Kombination von konfokaler Reflexionsmikroskopie mit optischer Kohärenztomographie zur nicht-invasiven Diagnose von Hautkrebs mittels Bildaufnahme

Summary

Hier beschreiben wir Protokolle für die Aufnahme von qualitativ hochwertigen Bildern mit neuartigen, nicht-invasiven Bildgebungsgeräten der konfokalen Reflexionsmikroskopie (RCM) und der kombinierten RCM und der optischen Kohärenztomographie (OCT). Wir machen Kliniker auch mit ihren klinischen Anwendungen vertraut, damit sie die Techniken in die regulären klinischen Arbeitsabläufe integrieren können, um die Patientenversorgung zu verbessern.

Abstract

Hautkrebs ist eine der häufigsten Krebserkrankungen weltweit. Die Diagnose beruht auf einer visuellen Inspektion und Dermatoskopie, gefolgt von einer Biopsie zur histopathologischen Bestätigung. Während die Sensitivität der Dermatoskopie hoch ist, führt die geringere Spezifität dazu, dass 70%-80% der Biopsien als gutartige Läsionen in der Histopathologie diagnostiziert werden (falsch positive Ergebnisse in der Dermatoskopie).

Die konfokale Reflexionsmikroskopie (RCM) und die optische Kohärenztomographie (OCT) können die Diagnose von Hautkrebs nicht-invasiv leiten. RCM visualisiert die zelluläre Morphologie in en-face-Schichten . Es hat die diagnostische Spezifität für Melanome und pigmentierte keratinozytäre Hautkrebserkrankungen gegenüber der Dermatoskopie verdoppelt und die Anzahl der Biopsien gutartiger Läsionen halbiert. RCM erwarb Abrechnungscodes in den USA und wird nun in Kliniken integriert.

Einschränkungen wie die geringe Tiefe (~200 μm) der Bildgebung, der schlechte Kontrast für nicht pigmentierte Hautläsionen und die Bildgebung in en-face-Schichten führen jedoch zu einer relativ geringeren Spezifität für den Nachweis von nichtpigmentierten Basalzellkarzinomen (BCCs) – oberflächlichen BCCs, die an die Basalzellschicht angrenzen, und tieferen infiltrativen BCCs. Im Gegensatz dazu fehlt der OCT die zelluläre Auflösung, sondern sie bildet Gewebe in vertikalen Ebenen bis zu einer Tiefe von ~1 mm ab, was den Nachweis sowohl oberflächlicher als auch tieferer Subtypen von BCCs ermöglicht. Somit ergänzen sich beide Techniken im Wesentlichen.

Ein “multimodales”, kombiniertes RCM-OCT-Gerät bildet gleichzeitig Hautläsionen sowohl im en-face- als auch im vertikalen Modus ab. Es ist nützlich für die Diagnose und Behandlung von Basalzellkarzinom (nicht-chirurgische Behandlung von oberflächlichen Basalzellkarzinomen vs. chirurgische Behandlung für tiefere Läsionen). Eine deutliche Verbesserung der Spezifität wird für den Nachweis kleiner, nicht pigmentierter BCCs gegenüber RCM allein erzielt. RCM- und RCM-OCT-Geräte bringen einen großen Paradigmenwechsel in der Diagnose und Behandlung von Hautkrebs mit sich. Ihre Verwendung ist jedoch derzeit auf akademische tertiäre Versorgungszentren und einige Privatkliniken beschränkt. Dieses Papier macht Kliniker mit diesen Geräten und ihren Anwendungen vertraut und befasst sich mit Translationsbarrieren im klinischen Routineablauf.

Introduction

Traditionell beruht die Diagnose von Hautkrebs auf einer visuellen Inspektion der Läsion, gefolgt von einer genaueren Betrachtung verdächtiger Läsionen mit einer Vergrößerungslinse, die als Dermatoskop bezeichnet wird. Ein Dermatoskop liefert unterirdische Informationen, die die Sensitivität und Spezifität gegenüber der visuellen Inspektion zur Diagnose von Hautkrebs erhöhen ^1,2. Der Dermatoskopie fehlen jedoch zelluläre Details, was häufig zu einer Biopsie zur histopathologischen Bestätigung führt. Die geringe und variable Spezifität (67% bis 97%) der Dermatoskopie³ führt zu falsch positiven Ergebnissen und Biopsien, die sich als gutartige Läsionen in der Pathologie herausstellen. Eine Biopsie ist nicht nur ein invasiver Eingriff, der Blutungen und Schmerzen verursacht⁴, sondern auch an kosmetisch sensiblen Regionen wie dem Gesicht aufgrund von Narbenbildung höchst unerwünscht ist.

Um die Patientenversorgung durch Überwindung bestehender Einschränkungen zu verbessern, werden viele nicht-invasive In-vivo-Bildgebungsgeräte erforscht 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18 . RCM- und OCT-Geräte sind die beiden wichtigsten optischen nichtinvasiven Geräte, die zur Diagnose von Hautläsionen, insbesondere Hautkrebs, verwendet werden. RCM hat in den USA Abrechnungscodes für die aktuelle Verfahrensterminologie (CPT) erworben und wird zunehmend in akademischen Tertiärversorgungszentren und einigen Privatkliniken verwendet ^7,8,19. RCM bildet Läsionen mit nahezu histologischer (zellulärer) Auflösung ab. Die Bilder befinden sich jedoch in der En-Face-Ebene (Visualisierung einer Hautschicht nach der anderen), und die Tiefe der Bildgebung ist auf ~200 μm begrenzt, was ausreicht, um nur die oberflächliche (papilläre) Dermis zu erreichen. Die RCM-Bildgebung beruht auf dem Reflexionskontrast verschiedener Strukturen in der Haut. Melanin verleiht den höchsten Kontrast und macht pigmentierte Läsionen hell und leichter zu diagnostizieren. Somit hat RCM in Kombination mit Dermatoskopie die Diagnose (Sensitivität von 90% und Spezifität von 82%) gegenüber der Dermatoskopie von pigmentierten Läsionen, einschließlich Melanomen²⁰, signifikant verbessert. Aufgrund eines Mangels an Melaninkontrast in rosa Läsionen, insbesondere bei Basalzellkarzinomen, weist RCM jedoch eine geringere Spezifität auf (37,5%-75,5%)²¹. Ein herkömmliches OCT-Gerät, ein weiteres häufig verwendetes nichtinvasives Gerät, bildet Läsionen mit einer Tiefe von bis zu 1 mm in der Haut ab und visualisiert sie in einer vertikalen Ebene (ähnlich der Histopathologie)⁹. OCT fehlt jedoch die zelluläre Auflösung. OCT wird hauptsächlich zur Diagnose von keratinozytären Läsionen, insbesondere BCCs, verwendet, weist jedoch immer noch eine geringere Spezifität^{auf 9}.

Um die bestehenden Einschränkungen dieser Geräte zu überwinden, wurde daher ein multimodales RCM-OCT-Gerät gebaut²². Dieses Gerät integriert RCM und OCT in einer einzigen, tragbaren Bildgebungssonde und ermöglicht die gleichzeitige Erfassung von gemeinsam registrierten RCM-Bildern und vertikalen OCT-Bildern der Läsion. OCT liefert architektonische Details der Läsionen und kann tiefer (bis zu einer Tiefe von ~1 mm) in der Haut abgebildet werden. Es hat auch ein größeres Sichtfeld (FOV) von ~2 mm²² im Vergleich zum tragbaren RCM-Gerät (~0,75 mm x 0,75 mm). RCM-Bilder werden verwendet, um zelluläre Details der auf OCT identifizierten Läsion bereitzustellen. Dieser Prototyp ist noch nicht kommerzialisiert und wird als Prüfpräparat in den Kliniken^23,24,25 eingesetzt.

Trotz ihres Erfolgs bei der Verbesserung der Diagnose und Behandlung von Hautkrebs (wie in der Literatur unterstützt) sind diese Geräte in Kliniken noch nicht weit verbreitet. Dies ist hauptsächlich auf den Mangel an Experten zurückzuführen, die diese Bilder lesen können, aber auch auf den Mangel an geschulten Technikern, die am Krankenbett effizient (innerhalb eines klinischen Zeitrahmens) Bilder in diagnostischer Qualität aufnehmen können⁸. In diesem Manuskript ist es das Ziel, das Bewusstsein und die eventuelle Einführung dieser Geräte in Kliniken zu erleichtern. Um dieses Ziel zu erreichen, machen wir Dermatologen, Dermatopathologen und Mohs-Chirurgen mit Bildern von normaler Haut und Hautkrebs vertraut, die mit den RCM- und RCM-OCT-Geräten aufgenommen wurden. Wir werden auch den Nutzen jedes Geräts für die Diagnose von Hautkrebs detailliert beschreiben. Am wichtigsten ist, dass der Schwerpunkt dieses Manuskripts darauf liegt, eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Bildaufnahme mit diesen Geräten zu geben, die eine gute Bildqualität für den klinischen Einsatz gewährleisten.

Protocol

Alle unten beschriebenen Protokolle folgen den Richtlinien der institutionellen Ethikkommission für Humanforschung. 1. RCM-Gerät und Bildgebungsprotokoll HINWEIS: Es gibt zwei kommerziell erhältliche In-vivo-RCM-Geräte : Wide-Probe RCM (WP-RCM) und Handheld-RCM (HH-RCM). Das WP-RCM ist in ein digitales Dermatoskop integriert. Diese beiden Geräte sind einzeln oder als kombinierte Einheit erhältlich. Nachfolgend finden Sie die Bilderfassu…

Representative Results

Konfokale Reflexionsmikroskopie (RCM)Bildinterpretation auf RCM:Die RCM-Bilder werden so interpretiert, dass sie die Auswertung histopathologischer Objektträger nachahmen. Mosaike werden zuerst ausgewertet, um das gesamte architektonische Detail zu erhalten und Problembereiche zu identifizieren, ähnlich wie bei der Bewertung von Histologieschnitten bei Scanning-Vergrößerung (2x). Anschließend wird das Mosaik vergrößert, um die zellulären Details zu bewerten, ähnlich wie …

Discussion

In diesem Artikel haben wir Protokolle für die Bildaufnahme mit In-vivo-RCM – und RCM-OCT-Geräten beschrieben. Derzeit gibt es zwei kommerziell erhältliche RCM-Geräte: Ein Wide-Probe oder Arm-montiertes RCM (WP-RCM) Gerät und ein tragbares RCM (HH-RCM) Gerät. Es ist wichtig zu verstehen, wann diese Geräte in klinischen Umgebungen eingesetzt werden müssen. Krebsart und -ort sind die Hauptfaktoren, die die Auswahl des Geräts bestimmen.

Das WP-RCM-Gerät eignet sich gut für Lä…

Materials

Crystal Plus 500FG mineral oil	STE Oil Company, Inc.		A food grade, high viscous mineral oil used with our various devices during in vivo imaging.
RCM-OCT	Physical Science Inc.	–	A “multi-modal” combined RCM-OCT device simultaneously images skin lesions in both horizonal and vertical modes.
Vivascope 1500	Caliber I.D.	–	A wide-probe RCM (WP-RCM) device that attaches to the skin to campture in vivo devices.
Vivascope 3000	Caliber I.D.	–	A hand-held RCM (HH-RCM) device that is moved across the skin to capture in vivo images.