. OFDI has been utilized in a variety of applications, including evaluation of coronary artery atherosclerosis6,7 and esophageal intestinal metaplasia and dysplasia6,8-10.
Bronchoscopic OCT/OFDI has been demonstrated as a safe in vivo imaging tool for evaluating the pulmonary airways11-23 (Animation). OCT has been assessed in pulmonary airways16,23 and parenchyma17,22 of animal models and in vivo human airway14,15. OCT imaging of normal airway has demonstrated visualization of airway layering and alveolar attachments, and evaluation of dysplastic lesions has been found useful in distinguishing grades of dysplasia in the bronchial mucosa11,12,20,21. OFDI imaging of bronchial mucosa has been demonstrated in a short bronchial segment (0.8 cm)18. Additionally, volumetric OFDI spanning multiple airway generations in swine and human pulmonary airways in vivo has been described19. Endobronchial OCT/OFDI is typically performed using thin, flexible catheters, which are compatible with standard bronchoscopic access ports. Additionally, OCT and OFDI needle-based probes have recently been developed, which may be used to image regions of the lung beyond the airway wall or pleural surface17.
While OCT/OFDI has been utilized and demonstrated as feasible for in vivo pulmonary imaging, no studies with precisely matched one-to-one OFDI:histology have been performed. Therefore, specific imaging criteria for various pulmonary pathologies have yet to be developed. Histopathological counterparts obtained in vivo consist of only small biopsy fragments, which are difficult to correlate with large OFDI datasets. Additionally, they do not provide the comprehensive histology needed for registration with large volume OFDI. As a result, specific imaging features of pulmonary pathology cannot be developed in the in vivo setting. Precisely matched, one-to-one OFDI and histology correlation is vital to accurately evaluate features seen in OFDI against histology as a gold standard in order to derive specific image interpretation criteria for pulmonary neoplasms and other pulmonary pathologies. Once specific imaging criteria have been developed and validated ex vivo with matched one-to-one histology, the criteria may then be applied to in vivo imaging studies. Here, we present a method for precise, one to one correlation between high resolution optical imaging and histology in ex vivo lung resection specimens. Throughout this manuscript, we describe the techniques used to match OFDI images to histology. However, this method is not specific to OFDI and can be used to obtain histology-registered images for any optical imaging technique. We performed airway centered OFDI with a specialized custom built bronchoscopic 2.4 French (0.8 mm diameter) catheter. Tissue samples were marked with tissue dye, visible in both OFDI and histology. Careful orientation procedures were used to precisely correlate imaging and histological sampling locations. The techniques outlined in this manuscript were used to conduct the first demonstration of volumetric OFDI with precise correlation to tissue-based diagnosis for evaluating pulmonary pathology24. This straightforward, effective technique may be extended to other tissue types to provide precise imaging to histology correlation needed to determine fine imaging features of both normal and diseased tissues.
Protocol
Representative Results
Discussion
يمكن تقييم الأورام الخبيثة في وقت مبكر الرئة أن يكون تحديا للغاية نظرا لعدم وجود أعراض وعدم القدرة على رؤية التغييرات الأورام في وقت مبكر أو شعاعيا bronchoscopically. الاستثمار الأجنبي المباشر يوفر بالقرب من القرار نسيجية، مساحة واسعة الأبعاد 3-آراء المجهرية الأنسجة في الوقت الحقيقي 2-6. وقد تجلى هذا الاستثمار ضمن القصبة في المرضى كأسلوب الآمنة التي يمكن استخدامها للحصول على مجموعات البيانات ذات الدقة العالية الحجمي أكثر قطاعات الشعب الهوائية طويلة في الشعب الهوائية الرئوية 11-13 (الرسوم المتحركة). ومع ذلك، يتم الحصول على الخزعات صغيرة فقط مثل نظرائهم تغييرات في الأنسجة في الجسم الحي في الإعداد، والتي لا توفر يرتبط كافية لهذا الاستثمار لتطوير معايير لعلم الأمراض الرئوية التصوير. من أجل إجراء تقييم دقيق ميزات الاستثمار الأجنبي المباشر في مجال التصوير ينظر الرئوي، من الضروري الحصول على صورة مطابقة تماما لأنسجة الارتباطات. نقدم طريقة بسيطة وفعالة لدقيقة واحدة لستطبيق شمال شرق العلاقة بين الاستثمار الأجنبي المباشر والأنسجة إلى الجسم الحي التصوير مجرى الهواء من العينات السابقين استئصال الرئة، والتي تنطبق على ما يقرب من أي نوع الجسم الحي الأنسجة السابقين. مرة واحدة وقد تم وضع معايير التصوير المجراة سابقا مع الأنسجة واحد الى واحد ويمكن مطابقة، ثم هذه المعايير يمكن تطبيقها على التصوير في الجسم الحي.
الصبغة الأنسجة الذي يستخدم في تحديد المصالح المنطقة التصوير مرئيا بوضوح في كل من الاستثمار الأجنبي المباشر والأنسجة. باستخدام تقنيات بسيطة لتوجيه الأنسجة، قد تكون مرتبطة علامات الحبر في كل من التصوير والأنسجة للسماح 1-1 المقارنات من الميزات الاستثمار الأجنبي المباشر والنتائج الأنسجة لتحديد خصائص التصوير واضح لعلم الأمراض الأنسجة. هذه التقنية غير مكلفة وعملية، مما يجعل من المفيد في كثير من تطبيقات التصوير الضوئي.
في الجسم الحي في الإعداد، يمكن استخدام أساليب مثل وضع العلامات بالليزر لتوجيه الأنسجة 25. ومع ذلك، رانه صغر حجم الشعب الهوائية الخزعة لا يزال عاملا مقيدا في استخدام في الدراسات المجراة لوضع معايير محددة لأمراض التصوير الرئوي. على الرغم من أن الدراسات المجراة سابقا بمثابة بديل كافية لفي التصوير الحية، هناك بعض القيود. وuninflated السابقين فيفو عينات الرئة وعرض في كثير من الأحيان انخماص جراحيا التي يسببها، والتي يغير مظهر الهياكل السنخية العادية. تضخيم مقطوعة جراحيا أنسجة الرئة مع الأنسجة بمناسبة لارتباط الأنسجة يمثل تحديا تقنيا باسم وردت معظم العينات الجراحية الرئة بعد تقييم علم الأمراض القسم المجمدة خلالها تعطل سطح الجنبي، التدخل في التضخم العينة. غير مرضية انخماص ليست قطعة أثرية ينظر في الجسم الحي في الإعداد، وبالتالي فإن هذا القيد لا تكون وثيقة الصلة في مجال التصوير الرئوي الجسم الحي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن نقص الدم داخل الأوعية في الجسم الحي العينات السابقين تجعل من الصعب distinguISH هياكل الأوعية الدموية من غيرها من الهياكل الفراغ الإشارة. في الجسم الحي في الإعداد، وإضافة من أكتوبر دوبلر / الاستثمار الأجنبي المباشر إلى 26-28 أكتوبر الهيكلية / الاستثمار الأجنبي المباشر يساعد في تحديد السفن.
ويمكن اعتبار الحركة الفنية في الجسم الحي حيث لم تكن موجودة فيفو السابقين. وهذا يمكن أن يكون مشكلة محتملة في أنظمة أكتوبر القياسية مع معدلات أبطأ الاستحواذ. ومع ذلك، فإن معدلات الإطار السريع في نظم الاستثمار الأجنبي المباشر حاليا> 200 إطارا في الثانية 29-31. وهكذا، وليس من المتوقع أن قطعة أثرية الحركة ستكون قضية هامة. وقد أظهرت السابقة في أكتوبر الجسم الحي والدراسات الاستثمار الأجنبي المباشر التصوير التصور ناجح من مميزات التصوير غرامة 14،15،18،19.
في هذه الدراسة أظهرت أننا الاستثمار الأجنبي المباشر الحجمي الارتباط مع دقة لتشخيص علمي يعتمد على الخلايا لتقييم أمراض الرئة. ويهدف الإجراء الموضح لتوفير الأنسجة المتطابقة بدقة لاستخدامها standa الذهبطريق لتفسير الصور الاستثمار الأجنبي المباشر.
وقد وضعت معايير محددة التصوير مرة واحدة لعلم الأمراض الرئوية والتحقق من صحة الجسم الحي السابقين مع الأنسجة واحد الى واحد والمتطابقة، قد ثم المعايير يمكن تطبيقها على الدراسات اللاحقة في التصوير المجراة مع استخدام خزعة الشعب الهوائية وتقييم معيار الذهب من التصوير ميزات ينظر إليه. وتقدم هذه التقنية كتطبيق لاستئصال عينات الرئوي، ولكن يمكن تطبيقها على أي نوع تقريبا الأنسجة لتوفير صور دقيقة لارتباط الأنسجة اللازمة لتحديد مميزات التصوير غرامة الأنسجة العادية والمرضية.
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
فإن الكتاب أود أن أشكر السيد سفين حامل والسيد ستيفن كونلي على مساعدتهم القيمة في هذه الدراسة. وقد تم تمويل هذا العمل في جزء من المعهد الوطني لل[عدد المنح R00CA134920] هيث والرئة الرابطة الأمريكية [عدد المنح RG-194681-N]. برعاية شركة NinePoint التكاليف الطبية المرتبطة نشر هذه المخطوطة.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Tissue marking dye | Triangle Biomedical | TMD-BK, TMD-G |
Referências
- Jemal, A., et al. Cancer statistics. CA Cancer J. Clin. 57, 43-66 (2007).
- Fujimoto, J. G., et al. Optical biopsy and imaging using optical coherence tomography. Nat. Med. 1, 970-972 (1995).
- Tearney, G. J., et al. In vivo endoscopic optical biopsy with optical coherence tomography. Science. 276, 2037-2039 (1997).
- Yun, S., Tearney, G., de Boer, J., Iftimia, N., Bouma, B. High-speed optical frequency-domain imaging. Opt. Express. 11, 2953-2963 (2003).
- Yun, S., Tearney, G., de Boer, J., Bouma, B. Removing the depth-degeneracy in optical frequency domain imaging with frequency shifting. Opt. Express. 12, 4822-4828 (2004).
- Yun, S. H., et al. Comprehensive volumetric optical microscopy in vivo. Nat. Med. 12, 1429-1433 (2006).
- Tearney, G. J., et al. Three-dimensional coronary artery microscopy by intracoronary optical frequency domain imaging. JACC Cardiovasc. Imaging. 1, 752-7561 (2008).
- Suter, M. J., et al. Image-guided biopsy in the esophagus through comprehensive optical frequency domain imaging and laser marking: a study in living swine. Gastrointest. Endosc. 71, 346-353 (2010).
- Suter, M. J., et al. Comprehensive microscopy of the esophagus in human patients with optical frequency domain imaging. Gastrointest. Endosc. 68, 745-753 (2008).
- Desjardins, A. E., et al. Angle-resolved optical coherence tomography with sequential angular selectivity for speckle reduction. Optics express. 15, 6200-6209 (2007).
- Lam, S., et al. In vivo optical coherence tomography imaging of preinvasive bronchial lesions. Clin. Cancer Res. 14, 2006-2011 (2008).
- Michel, R. G., Kinasewitz, G. T., Fung, K. M., Keddissi, J. I. Optical coherence tomography as an adjunct to flexible bronchoscopy in the diagnosis of lung cancer: a pilot study. Chest. 138, 984-988 (2010).
- Williamson, J. P., et al. Using optical coherence tomography to improve diagnostic and therapeutic bronchoscopy. Chest. 136, 272-276 (2009).
- Coxson, H. O., Lam, S. Quantitative assessment of the airway wall using computed tomography and optical coherence tomography. Proc. Am. Thorac. Soc. 6, 439-443 (2009).
- Coxson, H. O., et al. Airway wall thickness assessed using computed tomography and optical coherence tomography. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 177, 1201-1206 (2008).
- Hanna, N., et al. Two-dimensional and 3-dimensional optical coherence tomographic imaging of the airway, lung, and pleura. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 129, 615-622 (2005).
- Quirk, B. C., et al. In situ imaging of lung alveoli with an optical coherence tomography needle probe. J. Biomed. Opt. 16, 036009 (2011).
- Su, J., et al. Real-time swept source optical coherence tomography imaging of the human airway using a microelectromechanical system endoscope and digital signal processor. J. Biomed. Opt. 13, 030506 (2008).
- Suter, M. J., et al. Real-time Comprehensive Microscopy Of The Pulmonary Airways: A Pilot Clinical Study. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 181, A5159 (2010).
- Tsuboi, M., et al. Optical coherence tomography in the diagnosis of bronchial lesions. Lung Cancer. 49, 387-394 (2005).
- Whiteman, S. C., et al. Optical coherence tomography: real-time imaging of bronchial airways microstructure and detection of inflammatory/neoplastic morphologic changes. Clin. Cancer Res. 12, 813-818 (2006).
- Xie, T., et al. In vivo three-dimensional imaging of normal tissue and tumors in the rabbit pleural cavity using endoscopic swept source optical coherence tomography with thoracoscopic guidance. J. Biomed. Opt. 14, 064045 (2009).
- Yang, Y., et al. Use of optical coherence tomography in delineating airways microstructure: comparison of OCT images to histopathological sections. Phys. Med. Biol. 49, 1247-1255 (2004).
- Hariri, L. P., et al. Volumetric optical frequency domain imaging of pulmonary pathology with precise correlation to histopathology. CHEST. , (2012).
- Suter, M. J., et al. Image-guided biopsy in the esophagus through comprehensive optical frequency domain imaging and laser marking: a study in living swine. Gastrointestinal endoscopy. 71, 346-353 (2010).
- Chen, Z., et al. Noninvasive imaging of in vivo blood flow velocity using optical Doppler tomography. Optics letters. 22, 1119-1121 (1997).
- Osiac, E., Saftoiu, A., Gheonea, D. I., Mandrila, I., Angelescu, R. Optical coherence tomography and Doppler optical coherence tomography in the gastrointestinal tract. World journal of gastroenterology : WJG. 17, 15-20 (2011).
- Yang, V. X., et al. Endoscopic Doppler optical coherence tomography in the human GI tract: initial experience. Gastrointestinal endoscopy. 61, 879-890 (2005).
- Braaf, B., et al. Phase-stabilized optical frequency domain imaging at 1-microm for the measurement of blood flow in the human choroid. Opt. Express. 19, 20886-20903 (2011).
- Oh, W. Y., Vakoc, B. J., Shishkov, M., Tearney, G. J., Bouma, B. E. 400 kHz repetition rate wavelength-swept laser and application to high-speed optical frequency domain imaging. Opt. Lett. 35, 2919-2921 (2010).
- Gora, M., et al. Ultra high-speed swept source OCT imaging of the anterior segment of human eye at 200 kHz with adjustable imaging range. Opt. Express. 17, 14880-14894 (2009).
