In Vivo, perkutan, Needle Based, optisk koherens tomografi av Renal 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 senaste decennierna har visat en stadig ökning av incidensen av njur massorna ^1,2. Hittills har njurbehandlingsbeslut mass gjorts främst på grundval av MRI och CT imaging egenskaper, ålder och komorbiditet. Men dessa diagnostiska metoder och kliniska parametrar saknar finess att verkligen upptäcka malignt potentialen hos en njurmassa. En kärna biopsi eller finnålsaspiration med tillräcklig vävnad för patologisk utvärdering (diagnostik) ger objektiv tumördifferentiering med både känslighet och specificitet i intervallet 95-100% ^3. Därför biopsi vinner acceptans i utvärderingen av misstänkta njur massorna ^4,5. Men att biopsier utan tillräcklig vävnad etablera en diagnos eller med normal njurparenkym (icke-diagnostisk) uppträder med en hastighet av 10-20% totalt, och även upp till 30% i små njurmassor (<4 cm, specificerat riskmaterial), fördröja den diagnostiska processen på grund av den täta nödvändighet för ytterligarebiopsiförfaranden ^3,5.

Optisk koherens tomografi (OCT) är en roman avbildningsmodalitet som har potential att övervinna de ovannämnda hindren i njurmass differentiering. Oktober Baserat på bakåtspridning av nära infrarött ljus, ger bilder med en 15 nm axiell upplösning på en effektiv vävnadspenetration av 2-3 mm (figur 1, 2). Förlusten av signalintensitet per millimeter av vävnadspenetration, en resulterande vävnadsspecifika ljusspridning, är uttryckt som dämpningskoefficienten (μ _oktober: mm ^-1) såsom beskrivits av Faber et al ^6.. Histologiska egenskaper kan korreleras till μ _oktober värden som tillhandahåller en kvantitativ parameter för vävnadsdifferentiering (Figur 3).

Under cancer, maligna celler visar ett ökat antal, större och mer oregelbundet formade kärnor med ett högre brytningsindex och mer aktiva mitokondrier. På grund av detta överuttryck av cellkomponenter, är en förändring i μ _oktober kan förväntas när man jämför maligna tumörer med godartade tumörer eller opåverkad vävnad ^7.

Nyligen vi studerade förmåga ytliga ULT skilja mellan benigna och maligna njur massorna ^8,9. I 16 patienter, var intraoperativa oktober mätningar av tumörvävnad som erhållits med hjälp av en externt placerade oktober sond. Kontrollgruppen består av oktober mätningar av opåverkad vävnad i samma patienter. Normal vävnad visade en signifikant lägre mediandämpningskoefficient jämfört med malign vävnad, vilket bekräftar potentialen av OCT för tumördifferentiering. Denna kvantitativa analysen har tillämpats på ett liknande sätt att klassificera andra typer av malign vävnad, såsom uroteliala carcinoma ^10,11 och vulva epitelial neoplasi differentiering ^12.

ent "> Vi strävar efter att utveckla ULT till en optisk biopsi, ger realtids avbildning i kombination med den plats tumördifferentiering. Målet med den aktuella studien är att beskriva en perkutan, nål baserad, OCT förhållningssätt till patienter diagnostiserade med en fast förstärkande renal massa. Denna metod beskrivningen är, så vitt vi vet, den första att bedöma möjligheten att nålen baserade ULT njurtumörer.

Protocol

Den presenterade förfarande sker under ett forskningsprotokoll som godkänts av Institutional Review Board av Academic Medical Center i Amsterdam, registreringsnummer NL41985.018. Skriftligt informerat samtycke krävs från alla deltagare. 1. System För detta experiment, använd en Fourierdomänen OCT-system, som arbetar vid en 1,280-1,350 nm våglängdsband 13. Fourierdomänen låg samstämmighet interferometri möjliggör kontinuerlig scanning som ökar datainsamlin…

Representative Results

Bland de första 25 tumörer (23 patienter), har totalt 24 framgångsrika oktober procedurer utförs. I ett fall en sond fel ledde till oförmåga att skaffa ett ULT scan. Två biverkningar (AE) inträffade, som beskrivs i detalj i diskussionsavsnittet. Allmänna patientkarakteristika finns i tabell 1. OCT konsolen har förinstallerad programvara som ger realtids oktober bilder för omedelbar kvalitativ analys av förvärvade datamängder. För ytterligare mätningar analys …

Discussion

I denna publikation rapporterar vi om genomförbarheten av perkutan, nål baserad, OCT i njuren. Detta är ett viktigt första steg i utvecklingen av ULT till ett kliniskt tillämplig teknik för tumördifferentiering, betecknas som en "Optical Biopsi". Våra första 25 patienterna har visat perkutan ULT vara en enkel och säker procedur. En optisk biopsi har två fördelar jämfört med konventionella kärn biopsier. Först kommer realtid insamling och analys av oktober data ger omedelbara diagnostiska result…

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