Bau eines Präklinische Multimodalität Phantom Mit Tissue-ähnlichen Materialien für die Qualitätssicherung in der Tumor Größe Maß

Zusammenfassung

Dieser Beitrag beschreibt die hausinternen Verfahren zur Konstruktion eines präklinischen Multimodalität Phantom von Gewebe-Nachahmung gemacht (TM)-Materialien für die Qualitätssicherung (QS) der Tumorgröße Messung in der Tier-Bildgebungsverfahren wie Ultraschall (US), Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie Resonanz-Tomographie (MRT).

Zusammenfassung

World Health Organization (WHO) und die Reaktionszeit Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) Arbeitsgruppen befürwortet einheitliche Kriterien für radiologische Beurteilung von soliden Tumoren in Reaktion auf Anti-Tumor-medikamentöse Therapie in den 1980er und 1990er Jahren auf. WHO-Kriterien messen soliden Tumoren in zwei Dimensionen, während RECIST-Messungen nur ein Dimension, die als mehr reproduzierbare ^{1, 2, 3,4,5} verwenden. Diese Kriterien wurden weithin als die einzige Imaging Biomarker von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) genehmigt ⁶ verwendet. Um Ansprechen des Tumors auf anti-Tumor-Medikamente auf Bilder mit Genauigkeit zu messen, sind daher eine robuste Qualitätssicherung (QA) Verfahren und entsprechenden QA Phantom benötigt.

Um diesem Bedarf zu begegnen, die Autoren einen präklinischen Multimodalität (für Ultraschall (US), Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT)) Phantom mit Gewebe-ähnlichen (TM) aufgebautMaterialien auf die begrenzte Anzahl von Ziel-Läsionen durch RECIST durch die Überarbeitung ein Gammex kommerziellen US Phantom ⁷ erforderlich basiert. Die Anlage in Lee et al. Zeigt die Verfahren der virtuellen Fertigung ^7. In diesem Artikel werden alle Protokolle in einer Schritt-für-Schritt-Mode zu Beginn mit den Verfahren zur Herstellung der Silikon-Formen zum Gießen von Tumor-Simulation Testobjekte im Phantom, gefolgt von der Herstellung TM Materialien für multimodale Bildgebung eingeführt und schließlich den Bau der präklinischen Multimodalität QA Phantom. Das primäre Ziel dieser Arbeit ist es, die Protokolle bieten für jeden in unabhängig Bau eines Phantoms für ihre eigenen Projekte interessiert zu ermöglichen. QA Verfahren zur Messung der Größe des Tumors und RECIST, WHO und Volumen Messergebnisse der Testobjekte an mehreren Institutionen mit diesen QA Phantom gemacht werden ausführlich in Lee et al. ^8.

Einleitung

Bewertung der Änderung in der Größe des Tumors ist ein wichtiger Endpunkt für die Bewertung der Aktivität der Anti-Tumor-Medikamente sowohl Tumorschrumpfung und Krankheitsverlauf ^{9, 10.} World Health Organization (WHO) and Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) sind die kodifizierten Verfahren für die Beurteilung der anatomischen Tumorläsionen in bildgebenden Verfahren wie Ultraschall (US), Computertomographie (CT) oder Magnetresonanztomographie (MRT). Für WHO-Kriterien, wird das Produkt von Tumor maximalen Durchmesser und seinem größten Durchmesser senkrecht in der Transversalebene für Zielregionen ⁴ berechnet. Im Gegensatz dazu RECIST, wird die Summe der längsten Durchmesser in der transversalen Ebene für eine begrenzte Anzahl von Zielläsionen ⁴ berechnet. Trotz der stetig wachsenden Interesse an Tumor therapeutische Reaktion Einschätzung, hat es keine präklinischen Qualitätssicherung (QA) Phantom / QA Verfahren zur Bildgebung Biomarker.

Inhalt "> Anbetracht dessen, dass die Tumorgröße Messung an WHO-Kriterien und / oder RECIST ist die einzige Imaging-Biomarker von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) zugelassen, als Ausgangspunkt der QA für andere Biomarker, Lee et al. konstruiert und gebaut UTHSCSA / Gammex Mark 1 und Mark 2 Phantome für QA der Tumorgröße Messung in Zusammenarbeit mit Gammex Inc ^7. Die Mark 1 Phantom war eine überarbeitete Version eines kommerziellen US Gammex Phantom und somit war die Größe zu groß, um in passen Tier CT-und MR-Scanner. Auch einige Werkzeuge in der Mark 1 Phantom waren unnötig für Tumorgröße Messung. Die Mark 2 Phantom basierend auf RECIST, die der jüngsten FDA-zugelassenen Imaging Biomarker entwickelt wurde. Allerdings ist die Größe der Mark 2 Phantom war noch zu groß für MR-Scanner und CT-und MR-Bildqualität des Phantoms war nicht für eine genaue Messung der Größe des Tumors ⁷ akzeptabel.

Die QS-Phantom beschrieb erLauf wurde neu gestaltet, um Mängel der bisherigen Phantome überwinden und gebaut unter Verwendung von modifizierten Gewebe-ähnlichen (TM)-Materialien und Protokolle in unserem Labor entwickelt. Dieser Beitrag beschreibt die Details der Protokolle für Phantom Bau: Erstens sind Verfahren zur Herstellung der Silikon-Formen zum Gießen von Tumor-Simulation Prüflinge benötigt werden und für die Montage eines Rotors zum Drehen eines Phantom der Gravitation Sedimentation zu verhindern eingeführt. Zweitens Protokolle zur Herstellung TM Materialien von D'Souza et al. 'S für US, CT und MRT modifiziert ¹¹ beschrieben. Die physikalischen Eigenschaften der TM Materialien wurden in jede Modalität getestet, um sicherzustellen, dass die TM Materialien menschlichen Weichteile dargestellt, wie in den Bildern mit den verschiedenen Modalitäten erfasst beobachtet, aber die Ergebnisse sind hier nicht dargestellt. Drittens wird das Protokoll für die Phantom-Bau beschrieben. Schließlich sind in den USA, CT und MRT-Bilder des Phantoms als Ergebnisse dargestellt.

Protokoll

1. Phantom Design-

Eine Zeichnung der präklinischen Multimodalität Phantom ist in Abbildung 1 ^{7, 8} gezeigt. Die Größe des Phantoms 38 mm im Durchmesser und 115 mm in der Länge, um das Phantom in verschiedenen Tier-Scanner gescannt. Das Phantom enthält fünf Tumor-Simulation Prüflinge (Durchmesser: 14, 10, 7, 4 und 2 mm) in einer Tiefe von 10 mm innerhalb des Phantoms angeordnet.

2. Silikon-Formenbau

Silikon-Formen hergestellt werden, um die Tumor-Simulation Testobjekte gegossen wie in diesem Abschnitt ⁷ beschrieben. Alle Acrylplatten und Stangen für die Herstellung der Silikon-Formen erforderlich sind, mit einer Genauigkeit von 25 um in der Werkstatt an der University of Texas Health Science Center in San Antonio (UTHSCSA) geschnitten.

1. Als fünf Löcher (Durchmesser: 14, 10, 7, 4, 2 mm) für Prüflinge und noch fünf Löcher (Durchmesser: 6 mm) für die Ausrichtung Stangen in zwei Acryl-BasisPlatten (Größe: 4,2 cm × 11,5 cm × 0,9 cm) (Abbildung 2 A).
2. Schneiden mit Abstandshalter Paaren Höhe von 7, 5, 3,5, 2 und 1 mm (Größe: 1,0 cm x 5,5 cm) (Abbildung 2 B).
3. Bereiten Stahlkugeln (Durchmesser: 14, 10, 7, 4 und 2 mm, Genauigkeit: 2,5 um).
4. Platz zwei Abstandshalter Paare mit einer Höhe von 7 mm und einer Grundplatte auf eine dünne Plexiglasplatte in Folge und ziehen Sie sie mit C-Klemmen (Abbildung 2 C).
5. Legen Sie die Stahlkugel mit 14 mm Durchmesser in 14 mm Bohrung der Grundplatte und kleben Sie es mit JB Kwik (Abbildung 2 C). Wiederholen der Modalitäten für die übrigen Kugeln (Abbildung 2 d) für die andere Grundplatte. Beachten Sie, dass die Stahlkugeln in zwei Grundplatten spiegelbildlich ⁷ verklebt werden.
6. Verbinden Sie vier 2,5 cm hohe Acrylplatten (Größe: 2,5 cm x 11,5 cm für zwei Platten und 2,5 cm × 4,2 cm für weitere zwei Platten) auf jeder Basis mit Klebeband wie Zäune ( ong> Abbildung 3 A).
7. Bringen Sie die obere Platte (Größe: 4,2 cm x 11,5 cm, fünf Löcher mit 0,8 cm Durchmesser, zehn Löcher mit 1,2 cm Durchmesser) in einem der Grundplatte Baugruppen bis fünf Acryl-Stäbe (Durchmesser einfügen: 0,8 cm und Länge: 0,5 cm) mit 1 mm-Tipps, und fünf Ausrichtstäbe (Durchmesser einfügen: 0,9 cm und Länge: 5,0 cm) und Silikon (Abbildung 3 A) gießen.
8. Legen Sie die Acryl-Stäbe in die Löcher 0,8 cm in der oberen Platte den ganzen Weg an die Spitze der Stahlkugeln und kleben sie mit Silikonkleber. Dann legen Ausrichtstäbe in die Löcher in der Bodenplatte durch größere Löcher in der oberen Platte (Abbildung 3 A).
9. Mischen des Teils A Siliconkautschuk mit Teil B im Verhältnis von 10 zu 1 beträgt.
10. Gießen Sie die Silikon-Kautschuk-Verbindung in der Montage und trocknen Sie die Montage bei Raumtemperatur für etwa 24 Stunden (Abbildung 3 B).

3. Rotator Versammlung

t "> Der Rotator ist aus PVC-Rohr und einer Drehspießmotor vorbereitet.

1. Grind das Ende einer Schraube, um das Loch eines Drehspießmotor passen.
2. Schrauben Sie den Boden Bolzen bis zum Ende des PVC-Rohr (Länge: 270 mm und einem Innendurchmesser von 75 mm) mit einer Mutter und einer Unterlegscheibe.
3. Beugen Metallplatten und kleben Sie sie auf eine Kunststoffplatte mit JB Kwik um die PVC-Rohr zu unterstützen und um die Höhe des PVC-Rohr ⁷ einzustellen.

4. TM Werkstoff Vorbereitung

Die Protokolle für die Herstellung der TM Materialien werden von den in Dr. Ernest L. Madsen Labor an der University of Wisconsin Madison und weitere Details entwickelt modifiziert sind in Lee et al. ^8,11.

4.1 Hintergrund TM Material Vorbereitung

1. Pass kommerziellen Vollmilch (200 cc) durch 20 um und dann 10 um Mesh-Filter.
2. Auflösen Thiomersal (0,2 g) in der gefilterten Milch (100 cc).
3. Mit Hausvakuum, deGas diese Milch für 30 sec bei Raumtemperatur.
4. Lösen Agarose trocken (2 g) in entionisiertem Wasser (18 M) (100 cc) bei Raumtemperatur.
5. Dann fügen Sie 1-propanol (7,9 cc) und BaSO ₄ (1 g) auf die Agarose-Lösung.
6. Degas die Agarose-Lösung und dann erhitzen Sie es in einem 95 ° C Wasserbad, bis die Agarose-Lösung löscht.
7. Während die Agarose-Lösung löscht in der 95 ° C warmen Wasserbad erhitzen, Kondensmilch in einem 55 ° C Wasserbad.
8. Bewegen Sie den geschmolzenen Agarose Lösung des 55 ° C warmen Wasserbad abkühlen.
9. Wenn beide Lösungen bei 55 ° C, homogenisiert Agarose-Lösung (50 ml) mit Kondensmilch (50 cc), um das Verhältnis von 50 bis 50, Vol. machen und langsam zugegeben und das Gemisch durch Luftblase Entfernung von der Oberfläche folgt.
10. Dann fügen EDTA (0,103 g) und CuCl ₂ · 2H ₂ O (0,06 g) an die Agarose-Milch-Gemisch von ausreichendem Rühren gefolgt, um Homogenität sicherzustellen.
11. Schließlich, fügen Glasperlen (15- 60 Mikrometer Durchmesser, mittlerer Durchmesser: 35 um) (0,1 g) zugegeben und die endgültige Mischung wiederholt. Vor Gebrauch einweichen Glasperlen in konzentrierter Salpetersäure für 24 Stunden, um alle Verunreinigungen zu entfernen und dann spülen die Säure.

4.2 Test-Objekt TM Material Vorbereitung

Der Prüfling TM Material wird in ähnlicher Weise wie der Hintergrund TM Material mit Ausnahme der folgenden Unterschiede in der Zusammensetzung hergestellt:

1. Pass kommerziellen Vollmilch (20 cc) durch 20 um und dann 10 um Mesh-Filter.
2. Auflösen Thiomersal (0,02 g) in der gefilterten Milch (10 cc).
3. Lösen trockenen Agarose (0,60 g) in einer Lösung mit Raumtemperatur entionisiertes Wasser (10 ml) und 1-propanol (0,79 ml).
4. Degas die Agarose-Lösung und dann erhitzen Sie es in einem 95 ° C Wasserbad, bis die Agarose-Lösung löscht.
5. Während die Agarose-Lösung löscht in der 95 ° C warmen Wasserbad erhitzen, Kondensmilch in einem 55 ° C Wasserbad.
6. Bewegen Sie den geschmolzenen Agarose Lösung des 55 ° C warmen Wasserbad.
7. Sobald beide Lösungen bei 55 ° C sind, mischen Sie die Agarose-Lösung (5 ml) mit Kondensmilch (5 cc) und langsam rühren Sie die Mischung durch Luftblase Entfernung von der Oberfläche gefolgt.
8. Dann fügen EDTA (0,0017 g) und CuCl ₂ · 2H ₂ O (0,0010 g) zu dem Agarose-Milch ausreichenden Rühren.

5. Multimodalität Phantom Versammlung

Mit den Silikon-Formen, werden die folgenden Schritte durchgeführt, um die Multimodalität Phantom konstruieren.

1. Auf der Silikonform ohne 1 mm Löchern befestigen Nylonfaden entlang der Mitte der Kugeln und kleben Sie es an beiden Enden der Form mit Silikon-Kleber (Abbildung 4 A).
2. Mit einer weichen Bürste, mit Silikonfett auf der Oberfläche der beiden Formen (Abbildung 4 A) und montieren zwei Formen mit Ausrichtstäbe.
3. Bereiten Testobjekt TM Material, wie im Abschnitt4.2 und gießt es in 1 mm Bohrungen der Silikonform mit einem 22-Gauge-Nadel einer Spritze.
4. Damit die Testobjekte zu setzen, speichern Sie die Formen in einem Kühlschrank (5 ° C) für ca. 30 min.
5. In jeder Seite einer halbzylindrischen Behälter (Länge: 115 mm, Durchmesser: 38 mm), um zwei Löcher von 1 mm in einer Tiefe von 10 mm von der Phantomoberfläche um Nylonfaden mit Prüflinge montieren. Als ein zusätzliches Loch von 6 mm bis Hintergrund TM Material gießen.
6. Entladen der Prüflinge mit Nylonfaden aus den Formen (Abbildung 4 B) und dann montieren sie in der Hälfte-zylindrischer Behälter (Abbildung 4 C).
7. Mit 3M Scotch-Weld DP-100 und 3M Klebeband, sich dünne nichtleitende Aluminium (Dicke: 0,12 mm) auf das Acryl-Behälter. Blockieren Sie die 1 mm Löcher in der Acryl-Behälter mit dem gleichen Kleber (Abbildung 4 C).
8. Bereiten Hintergrund TM Material schnell und langsam gießen Sie sie in der 6 mm Loch des Behältersmit einem kleinen Trichter.
9. Nach dem Entfernen der Luftblasen, kleben Sie die 6 mm Loch mit 3M Scotch-Weld DP-100.
10. Nach der Montage durch Drehen des Phantoms mit 2 UpM im Rotor für 4 bis 5 Stunden bei Raumtemperatur.
11. Entfernen Sie den Nylonfaden nach den TM Materialien in das Phantom vollständig aushärtet.

6. Multimodalität Imaging

Das Phantom wird in präklinischen Ultraschall, CT und MRT-Bilder und in drei Modalitäten erworben werden gescannt. Die Bildgebungsprotokolle sind in Lee et al. ^{7, 8} beschrieben.

Ergebnisse

Abbildung 3 B und Abbildung 5 zeigen zwei Silikon-Formen zum Gießen Testobjekte und der Multimodalität Phantom, beziehungsweise. Die Länge × Breite × Tiefe jeder Form ist 109 mm × 37 mm × 21 mm und zwei Formen identisch sind Spiegelbilder. Eine Form hat 1 mm Löcher, wo TM Material eingefügt mit einer dünnen Nadel werden kann. Jede Form hat zusätzlich fünf Löcher für Ausrichtstäbe. Die Länge × Breite × Tiefe des Phantoms ist 115 mm × 38 mm × 24 mm und seine anfänglic...

Diskussion

Das Ziel dieses Artikels war es, die Methoden für die Herstellung von Materialien für TM Multimodalität Bildgebung und der Bau einer präklinischen Multimodalität Phantom als QA-Tool für die genaue Messung der Größe des Tumors mit verschiedenen Modalitäten in mehreren Institutionen bieten. Wie bereits erwähnt, wurden TM Materialien ursprünglich von Dr. Ernest L. Madsen Labor an der University of Wisconsin Madison für eine Multi-Modalität Prostata Phantom entwickelt. Wir modifizierten Dr. Madsen TM Material P...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Reagent/Material
PVC pipe	N/A	N/A	Home Depot
Bolt, nut, washer and metal plates	N/A	N/A	Home Depot
Acrylic plates and rods	N/A	N/A	Plastic supply in San Antonio, TX
Steel balls	Nordex, Inc.	AEC-M2-2, -4, -7, -10 and -14	2, 4, 7, 10 and 14 mm diameter
C-clamps	Adjustable Clamp	1420-C	2 inch length
Masking tape	3M Industrial Adhesives and Tapes	2600
Duct tape	3M Industrial Adhesives and Tapes	S-3763SIL
J-B KWIK	J-B WELD Co.	380238
3M Scotch-Weld Epoxy Adhesive	3M Industrial Adhesives and Tapes	DP-100
Silicone grease	Permatex, Inc.	22058
Silicone glue	DAP, Inc.	688
Silicone rubber compound	Smooth-ON, Inc.	Smooth-SilTM950 Part A and B	A:B mix ratio = 10:1 by weight
Brush	N/A	N/A	Hobby Lobby
Syringe	Becton Dickinson	309604	10 ml
Needle	Becton Dickinson	305156	22-gauge 1.5 inch length
Funnel	N/A	N/A
Mesh filters	Small parts, Inc.	CMN-0010-C and CMN-0020-C	10 and 20 μm
Whole milk	N/A	N/A	HEB in San Antonio, TX
Thimerosal	Sigma-Aldrich Co.	T5125
Propanol	Sigma-Aldrich Co.	33538
EDTA	Sigma-Aldrich Co.	431788
CuCl2	Sigma-Aldrich Co.	459097
Agarose	Sigma-Aldrich Co.	A0169
BaSO4	Sigma-Aldrich Co.	B8675
Glass beads	Potters Industries, Inc.	3000E
PET/AL/LLDPE*	Pechiney Plastic Packaging, Inc.	Pechiney Spec 151	Phantom cover material
			*Polyethylene terephthalate/aluminum/linear low density polyethylene
Equipment
Rotisserie motor	Brinkmann	812-7103-S	Home Depot
Water bath 1	Precision, Inc.	Model: 282, Serial #: 601091552
Water bath 2	VWR, Inc.	Model: 1212, Serial #: 08119606
Ultrasound	Visualsonics	Serial #: 770/120-259
CT	Gamma Medica-Ideas	Serial #: GR 0050
MRI	Bruker	Part #: W3301390, Serial #: 0030