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Un metodo per immagine Ex vivo Campioni di resezione polmonare con ottica dominio della frequenza immagine (OFDI) e ottenere precisa correlazione all'istologia è descritto, che è essenziale per lo sviluppo di specifici criteri di interpretazione OFDI per patologia polmonare. Questo metodo è applicabile ad altri tipi di tessuto e le tecniche di imaging per ottenere immagini precise di correlazione istologia per l'interpretazione delle immagini accurate e valutazione. Criteri di imaging stabilite con questa tecnica sarebbe quindi applicabile alla valutazione immagine in futuro In vivo Studi.
Il cancro del polmone è la principale causa di decessi per cancro 1. A cellule squamose e tumori a piccole cellule si presentano in genere in associazione con vie aeree di conduzione, mentre adenocarcinomi sono in genere più in posizione periferica. Tumore maligno del polmone individuazione nelle prime fasi del processo di malattia può essere difficile a causa di diversi limiti: risoluzione radiologica, limitazioni broncoscopici nella valutazione dei tessuti sottostanti la mucosa delle vie aeree e l'individuazione precoci alterazioni patologiche, e campioni di piccole dimensioni e / o campionamento incompleto nelle biopsie istologiche. Modalità di imaging ad alta risoluzione, come ottica dominio della frequenza immagine (OFDI), forniscono non distruttivo, grande zona 3-dimensionale vista microstruttura del tessuto fino a profondità che si avvicinano 2 mm in tempo reale (Figura 1) 2-6. OFDI è stato utilizzato in una varietà di applicazioni, compresa la valutazione di aterosclerosi coronarica e 6,7 esofageo metaplasia intestinale e displasia Broncoscopico OCT / OFDI è stata dimostrata come una cassaforte in strumento di imaging in vivo per valutare le vie aeree polmonare 11-23 (animazione). Ottobre è stato valutato nelle vie aeree e nel parenchima polmonare 16,23 17,22 di modelli animali in vivo e umano delle vie aeree 14,15. Ottobre l'imaging delle vie aeree normali ha dimostrato la visualizzazione delle vie aeree stratificazione e attacchi alveolari, e la valutazione delle lesioni displastiche è stato trovato utile per distinguere i gradi di displasia nella mucosa bronchiale 11,12,20,21. OFDI imaging di mucosa bronchiale è stata dimostrata in un breve segmento bronchiale (0,8 cm) 18. Inoltre, volumetrico OFDI estende generazioni delle vie aeree più nei suini e umani vie aeree polmonare in vivo è stato descritto 19. Endobronchiale OCT / OFDI viene in genere eseguita con sottili cateteri flessibili, compatibili con standard di broncoscopiaporte di accesso Copic. Inoltre, ottobre e OFDI aghi basati sonde sono state recentemente sviluppate, che può essere utilizzato per regioni di immagine del polmone oltre la parete bronchiale o superficie pleurica 17.
Mentre OCT / OFDI è stata utilizzata e dimostrata come fattibile per imaging in vivo polmonare, studi con perfettamente abbinati uno-a-uno OFDI: istologia sono stati effettuati. Pertanto, i criteri di imaging specifici per varie patologie polmonari devono ancora essere sviluppati. Omologhi istopatologici ottenuti in vivo consistono solo piccoli frammenti bioptici, che sono difficili da correlare con dataset OFDI grandi. Inoltre, essi non forniscono l'istologia globale necessaria per la registrazione con OFDI grande volume. Come risultato, funzioni di imaging specifiche di patologia polmonare non può essere sviluppata in ambiente in vivo. Proprio abbinati, uno-a-uno OFDI e correlazione istologia è fondamentale per valutare con precisione le caratteristiche viste in OIED contro istologia come gold standard, al fine di ricavare specifici criteri di interpretazione di immagine per neoplasie polmonari e altre patologie polmonari. Una volta specifici criteri di imaging sono stati sviluppati e validati ex vivo con abbinato uno-a-uno istologia, i criteri possono essere utilizzati anche per studi di imaging in vivo. Qui vi presentiamo un metodo per preciso, 1-1 correlazione tra imaging ad alta risoluzione ottica e istologia nei campioni di resezione polmonare ex vivo. In questo manoscritto, si descrivono le tecniche utilizzate per abbinare le immagini OFDI all'istologia. Tuttavia, questo metodo non è specifico per OFDI e può essere utilizzato per ottenere istologia-registrate immagini per qualsiasi tecnica di imaging ottico. Abbiamo eseguito delle vie aeree centrato OFDI con un costume specializzato costruito broncoscopica 2,4 Francese (0,8 mm di diametro) del catetere. I campioni di tessuto sono stati segnati con la tintura dei tessuti, visibile sia OFDI e istologia. Procedure di orientamento attente sono stati usati per correlare con precisione imaging e luoghi di campionamento istologici. Le tecniche descritte in questo manoscritto sono stati utilizzati per condurre la prima dimostrazione di volumetrico OFDI con precisa correlazione ai tessuti a base di diagnosi per valutare la patologia polmonare 24. Questo semplice, tecnica efficace può essere estesa ad altri tipi di tessuti per fornire una precisa immagine di correlazione istologia necessaria per determinare le caratteristiche di imaging sottili di tessuti sia normali che patologici.
1. Sistema di imaging
I dettagli tecnici di OFDI sono stati descritti in precedenza 4-6. Circonferenziale OFDI è stata condotta a velocità di esposizione tra 25 e 100 fotogrammi al secondo e tra 512 e 2.048 profili di profondità assiali per circolare in sezione trasversale immagine. Personalizzato 2,4 Fr (0,8 mm di diametro) cateteri scansione elicoidale utilizzati in questo studio sono stati progettati per funzionare attraverso la porta di accesso broncoscopi standard. I cateteri consisteva in un nucleo interno ottico per focalizzare la luce sulla parete bronchiale e una monouso guaina esterna. Il corpo del catetere è rimasta ferma durante l'imaging mentre il nucleo interno è stato fatto ruotare a una velocità compresa tra 25 e 100 Hz e tradotti in un pullback velocità di tra 1,25 e 5 mm / sec. La risoluzione assiale del sistema era di 6 mm in tessuto e fornito una profondità di immagine varia di 7,3 mm 4-6. Catetere a base di OFDI è stata effettuata in questo studio per replicare in vivo broncoscopica OFDI (Figura 1). Tuttavia, questo protocollo può essere applicato anche ad imaging con un banco sistema ottico (Figure 3 e 4).
2. Imaging System Set-up
3. Preparazione di tessuto
4. Tissue Marking
5. Tissue Imaging
6. La raccolta e la lavorazione dei tessuti
7. Elaborazione delle immagini
Se le immagini sono state acquisite con uno scanner da banco, o altra tecnica di scansione dove entrambi erano visibili segni di inchiostro in una singola sezione trasversale immagine, l'immagine può essere direttamente correlata con istologia corrispondente. Se set di dati volumetrici sono state acquisite con un catetere di scansione elicoidale, le immagini dovranno essere ri-interpolati in modo che una singola immagine 2D intersechi entrambi i segni di inchiostro per la correlazione con istologia. Questo può essere realizzato utilizzando ImageJ o altri software di elaborazione delle immagini. In alcuni casi, l'inchiostro non può essere facilmente visibili nel qual caso sezioni adiacenti / diapositive devono essere esaminati.
I segni di inchiostro nero deve essere compreso tra 1-1,5 cm per indicare la regione di imaging di interesse. Il marchio inchiostro verde deve essere posto all'inizio della scansione imaging, prima del primo contrassegno inchiostro nero orientare il campione (Figura 2 e Figura 3a). Segni di inchiostro dei tessuti deve essere visibile sia su immagini OFDI e istologia (Figura 3 e 4). In suina normali (figura 3) e delle vie aeree umana (Figura 4), tipica stratificazione delle vie aeree deve essere visibile. L'epitelio (E) è visibile come un sottile segnale moderatamente denso strato omogeneo all'aspetto luminale delle vie aeree. Lamina propria consiste organizzata segnale intenso segnale povero tessuto, corrispondenti a vari componenti della lamina propria (LP) come segnale di tessuti connettivi intensi tra elastina e collagene (EL), e il segnale povero salivare tipo tessuto ghiandolare (G ). Ci sono canali di segnale a volte visibili poveri (D) che attraversano il sistema respiratorioepitelio respiratorio per collegare con il lume bronchiale. Muscolo liscio appare come discontinui, intercalati fascicoli muscolari lisce e quindi non è identificabile in OFDI. In H & E e macchie tricromica, stratificazione delle vie aeree può essere visualizzata (Figura 3c, 3d, 3f, 3g, 4b, 4c, 4e e 4f), dove il tricromica i superficiali tessuti densi elastiche e collagene appaiono blu profondo e il muscolo sottostante liscia macchie rosse (SM). Anelli di cartilagine (C) vengono visualizzati come scarsa ricezione del segnale a forma di mezzaluna strutture con confini ben definiti, che si sovrappongono nelle vie aeree suina e non si sovrappongono nelle vie respiratorie dell'uomo. Pericondrio circonda gli anelli cartilagine appare come un sottile strato di tessuto intenso segnale comprende i poveri anelli di cartilagine di segnale. Nel periferico umano vie aeree (Figura 4g e 4h), attacchi alveolari (A) sono visibili come sottili, intenso segnale reticolare pareti alveolari con spazi vuoti segnale alveolari. Spazi vascolari all'interno della lamina propria sono visible come strutture vuoti di segnale lineare o circolare con lieve artefatto ombre sottostante (frecce).
Figura 1. OFDI di suini delle vie aeree. Nelle immagini in vivo ottenuti da una delle vie aeree suina sotto ventilazione meccanica. (A) ODFI sezione prossimale delle vie aeree. (B) OFDI sezione distale delle vie aeree. (C) ODFI sezione longitudinale delle vie aeree prossimali, immagine ingrandimento maggiore di e pannello in rosso regione evidenziata. (D) OFDI sezione longitudinale delle vie aeree distali, immagine ingrandimento maggiore di e pannello in verde regione evidenziata. (E) ODFI sezione longitudinale delle vie aeree da prossimale a distale (sinistra a destra). Diametro del catetere è di 0,8 mm e segni di graduazione rappresentano incrementi di 0,5 mm. Sebbene diversi strati della parete bronchiale e attacchi alveolari sono discernibili nelle immagini OFDI, è difficile interpretare esattamente il co anatomicarrelate dei segnali OFDI senza istologia direttamente registrato. e: epitelio, lp: lamina propria, sm: sottomucosa, c: cartilagine, a: attacchi alveolari.
Figura 2. Tessuto marcatura di suini vie aeree. (A) aperto vie aeree con due segni di inchiostro nero sulla superficie luminale posizionata parallelamente l'aspetto longitudinale delle vie aeree, 1,5 cm di distanza. (B) catetere OFDI posto su due inchiostro nero segna per includere due marchi all'interno del pullback OFDI. (C) Airway con ulteriore marchio inchiostro verde per orientare l'inizio della scansione di immagini sul provino.
Figura 3. OFDI ed istologia della specie suina delle vie aeree dimostrare cor precisorelazione utilizzando tessuto marcatura. (a) aperto vie aeree con due segni di inchiostro nero sulla superficie luminale posizionata parallelamente l'aspetto circonferenziale delle vie aeree. Perni vengono utilizzati per aprire ulteriormente le vie aeree (frecce). (B) delle vie aeree OFDI suina sia con inchiostro segna visibile (asterischi) con (c) tinto istologia precisamente correlata con H & E (asterischi: inchiostro nero segni visibili sul epitelio respiratorio) e (d), correlato colorazione tricromica. Scala bar: 2 mm. (E) vista ingrandimento superiore dell'immagine OFDI con (f) istologia corrispondente colorate con H & E e (g) correlato colorazione tricromica. E: epitelio respiratorio, EL: collagene denso e tessuti elastici, SM: muscolatura liscia, C: anelli di cartilagine (artefatto istologico ha portato separazione artificiale degli anelli cartilaginei), G: il tessuto delle ghiandole salivari, D: dotto salivare entrare epitelio. Bar Scala: 250 micron. Clicca qui per ingrandire la figura .
Figura 4. OFDI ed istologia delle vie aeree umane dimostrare precisa correlazione con tessuto marcatura. (A) OFDI di umano prossimale delle vie aeree sia con inchiostro segna visibile (asterischi). (B) tinto istologia Proprio correlata con H & E con inchiostro nero segni visibili sul epitelio respiratorio (asterischi) e (c) correlato colorazione tricromica. Scala bar: 2 mm. (D) vista ingrandimento superiore dell'immagine OFDI e (e), istologia corrispondente colorate con H & E e (f) tricromica. Scala bar: 250 micron. E: epitelio respiratorio, LP: lamina propria, G: il tessuto delle ghiandole salivari, C: anelli di cartilagine, PC: pericondrio. Nelle vie respiratorie dell'uomo, stratificazione tipica è visibile. All'interno del tessuto connettivo sciolto, ci si alternano fasci di rosso-colorazione del muscolo liscio (SM, pannelli C e F), Che non formano un nastro continuo, e quindi non sono visibili come uno strato distinto in OFDI. (G) di OFDI umana vie aeree distali e (h) proprio correlata H & E istologia con segni di inchiostro nero visibili sul epitelio respiratorio (asterischi). Scala bar: 2 mm. Attacchi alveolari (A) sono visibili come segnale intenso reticolare pareti alveolari con spazi vuoti segnale alveolari. Spazi vascolari all'interno della lamina propria sono visibili anche come segnale di vuoto-strutture con sottostante ombra lieve (frecce).
La valutazione delle neoplasie polmonari precoci può essere estremamente difficile a causa della mancanza di sintomi e l'incapacità di visualizzare primi alterazioni neoplastiche radiologicamente o broncoscopicamente. OFDI fornisce vicino risoluzione istologico, ampio 3-dimensionale vista microstruttura del tessuto in tempo reale 2-6. Endobronchiale OFDI è stata dimostrata in pazienti come una tecnica sicura che può essere utilizzato per ottenere dati volumetriche ad alta risoluzione su segmenti vie lunghe vie aeree polmonare 11-13 (animazione). Tuttavia, solo piccole biopsie sono ottenuti come controparti istopatologici in in ambiente vivo, che non forniscono adeguate per OFDI correlati per lo sviluppo di criteri di imaging per patologia polmonare. Al fine di valutare con precisione caratteristiche OFDI viste in imaging polmonare, è essenziale ottenere un'immagine esattamente corrispondenti al correlazioni istologia. Presentiamo un metodo semplice ed efficace per la precisione, una a Ocorrelazione tra OFDI ne e istologia applicata alle vie aeree immagini di ex campioni di resezione polmonare in vivo, che è applicabile a quasi tutti i tipi ex tessuto vivo. Una volta criteri di imaging sono stati stabiliti ex vivo con abbinato uno-a-uno istologia, questi criteri possono essere applicati a immagini in vivo.
Il colorante tessuto utilizzato per marcare la regione di imaging di interesse è chiaramente visibile sia OFDI e istologia. Utilizzando tecniche semplici per orientare il tessuto, segni di inchiostro può essere correlata sia imaging e istologia consentire 1-1 confronti OFDI caratteristiche ei risultati istologici per determinare le caratteristiche di imaging identificabili della patologia dei tessuti. La tecnica è poco costoso e pratico, rendendo così utile in molte applicazioni di imaging ottico.
In ambiente in vivo, metodi come marcatura laser può essere utilizzato per l'orientamento del tessuto 25. Tuttavia, tegli piccola dimensione della biopsia bronchiale è ancora un fattore limitante nell'utilizzo studi in vivo per sviluppare criteri specifici di imaging per patologia polmonare. Sebbene studi ex vivo servire come alternativa adeguata per imaging in vivo, ci sono alcune limitazioni. Ex campioni polmonari in vivo sono uninflated e spesso mostrano atelettasia chirurgicamente indotta, che altera l'aspetto di normali strutture alveolari. Gonfiaggio tessuto polmonare asportato chirurgicamente con il tessuto di marcatura per la correlazione istologia è tecnicamente impegnativo come la maggior parte dei campioni polmonari chirurgici vengono ricevuti dopo patologia valutazione al congelatore nel corso del quale la superficie pleurica si interrompe, interferendo con l'inflazione campione. Non patologico atelettasia non è un artefatto visto nella regolazione in vivo, quindi questa limitazione non sarebbe opportuno in vivo imaging polmonare. Inoltre, la mancanza di sangue all'interno dei vasi in campioni ex vivo potrebbe rendere difficile distinguish strutture vascolari da altre strutture vuoti di segnale. In in ambiente vivo, l'aggiunta di Doppler OCT / OFDI 26-28 a strutturale OCT / OFDI sarebbe facilitare l'identificazione delle navi.
Artefatti di movimento può essere visto in vivo in cui non sono presenti ex vivo. Questo potrebbe essere potenzialmente problematico in standard sistemi ottobre con velocità di acquisizione più lenti. Tuttavia, il frame rate rapidi sistemi OFDI sono attualmente> 200 fps 29-31. Pertanto, non si prevede che artefatti da movimento sarà un problema significativo. Precedente in vivo OCT e OFDI studi di imaging hanno dimostrato con successo la visualizzazione di funzioni di imaging sottili 14,15,18,19.
In questo studio abbiamo dimostrato volumetrico OFDI con precisa correlazione ai tessuti a base di diagnosi per la valutazione patologia polmonare. La procedura descritta è destinato a fornire istologia perfettamente abbinati ad essere usato come oro Standard per l'interpretazione dell'immagine OFDI.
Criteri di imaging volta specifici per patologia polmonare sono stati sviluppati e validati ex vivo con abbinato uno-a-uno istologia, i criteri possono essere applicati ai successivi studi di imaging in vivo con l'uso di una biopsia bronchiale come valutazione gold standard dell'imaging caratteristiche visto. Questa tecnica è presentata come una richiesta di campioni di resezione polmonare, ma può essere applicato a qualsiasi tipo di tessuto per fornire la precisa immagine di correlazione istologia necessaria per determinare caratteristiche di imaging sottili di tessuti normali e patologici.
Produzione e l'accesso gratuito a questo articolo è sponsorizzato da NinePoint Medical Inc.
Gli autori desiderano ringraziare il Sig. Sven Holder e il signor Stephen Conley per la loro preziosa assistenza in questo studio. Questo lavoro è stato finanziato in parte dal National Institute of Heath [numero di Grant R00CA134920] e l'American Lung Association [numero di Grant RG-194681-N]. NinePoint Medical Inc. sponsorizzato le spese di pubblicazione associati a questo manoscritto.
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