Construction d'un fantôme de multimodalité préclinique employant des matériaux tissus imitant pour l'assurance qualité dans la mesure de la taille des tumeurs

Résumé

Ce document décrit les procédures internes de la construction d'une multimodalité préclinique fantôme faite de tissu imitant (TM) matériaux pour l'assurance qualité (QA) de mesure de la taille de la tumeur dans les modalités d'imagerie animales telles que les ultrasons (US), la tomodensitométrie (TDM) et magnétique imagerie par résonance magnétique (IRM).

Résumé

Organisation mondiale de la Santé (OMS) et les critères d'évaluation de réponse dans les tumeurs solides (RECIST) des groupes de travail ont préconisé des critères normalisés pour l'évaluation radiologique des tumeurs solides, en réponse à la thérapie anti-tumorale dans les années 1980 et 1990, respectivement. Critères qui mesurent les tumeurs solides en deux dimensions, alors que les mesures RECIST utilisent seulement une dimension qui est considérée comme étant plus reproductible ^{1, 2, 3,4,5.} Ces critères ont été largement utilisés comme le seul biomarqueur d'imagerie approuvé par la US Food and Drug Administration (FDA) ^6. Afin de mesurer la réponse tumorale aux médicaments anti-tumoraux sur des images avec précision, par conséquent, une garantie procédures robustes de qualité (QA) et correspondant QA fantômes sont nécessaires.

Pour répondre à ce besoin, les auteurs ont construit une multimodalité préclinique (pour les ultrasons (US), la tomodensitométrie (TDM) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM)) fantôme en utilisant des tissus imitant (TM)matériaux basés sur le nombre limité de lésions cibles requises par les critères RECIST en révisant un Gammex commercial américain fantôme ^7. L'annexe à Lee et al. Montre les procédures de fabrication fantôme ^7. Dans cet article, tous les protocoles sont introduits dans une étape par étape la mode début des procédures pour la préparation des moules en silicone pour la coulée tumeur simulant des objets de test dans le fantôme, suivi de la préparation des matières TM pour l'imagerie multimodalité, et enfin la construction de l' préclinique multimodalité QA fantôme. L'objectif principal de ce document est de fournir les protocoles pour permettre à quiconque s'intéresse à la construction indépendamment un fantôme pour leurs propres projets. Procédures d'assurance qualité pour la mesure de la taille de la tumeur, et RECIST, l'OMS et les résultats des mesures de volume des objets d'essais effectués dans plusieurs établissements à l'aide de cette QA fantôme sont présentées en détail dans Lee et al. ^8.

Introduction

L'évaluation de la variation de la taille de la tumeur est un critère important pour évaluer l'activité des médicaments anti-tumoraux dans les deux rétrécissement de la tumeur et la progression de la maladie ^{9, 10.} Organisation mondiale de la Santé (OMS) et des critères d'évaluation de la réponse dans les tumeurs solides (RECIST) sont les méthodes codifiées pour l'évaluation anatomique des lésions tumorales dans modalités d'imagerie telles que l'échographie (US), la tomodensitométrie (TDM) ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Pour les critères de l'OMS, le produit d'un diamètre maximal de la tumeur et son plus grand diamètre perpendiculaire au plan transversal de régions cibles est calculée à ^4. En revanche, pour RECIST, la somme des diamètres plus longs dans le plan transversal pour un nombre limité de lésions cibles est calculée ^4. En dépit de l'intérêt croissant continuellement dans l'évaluation de la réponse thérapeutique tumeur, il n'y a pas eu d'assurance de la qualité préclinique (QA) fantôme / QA procédures de biomarqueurs d'imagerie.

contenu "> Considérant que la mesure de la taille de la tumeur sur la base de critères de l'OMS et / ou RECIST est le seul biomarqueur d'imagerie approuvé par la US Food and Drug Administration (FDA), en tant que point de départ de QA pour d'autres biomarqueurs d'imagerie, Lee et al. conçu et construit UTHSCSA / Gammex Mark 1 et Mark 2 fantômes pour QA de mesure de la taille de la tumeur, en collaboration avec Gammex Inc ^7. L'Mark 1 fantôme était une version révisée d'un Gammex commercial US fantôme et donc, la taille était trop volumineux pour tenir dans animaux CT et MR scanners. De même, certains outils de la Mark 1 fantôme étaient inutiles pour la mesure de la taille de la tumeur. L'Mark 2 fantôme a été élaboré sur la base de critères RECIST qui est la plus récente biomarqueurs d'imagerie approuvé par la FDA. Cependant, la taille de la Mark 2 fantôme était encore trop grande pour les scanners IRM et CT et MR qualité d'image du fantôme n'était pas acceptable pour la mesure de la taille de la tumeur précis ^7.

Le QA fantôme décrit-ilRein a été re-conçu pour combler les lacunes des fantômes précédents et construit en utilisant des tissus imitant (TM) des matériaux et des protocoles modifiés développés dans notre laboratoire. Ce document décrit les détails des protocoles pour la construction fantôme: d'abord, les méthodes sont introduites pour la préparation des moules en silicone nécessaires pour la coulée tumeur simulant des objets de test et d'assemblage d'un dispositif de rotation pour faire tourner un fantôme pour empêcher la sédimentation de la gravitation. Deuxièmement, les protocoles de préparation des matériaux TM modifiés à partir al. D 'D'Souza et pour les USA, CT et IRM sont décrits ^11. Les propriétés physiques des matériaux TM ont été testés dans chaque modalité de veiller à ce que les matériaux TM représentés tissus mous humains comme observé dans les images acquises avec des modalités diverses, mais les résultats ne sont pas affichés ici. Troisièmement, le protocole pour la construction fantôme est décrit. Enfin, aux États-Unis, CT et MR images du fantôme sont présentés comme des résultats.

Protocole

1. Phantom Conception

Un dessin de la multimodalité préclinique fantôme est illustré à la figure 1 ^{7, 8.} La taille du fantôme est de 38 mm de diamètre et 115 mm de longueur pour permettre le fantôme à numériser dans différents scanners animales. Le fantôme contient cinq objets de test simulant une tumeur (diamètre: 14, 10, 7, 4 et 2 mm) placé à une profondeur de 10 mm à l'intérieur du fantôme.

2. Construction de moules en silicone

Les moules en silicone sont prêts à jeter les objets de test simulant une tumeur tel que décrit dans cette section ^7. Toutes les plaques acryliques et les tiges nécessaires à la préparation des moules en silicone sont coupées avec une précision de 25 um dans l'atelier d'usinage à l'Université du Texas Health Science Center à San Antonio (UTHSCSA).

1. Faire cinq trous (diamètre: 14, 10, 7, 4, 2 mm) pour les objets d'essai et cinq autres trous (diamètre: 6 mm) pour les tiges d'alignement en deux base acryliqueplaques (taille: 4,2 cm × 11,5 cm × 0,9 cm) (Figure 2).
2. Couper paires d'écartement à hauteur de 7, 5, 3,5, 2 et 1 mm (taille: 1,0 cm x 5,5 cm) (Figure 2 B).
3. Préparez des billes d'acier (diamètre: 14, 10, 7, 4 et 2 mm, précision: 2,5 um).
4. Placer deux paires d'entretoise avec une hauteur de 7 mm et une plaque de base sur une plaque mince d'acrylique en séquence et les serrer à l'aide de serre-joints (figure 2 C).
5. Insérez la bille d'acier de 14 mm de diamètre en 14 mm trou de la plaque de base et de la colle à l'aide de JB Kwik (Figure 2 C). Répéter les procédures pour le reste des billes (figure 2 D), et pour l'autre plaque de base. Notez que les billes d'acier dans les deux plaques de base sont collés comme des images en miroir ^7.
6. Fixez quatre plaques 2,5 cm de haut acryliques (taille: 2,5 cm x 11,5 cm pour deux plaques et 2,5 cm × 4,2 cm pour les deux autres plaques) sur chaque base à l'aide du ruban adhésif comme clôtures ( ong> Figure 3).
7. Fixez la plaque supérieure (taille: 4,2 cm × 11,5 cm, cinq trous de 0,8 cm de diamètre, dix trous de 1,2 cm de diamètre) dans l'un des ensembles de plaque de base pour insérer cinq tiges en acrylique (diamètre: 0,8 cm et longueur: 0,5 cm) avec une pointes mm, et pour insérer cinq tiges d'alignement (diamètre: 0,9 cm et longueur: 5,0 cm) et de verser silicone (figure 3 A).
8. Insérer les tiges acryliques dans les trous de 0,8 cm dans la plaque supérieure tout le chemin vers le haut de billes d'acier et les coller avec de la colle silicone. Ensuite, insérer tiges d'alignement dans les trous dans la plaque de base par l'intermédiaire des trous plus grands dans la plaque de dessus (figure 3 A).
9. Mélanger la partie A du mélange de caoutchouc de silicone avec la partie B dans un rapport de 10 à 1 en poids.
10. Verser le mélange de caoutchouc de silicone dans le montage et l'assemblage sécher à la température ambiante pendant environ 24 heures (figure 3 B).

3. Assemblée Rotator

t "> Le rotateur est préparé à partir d'un tuyau en PVC et d'un moteur de tournebroche.

1. Broyer la fin d'un boulon en fonction du trou d'un moteur de tournebroche.
2. Visser le boulon de masse à l'extrémité du tuyau en PVC (longueur: 270 mm, diamètre intérieur: 75 mm) en utilisant un écrou et une rondelle.
3. Pliez les plaques de métal et collez-les sur une plaque en plastique à l'aide JB Kwik pour soutenir le tuyau en PVC et d'ajuster la hauteur de tuyau en PVC ^7.

4. TM Préparation du matériel

Les protocoles de préparation des matières MC sont modifiés de ceux développés dans le laboratoire du Dr Ernest L. Madsen à l'Université de Wisconsin Madison et plus de détails sont dans Lee et al. ^8,11.

4.1 Contexte préparation matérielle TM

1. Passez le lait entier commercial (200 cc) à travers 20 um et ensuite 10 filtres en treillis um.
2. Dissoudre Thimerosal (0,2 g) dans le lait filtré (100 cc).
3. Utilisant le vide de la maison, degaz de cette solution de lait pendant 30 s à la température ambiante.
4. Dissoudre l'agarose sec (2 g) dans de l'eau désionisée (18 MQ) (100 ml) à température ambiante.
5. Puis ajoutez 1-ol (7,9 cc) et BaSO ₄ (1 g) à la solution d'agarose.
6. La solution d'agarose Degas et ensuite chauffer dans une ° C bain d'eau 95 jusqu'à ce que la solution d'agarose efface.
7. Alors que la solution d'agarose se dégage dans les 95 ° C au bain d'eau, chauffer le lait condensé dans une ° C bain d'eau 55.
8. Déplacez la solution fondue agarose à la 55 ° C bain d'eau pour refroidir.
9. Une fois que les deux solutions sont à 55 ° C, une solution d'agarose à mélange (50 ml) avec du lait concentré (50 cm ³) pour rendre le rapport de 50 à 50 en volumes en remuant lentement le mélange, suivie par l'élimination des bulles d'air à partir de la surface.
10. Puis ajouter EDTA (0,103 g) et de CuCl ₂ · 2H ₂ O (0,06 g) dans le mélange d'agarose-lait, suivi par une agitation suffisante pour assurer l'homogénéité.
11. Enfin, ajouter des perles de verre (15- 60 um de diamètre, le diamètre moyen: 35 um) (0,1 g) et agiter le mélange final à plusieurs reprises. Avant utilisation, faire tremper les perles de verre dans de l'acide nitrique concentré pendant 24 heures pour éliminer toutes les impuretés, puis rincer l'acide.

4.2 objet de test préparation matérielle TM

L'objet du matériel d'essai TM est préparé d'une manière similaire à celle du matériau de fond TM à l'exception des différences de composition suivants:

1. Passez le lait entier commercial (20 cc) à travers 20 um et ensuite 10 filtres en treillis um.
2. Dissoudre le thimérosal (0,02 g) dans le lait filtré (10 cc).
3. Dissoudre l'agarose sec (0,60 g) dans une solution à température ambiante de l'eau déminéralisée (10 ml) et le 1-propanol (0,79 cm ³).
4. La solution d'agarose Degas et ensuite chauffer dans une ° C bain d'eau 95 jusqu'à ce que la solution d'agarose efface.
5. Alors que la solution d'agarose se dégage dans les 95 ° C au bain d'eau, chauffer le lait condensé dans une ° C bain d'eau 55.
6. Déplacer la solution fondue agarose à la 55 ° C au bain d'eau.
7. Une fois que les deux solutions sont à 55 ° C, mélanger la solution d'agarose (5 cc) avec du lait condensé (5 cc) et agiter doucement le mélange suivie de l'élimination des bulles d'air de la surface.
8. Puis ajouter EDTA (0,0017 g) et de CuCl ₂ · 2H ₂ O (0,0010 g) de l'agarose-lait, suivi par une agitation suffisante.

5. Multimodalité Assemblée Phantom

En utilisant les moules en silicone, les étapes suivantes sont accomplies pour construire le fantôme de la multimodalité.

1. Sur le moule en silicone sans trous de 1 mm, attacher un fil de nylon le long du centre de sphères et il colle aux deux extrémités du moule avec de la colle silicone (Figure 4).
2. Utilisation d'une brosse douce, appliquer de la graisse de silicone sur la surface des deux moules (figure 4 A) et assembler deux moules à l'aide de tiges d'alignement.
3. Préparer objet matériel d'essai TM tel que décrit dans la section4.2 et le verser dans 1 mm trous du moule en silicone à l'aide d'une aiguille de calibre 22 d'une seringue.
4. Pour permettre aux objets de test pour définir, stocker les moules au réfrigérateur (5 ° C) pendant environ 30 min.
5. Dans chaque côté d'un récipient semi-cylindrique (longueur: 115 mm et de diamètre: 38 mm), faire deux trous de 1 mm à une profondeur de 10 mm de la surface du fantôme, afin de monter le fil en nylon avec des objets d'essai. Faire un trou supplémentaire de 6 mm de verser des documents de référence TM.
6. Décharger les objets de test avec un fil de nylon à partir des moules (figure 4 B), puis de les monter dans le récipient semi-cylindrique (figure 4 C).
7. Utiliser 3M Scotch-Weld DP-100 et 3M ruban adhésif, adhérer mince d'aluminium non conductrice (épaisseur: 0,12 mm) sur le récipient acrylique. Bloquer les trous 1 mm dans le récipient acrylique utilisant la même colle (figure 4 C).
8. Préparer le matériel de fond TM rapidement et verser lentement dans le trou de 6 mm du conteneurà l'aide d'un petit entonnoir en plastique.
9. Après l'élimination de toutes les bulles d'air, colle le trou de 6 mm à l'aide 3M Scotch-Weld DP-100.
10. Une fois assemblé, tourner le fantôme à 2 tours dans le rotateur pour 4 à 5 heures à température ambiante.
11. Retirez le fil de nylon après les matériaux TM dans le fantôme durcit complètement.

6. imagerie multimodalité

Le fantôme est scanné en échographie préclinique, TDM et l'IRM et des images en trois modalités sont acquises. Les protocoles d'imagerie sont décrits en détail dans Lee et al. ^{7, 8.}

Résultats

Figure 3 B et la figure 5 montrent deux moules en silicone pour la coulée des objets d'essai et la multimodalité fantôme, respectivement. La longueur x largeur x profondeur de chaque moule est de 109 mm × 37 mm × 21 mm et deux moules sont des images miroir identiques. Un moule a 1 mm trous où le matériel TM peut être inséré à l'aide d'une aiguille fine. Chaque moule possède cinq autres trous pour les tiges d'alignement. La longueur x largeur x profondeur du f...

Discussion

Le but de cet article était de fournir aux procédés de fabrication de matériaux TM pour l'imagerie multimodalité et la construction d'un fantôme de multimodalité préclinique comme un outil d'assurance qualité pour la mesure de la taille de la tumeur précis en utilisant différentes modalités dans plusieurs institutions. Comme mentionné précédemment, les matériaux TM ont été initialement développées par le laboratoire du Dr Ernest L. Madsen à l'Université de Wisconsin Madison pour une...

matériels

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