I Vivo, Percutaneous, Needle Basert, Optical Coherence Tomography av nyre Masses

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

De siste tiårene har vist en jevn økning i forekomsten av nyre massene ^1,2. Inntil nå har nyremasse behandling beslutninger blitt laget hovedsakelig på grunnlag av MR og CT bildekarakteristikk, alder og komorbiditet. Men disse diagnostiske metoder og kliniske parametre mangler finesse å virkelig oppdage ondartet potensialet for en nyre masse. En biopsi eller fine nål aspirasjon med tilstrekkelig vev for patologisk vurdering (diagnostisk) gir objektive tumor differensiering med både sensitivitet og spesifisitet i området fra 95 til 100% ^3. Derfor biopsi er å få aksept i evalueringen av mistenkelige nyre massene ^4,5. Men for å biopsier uten tilstrekkelig vev etablere en diagnose eller med normal nyreparenchymet (ikke-diagnostisk) forekommer i en mengde av 10-20% totalt, og til og med opp til 30% i små nyre masser (<4 cm, SRMs), forsinke den diagnostiske prosessen på grunn av hyppig nødvendighet for ytterligerebiopsi prosedyrer ^3,5.

Optisk koherens tomografi (OCT) er et nytt avbildningsfunksjonalitet som har potensial til å overvinne de nevnte hindringer i renal mass differensiering. Basert på tilbakespredning av nær infrarødt lys, gir oktober bilder med en 15 um aksial oppløsning med en effektiv vevspenetrasjon på 2-3 mm (figur 1, 2). Tap av signalintensitet per millimeter av vevspenetrering, en resulterende vev-spesifikk lysspredning, er uttrykt som dempningskoeffisienten (μ _oktober: ^-1 mm) som beskrevet av Faber et al ^6.. Histologiske karakteristika kan korreleres til μ _oktober verdier som gir en kvantitativ parameter for vev differensiering (figur 3).

I løpet av kreft, ondartede celler viser et økt antall, større og mer uregelmessig formet kjerner med en høyere brytningsindeks og mer aktive mitokondrier. På grunn av dette overekspresjon av cellekomponenter, er en endring i μ _oktober å forvente når man sammenligner ondartede svulster til godartede svulster eller upåvirket vev ^7.

Nylig har vi studert muligheten for overfladisk oktober å skille mellom godartede og ondartede nyre massene ^8,9. I 16 pasienter, ble intra-operative oktober målinger av svulstvev innhentet ved hjelp av et eksternt plassert oktober sonde. Kontrollarmen består av oktober målinger av upåvirket vev i de samme pasientene. Normalt vev viste en betydelig lavere midlere dempningskoeffisienten sammenlignet med ondartet vev, bekrefter potensialet i oktober for tumor differensiering. Denne kvantitative analysen er blitt anvendt på en lignende måte til å karakter andre typer av malignt vev, slik som uroteliale karsinom ^10,11 og vulva epitelial neoplasi ¹² differensiering.

ent "> Vi tar sikte på å utvikle oktober til en optisk biopsi, tilby sanntids bildebehandling kombinert med on-the-spot svulst differensiering. Målet med studien er å beskrive en perkutan, nål basert, oktober tilnærming hos pasienter diagnostisert med en solid Økende nedsatt masse. Denne metoden beskrivelse er, så vidt vi vet, den første til å vurdere muligheten for nål basert oktober av nyresvulster.

Protocol

Den presenterte prosedyren foregår under et forskningsprotokoll godkjent av Institutional Review Board of Academic Medical Center Amsterdam, registreringsnummer NL41985.018. Skriftlig informert samtykke kreves fra alle deltakerne. 1. System For dette eksperimentet, kan du bruke en Fourier domene oktober system, som opererer på et 1,280-1,350 nm bølgelengde bandet 13. Fourier domene lav-sammenheng interferometri tillater kontinuerlig skanning som øker datainnsamling …

Representative Results

Blant de første 25 svulster (23 pasienter), ble totalt 24 vellykkede oktober prosedyrer utført. I ett tilfelle en sonde feil førte til manglende evne til å tilegne seg en oktober scan. To bivirkninger (AE) inntraff, som er beskrevet i detalj i diskusjonskapittelet. Generelle pasientens egenskaper finnes i tabell 1.. OCT konsollen har forhåndsinstallert programvare som gir real-time oktober bilder for umiddelbar kvalitativ analyse av oppkjøpte datasett. For videre analy…

Discussion

I denne publikasjonen rapporterer vi på muligheten for perkutan, nål basert, oktober i nyrene. Dette er et viktig første skritt i utviklingen av oktober til en klinisk relevant teknikk for svulst differensiering, betegnes som en "Optical Biopsi". Våre første 25 pasienter har vist perkutan oktober for å være en enkel og trygg prosedyre. En optisk biopsi har to fordeler fremfor konvensjonelle kjerne biopsier. Først vil den reelle tiden innsamling og analyse av oktober data gi umiddelbar diagnostiske resu…

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