Costruzione di un Phantom multimodalità preclinici Uso dei materiali di tessuti che imitano per l'assicurazione della qualità delle dimensioni del tumore Misura

Riepilogo

Questo documento descrive le procedure interne di costruzione di una multimodalità preclinico fantasma di tessuto-simulando materiali (TM) per l'assicurazione di qualità (QA) di misurazione della dimensione del tumore in modalità di imaging di animali come l'ecografia (US), la tomografia computerizzata (TC) e magnetico Risonanza (MRI).

Abstract

Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) e la risposta Criteri di valutazione nei tumori solidi (RECIST) gruppi di lavoro sostenuto criteri standardizzati per la valutazione radiologica dei tumori solidi in risposta alla terapia anti-tumorale negli anni 1980 e 1990, rispettivamente. Criteri OMS misurano tumori solidi in due dimensioni, mentre le misurazioni RECIST utilizzano solo un-dimensione che è considerato essere più riproducibile ^{1, 2, 3,4,5.} Questi criteri sono stati ampiamente utilizzati come unico biomarcatore di imaging approvato dagli Stati Uniti Food and Drug Administration (FDA) ^6. Al fine di misurare la risposta del tumore ai farmaci anti-tumorali sulle immagini con precisione, quindi, sono necessari un robusto (QA) procedure di controllo qualità e di QA corrispondente fantasma.

Per rispondere a questa esigenza, gli autori hanno costruito una multimodalità preclinica (ad ultrasuoni (US), la tomografia computerizzata (TC) e la risonanza magnetica (MRI)) phantom usando tessuto-simulando (TM)materiali in base al numero limitato di lesioni target richiesti da RECIST rivedendo un Gammex US commerciale fantasma ^7. L'appendice Lee et al. Illustra le procedure di fabbricazione fantasma ^7. In questo articolo, tutti i protocolli vengono introdotti in un passo-passo moda inizia con procedure di preparazione degli stampi per la colata di silicone tumore-simulando oggetti di prova il fantasma, seguita dalla preparazione di materiali TM per imaging multimodale, ed infine la costruzione del preclinica multimodalità QA fantasma. Lo scopo principale di questo documento è quello di fornire i protocolli per consentire a chiunque sia interessato a costruire autonomamente un fantasma per i propri progetti. Le procedure di QA per la misurazione della dimensione del tumore, e RECIST, OMS e risultati di misura di volume di oggetti di test effettuati a più enti che utilizzano questo QA fantasma sono riportati in dettaglio nel Lee et al. ^8.

Introduzione

La valutazione della variazione della dimensione del tumore è un endpoint importante per valutare l'attività dei farmaci antitumorali sia restringimento del tumore e la progressione della malattia ^{9, 10.} Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) e Criteri di valutazione della risposta nei tumori solidi (RECIST) sono i metodi codificati per la valutazione anatomica delle lesioni tumorali in modalità di imaging come l'ecografia (US), la tomografia computerizzata (TC) o risonanza magnetica (MRI). Per i criteri WHO, il prodotto del diametro massimo del tumore e la sua più grande diametro perpendicolare nel piano trasversale per le regioni di destinazione viene calcolato ^4. Al contrario, per RECIST, la somma dei diametri più lunghi nel piano trasversale per un numero limitato di lesioni target viene calcolato ^4. Nonostante continuamente crescente interesse per la valutazione della risposta terapeutica del tumore, non vi è stata alcuna garanzia qualità preclinico (QA) phantom / QA procedure di biomarker imaging.

contenuto "> Considerando che misura le dimensioni del tumore in base a criteri WHO e / o RECIST è l'unico biomarcatore di imaging approvato dagli Stati Uniti Food and Drug Administration (FDA), come punto di partenza di QA per altri biomarcatori di imaging, Lee et al. progettato e costruito UTHSCSA / Gammex Mark 1 e Mark 2 fantasmi per QA di misura le dimensioni del tumore, in collaborazione con Gammex Inc ^7. L'Mark 1 fantasma era una versione rivista di un Gammex commerciale statunitense fantasma e, quindi, la dimensione era troppo grande per entrare nella animale TC e RM scanner. anche alcuni strumenti della Mark 1 fantasma non erano necessarie per la misurazione della dimensione del tumore. L'Mark 2 fantasma è stato progettato sulla base di RECIST che è la più recente biomarker di imaging approvato dalla FDA. Tuttavia, la dimensione della Mark 2 fantasma era ancora troppo grande per MR scanner, e TC e RM qualità di immagine del fantasma non era accettabile per la misurazione precisa dimensione del tumore ^7.

Il QA fantasma ha descrittosfogo è stato ri-progettato per superare le carenze dei fantasmi precedenti e costruito utilizzando modificati tessuti che imitano materiali e protocolli (TM) sviluppate nel nostro laboratorio. Questo documento descrive i dettagli dei protocolli per la costruzione fantasma: In primo luogo, vengono introdotti i metodi per la preparazione degli stampi in silicone necessari per la fusione tumore-simulando oggetti di prova e per l'assemblaggio di un rotatore per la rotazione di un fantasma per impedire gravitazione sedimentazione. In secondo luogo, i protocolli per la preparazione di materiali di TM modificati da D'Souza et s 'al. Per US, TC e RM sono descritti ^11. Le proprietà fisiche dei materiali TM sono stati testati in ogni modalità per garantire che i materiali TM rappresentati tessuti molli umani come osservato nelle immagini acquisite con le diverse modalità, ma i risultati non sono qui visualizzati. Terzo, il protocollo per costruzione fantasma è descritto. Infine, le immagini del fantoccio degli Stati Uniti, TC e RM sono presentati come risultati.

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Protocollo

1. Phantom design

Un disegno del preclinico multimodalità fantasma è mostrata in Figura 1 ^{7, 8.} La dimensione del fantasma è di 38 mm di diametro e 115 mm di lunghezza per permettere il fantasma da scansionare in varie scanner animali. Il fantoccio contiene cinque tumore-simulando oggetti di prova (diametro: 14, 10, 7, 4 e 2 mm) posti ad una profondità di 10 mm all'interno del fantoccio.

2. Muffa del silicone Costruzione

Stampi in silicone sono pronti a lanciare i campioni uno tumore-simulazione come descritto in questa sezione ^7. Tutte le piastre acriliche e tiranti necessari per la preparazione degli stampi in silicone sono tagliati con una precisione di 25 micron nel negozio macchina presso l'Università del Texas Health Science Center a San Antonio (UTHSCSA).

1. Fare cinque fori (diametro: 14, 10, 7, 4, 2 mm) per gli oggetti di prova e altri cinque fori (diametro: 6 mm) per aste di allineamento a due base acrilicapiastre (dimensioni: 4,2 centimetri x 11,5 centimetri x 0,9 centimetri) (Figura 2).
2. Tagliare le coppie distanziali con un'altezza di 7, 5, 3,5, 2 e di 1 mm (dimensioni: 1,0 centimetri x 5,5 cm) (Figura 2 B).
3. Preparare sfere di acciaio (diametro: 14, 10, 7, 4 e 2 mm, precisione: 2,5 micron).
4. Inserire due coppie distanziali con un'altezza di 7 mm e una piastra di base su una lastra acrilica sottile in sequenza e serrarle con C-morsetti (Fig. 2 C).
5. Inserire la sfera d'acciaio con diametro di 14 mm in 14 millimetri foro della piastra di base e la colla utilizzando JB KWIK (Figura 2 C). Ripetere le procedure per il resto delle sfere (Figura 2 D) e per l'altra piastra di base. Si noti che le sfere d'acciaio in due piastre di base sono incollati come immagini speculari ^7.
6. Collegare quattro piastre 2,5 cm di altezza acrilico (dimensioni: 2,5 centimetri x 11,5 centimetri per due piatti e di 2,5 cm × 4,2 centimetri per altri due piatti) su ogni base con nastro adesivo come recinzioni ( ong> Figura 3 A).
7. Fissare la piastra superiore (Dimensione: 4.2 cm × 11,5 centimetri, cinque fori con 0,8 cm di diametro, dieci fori con 1,2 cm di diametro) in uno degli assiemi piastre di base per l'inserimento di cinque barre acriliche (diametro: 0,8 cm e lunghezza: 0.5 cm) con punte 1 mm, e di inserire cinque aste di allineamento (diametro: 0,9 cm e lunghezza: 5,0 cm) e versare silicone (Figura 3).
8. Inserire le barre acriliche nei fori 0,8 centimetri nella piastra superiore tutto il senso alla parte superiore delle sfere d'acciaio e colla loro con colla siliconica. Quindi inserire aste di allineamento nei fori nella piastra di base attraverso i fori più grandi della piastra superiore (Figura 3).
9. Miscelare la parte A del composto di gomma siliconica con parte B nel rapporto di 10 a 1 in peso.
10. Versare il composto di gomma di silicone nell'assieme e asciugare il montaggio a temperatura ambiente per circa 24 ore (Figura 3 B).

3. Assemblea Rotator

t "> Il rotatore è preparato da tubo in PVC e un motorino girarrosto.

1. Macinare la fine di un bullone per adattarsi al foro di un motore girarrosto.
2. Avvitare il bullone di terra alla fine del tubo in PVC (lunghezza: 270 mm e diametro interno: 75 mm) utilizzando un dado e una rondella.
3. Piegare lastre di metallo e colla su un piatto di plastica usando JB KWIK per supportare il tubo in PVC e di regolare l'altezza del tubo di PVC ^7.

4. TM Preparazione del materiale

I protocolli per la preparazione dei materiali TM vengono modificate da quelle sviluppate nel laboratorio del Dott. Ernest L. Madsen presso l'Università del Wisconsin a Madison e ulteriori dettagli sono in Lee et al. ^8,11.

4.1 Contesto TM preparazione del materiale

1. Passare latte intero commerciale (200 cc) attraverso 20 micron e poi 10 filtri a rete micron.
2. Sciogliere Thimerosal (0,2 g) nel latte filtrato (100 cc).
3. Utilizzando vuoto casa, degas questa soluzione latte per 30 sec a temperatura ambiente.
4. Sciogliere secco agarosio (2 g) in acqua deionizzata (18 MW) (100 cc) a temperatura ambiente.
5. Quindi aggiungere 1-propanolo (7,9 cc) e BaSO ₄ (1 g) alla soluzione di agarosio.
6. Degassare la soluzione di agarosio e riscaldare in un 95 ° C bagnomaria finché la soluzione di agarosio cancella.
7. Mentre la soluzione di agarosio elimina nel 95 ° C bagnomaria, riscaldare il latte condensato in 55 ° C in bagno d'acqua.
8. Spostare la soluzione agarosio fuso a 55 ° C bagno d'acqua per raffreddare.
9. Una volta che entrambe le soluzioni sono a 55 ° C, miscela di soluzione di agarosio (50 cc) con latte condensato (50 cc) per rendere il rapporto di 50 a 50 in volume e mescolare lentamente la miscela seguito dalla rimozione bolle d'aria dalla superficie.
10. Quindi aggiungere EDTA (0,103 g) e CuCl ₂ · 2H ₂ O (0,06 g) alla miscela latte-agarosio seguita da agitazione sufficienti a garantire omogeneità.
11. Infine, aggiungere perle di vetro (15- 60 micron di diametro, diametro medio: 35 micron) (0,1 g) e mescolare ripetutamente la miscela finale. Prima dell'uso, bagnare le perline di vetro in acido nitrico concentrato per 24 ore per rimuovere eventuali impurità e risciacquare l'acido.

4.2 Test di preparazione del materiale oggetto TM

L'oggetto di prova materiale TM viene preparato in una maniera simile come il materiale di fondo TM tranne per le seguenti differenze di composizione:

1. Passare latte intero commerciale (20 cc) attraverso 20 micron e poi 10 filtri a rete micron.
2. Sciogliere Thimerosal (0,02 g) nel latte filtrato (10 cc).
3. Sciogliere secco agarosio (0,60 g) in una soluzione a temperatura ambiente di acqua deionizzata (10 cc) e 1-propanolo (0,79 cc).
4. Degassare la soluzione di agarosio e riscaldare in un 95 ° C bagnomaria finché la soluzione di agarosio cancella.
5. Mentre la soluzione di agarosio elimina nel 95 ° C bagnomaria, riscaldare il latte condensato in 55 ° C in bagno d'acqua.
6. Spostare la soluzione di agarosio fuso a 55 ° C bagnomaria.
7. Una volta che entrambe le soluzioni sono a 55 ° C, miscelare la soluzione di agarosio (5 cc) con latte condensato (5 cc) e mescolare lentamente la miscela seguito dalla rimozione bolle d'aria dalla superficie.
8. Quindi aggiungere EDTA (0,0017 g) e CuCl ₂ · 2H ₂ O (0,0010 g) alla agarosio-latte seguito da agitazione sufficienti.

5. Multimodalità Phantom Assemblea

Utilizzando gli stampi in silicone, le seguenti operazioni sono realizzate per costruire il fantasma multimodalità.

1. Sullo stampo in silicone senza fori 1 mm, collegare filo di nylon lungo il centro delle sfere e la colla su entrambe le estremità dello stampo con colla siliconica (Figura 4 A).
2. Utilizzando una spazzola morbida, applicare grasso al silicone sulla superficie di due stampi (Figura 4 A) ed assemblare due stampi con aste di allineamento.
3. Preparare prova oggetto materiale TM come descritto nella sezione4.2 e versarlo attraverso 1 mm fori dello stampo in silicone con un ago da 22 gauge di una siringa.
4. Per consentire i campioni uno per impostare, memorizzare gli stampi in frigorifero (5 ° C) per circa 30 min.
5. In ciascun lato di un contenitore semicilindrico (lunghezza: 115 mm e diametro: 38 mm), fare due fori di 1 mm e una profondità di 10 mm dalla superficie fantasma per montare filo di nylon con oggetti di test. Fare un ulteriore foro di 6 mm di versare sfondo materiale TM.
6. Scaricare gli oggetti di prova con filo di nylon dagli stampi (figura 4 B) e poi montare nel contenitore semicilindrico (Figura 4 C).
7. Utilizzando 3M Scotch-Weld DP-100 e 3M nastro adesivo, aderiscono sottile di alluminio non conduttore (spessore 0.12 mm) sul contenitore acrilico. Bloccare i fori di 1 mm contenitore acrilico usando lo stesso collante (Figura 4 C).
8. Preparare materiale di fondo TM velocemente e versare lentamente nel foro di 6 mm del contenitoreutilizzando un piccolo imbuto di plastica.
9. Dopo la rimozione di eventuali bolle d'aria, colla il foro da 6 mm, utilizzando 3M Scotch-Weld DP-100.
10. Una volta assemblato, ruotare il fantasma a 2 giri del rotatore per 4 a 5 ore a temperatura ambiente.
11. Rimuovere il filo di nylon dopo i materiali TM del fantasma indurisce completamente.

6. Multimodalità Imaging

Il fantoccio viene scansionato in ecografia preclinica, TC e RM e le immagini in tre modalità sono acquistati. I protocolli di imaging sono descritti in dettaglio in Lee et al. ^{7, 8.}

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Risultati

Figura 3 B e la Figura 5 mostra due stampi in silicone per il cast di oggetti di prova, e la multimodalità phantom, rispettivamente. La lunghezza x larghezza x profondità di ogni stampo è di 109 mm x 37 millimetri × 21 mm e due stampi sono identiche immagini speculari. Uno stampo dispone di 1 mm fori in cui il materiale TM può essere inserito utilizzando un ago sottile. Ogni stampo ha un ulteriore cinque fori per aste di allineamento. La lunghezza x larghezza x profondità del fant...

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Discussione

L'obiettivo di questo articolo era quello di fornire i metodi per la preparazione di materiali di TM per imaging multimodale e la costruzione di una multimodalità fantasma preclinico come strumento di QA per la misurazione precisa dimensione del tumore con diverse modalità in più istituzioni. Come accennato in precedenza, i materiali TM sono stati originariamente sviluppati dal laboratorio del Dr. Ernest L. Madsen presso l'Università del Wisconsin a Madison per una modalità di imaging multi-prostata fantasm...

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Materiali

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