Method Article
Görüntü için bir yöntem Ex vivo Pulmoner rezeksiyon optik frekans alanı görüntüleme (doğrudan dış yatırım) ile örnekler ve histoloji için kesin bir korelasyon elde pulmoner patolojisi için belirli doğrudan dış yatırım yorumlama kriterleri geliştirmek için gerekli olan anlatılmaktadır. Bu yöntem, doğru görüntü yorumlama ve değerlendirme için histoloji korelasyon için hassas görüntüleme elde etmek için diğer doku türleri ve görüntüleme teknikleri uygulanabilir. Bu teknik ile kurulan Görüntüleme kriterleri ardından gelecek görüntü değerlendirmesi için geçerli olacaktır In vivo Çalışmalar.
Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths1. Squamous cell and small cell cancers typically arise in association with the conducting airways, whereas adenocarcinomas are typically more peripheral in location. Lung malignancy detection early in the disease process may be difficult due to several limitations: radiological resolution, bronchoscopic limitations in evaluating tissue underlying the airway mucosa and identifying early pathologic changes, and small sample size and/or incomplete sampling in histology biopsies. High resolution imaging modalities, such as optical frequency domain imaging (OFDI), provide non-destructive, large area 3-dimensional views of tissue microstructure to depths approaching 2 mm in real time (Figure 1)2-6. OFDI has been utilized in a variety of applications, including evaluation of coronary artery atherosclerosis6,7 and esophageal intestinal metaplasia and dysplasia6,8-10.
Bronchoscopic OCT/OFDI has been demonstrated as a safe in vivo imaging tool for evaluating the pulmonary airways11-23 (Animation). OCT has been assessed in pulmonary airways16,23 and parenchyma17,22 of animal models and in vivo human airway14,15. OCT imaging of normal airway has demonstrated visualization of airway layering and alveolar attachments, and evaluation of dysplastic lesions has been found useful in distinguishing grades of dysplasia in the bronchial mucosa11,12,20,21. OFDI imaging of bronchial mucosa has been demonstrated in a short bronchial segment (0.8 cm)18. Additionally, volumetric OFDI spanning multiple airway generations in swine and human pulmonary airways in vivo has been described19. Endobronchial OCT/OFDI is typically performed using thin, flexible catheters, which are compatible with standard bronchoscopic access ports. Additionally, OCT and OFDI needle-based probes have recently been developed, which may be used to image regions of the lung beyond the airway wall or pleural surface17.
While OCT/OFDI has been utilized and demonstrated as feasible for in vivo pulmonary imaging, no studies with precisely matched one-to-one OFDI:histology have been performed. Therefore, specific imaging criteria for various pulmonary pathologies have yet to be developed. Histopathological counterparts obtained in vivo consist of only small biopsy fragments, which are difficult to correlate with large OFDI datasets. Additionally, they do not provide the comprehensive histology needed for registration with large volume OFDI. As a result, specific imaging features of pulmonary pathology cannot be developed in the in vivo setting. Precisely matched, one-to-one OFDI and histology correlation is vital to accurately evaluate features seen in OFDI against histology as a gold standard in order to derive specific image interpretation criteria for pulmonary neoplasms and other pulmonary pathologies. Once specific imaging criteria have been developed and validated ex vivo with matched one-to-one histology, the criteria may then be applied to in vivo imaging studies. Here, we present a method for precise, one to one correlation between high resolution optical imaging and histology in ex vivo lung resection specimens. Throughout this manuscript, we describe the techniques used to match OFDI images to histology. However, this method is not specific to OFDI and can be used to obtain histology-registered images for any optical imaging technique. We performed airway centered OFDI with a specialized custom built bronchoscopic 2.4 French (0.8 mm diameter) catheter. Tissue samples were marked with tissue dye, visible in both OFDI and histology. Careful orientation procedures were used to precisely correlate imaging and histological sampling locations. The techniques outlined in this manuscript were used to conduct the first demonstration of volumetric OFDI with precise correlation to tissue-based diagnosis for evaluating pulmonary pathology24. This straightforward, effective technique may be extended to other tissue types to provide precise imaging to histology correlation needed to determine fine imaging features of both normal and diseased tissues.
1. Görüntüleme Sistemi
Doğrudan dış yatırım ve teknik detayları önceden 4-6 tarif edilmiştir. Çevresel doğrudan dış yatırım saniyede ve dairesel kesit görüntü başına 512 ve 2.048 eksenel derinlik profilleri arasında 25 ve 100 kare arasında görüntüleme hızlarda yapılmıştır. Bu çalışmada kullanılan özel 2.4 Fr (0,8 mm çaplı) Helisel tarama kateter standart Bronkoskoplar bir erişim noktası ile birlikte çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Kateterler bronş duvarı ve tek kullanımlık bir dış kılıf üzerine ışık odaklanmak bir iç optik çekirdek oluşuyordu. İç çekirdek 25 ila 100 Hz ve 1.25 ile 5 mm / sn bir hızda geri çekilme çevrilen arasında bir hızla döndürülür iken, kateter gövdesi görüntüleme sırasında sabit kalmıştır. Sistemin aksiyal çözünürlük doku 6 mm, ve 7.3 mm 4-6 arasında değişen bir görüntü derinliği sağladı. Kateter doğrudan dış yatırım vivo bronkoskopi doğrudan dış yatırım (Fi da çoğaltmak için bu çalışma gerçekleştirildiŞayet 1). Bununla birlikte, bu protokol, aynı zamanda, bir tezgah üstü optik sistem (Şekil 3 ve 4) ile görüntüleme için uygulanabilir.
2. Set-up Görüntüleme Sistemi
3. Doku Hazırlama
4. Markalama Doku
5. Görüntüleme Doku
6. Doku Toplama ve İşleme
7. Görüntü İşleme
Görüntüler hem mürekkep işaretleri tek bir kesitsel görüntüde görünür olan bir masa-üstü tarayıcı veya diğer tarama tekniği ile elde edilmiştir, o görüntüyü doğrudan ilgili histoloji ile korele edilebilir. Hacimsel veri setlerini bir sarmal tarama kateter ile elde olsaydı, görüntüleri yeniden enterpole yüzden tek bir 2D görüntü histoloji ile korelasyonu için hem mürekkep işaretleri bisects bu olması gerekir. Bu ImageJ veya diğer görüntü işleme yazılımı kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bazı durumlarda, mürekkep bitişik kesitler / slaytlar muayene edilmelidir ki bu durumda kolayca görülebilir olabilir.
Siyah mürekkep işaretleri 1 arasında olmalıdır - 1.5 cm aralıklı ilgi görüntüleme bölgeyi belirtmek için. Yeşil mürekkep işareti yönlendirmek örnek (Şekil 2 ve Şekil 3a) için ilk siyah mürekkep işareti önce, görüntü tarama başında yer almalıdır. Doku mürekkep işaretleri doğrudan dış yatırım görüntüleme ve histoloji (Şekil 3 ve 4) hem de görünür olmalıdır. Normal domuz (Şekil 3) ve insan hava yolu (Şekil 4), tipik havayolu katman görünür olmalıdır. Epitel (E), ince olarak görülebilir, orta havayolu luminal yönü, yoğun, homojen bir tabaka sinyal. Lamina propria gibi elastin ve kolajen (EL) dahil sinyal yoğun bağ dokuları olarak lamina propria (LP) çeşitli bileşenlerine karşılık gelen sinyal zayıf doku ve sinyal zayıf tükürük tipi glandüler dokuda sinyal-yoğun organize (G oluşur ). Göğüs hastalıkları hekimlerinin çaprazlayan arada görebilir sinyali zayıf kanalları (D) vardırratory epitel bronşiyal lümen ile bağlanmak için. Düz kas süreksiz, serpiştirilmiş düz kas liflerinin olarak görüntülenir ve böylece doğrudan dış yatırım olarak tanımlanabilir değildir. H & E ve trikrom lekeleri üzerinde, havayolu katmanlama yüzeysel yoğun elastik ve kollajen dokularda derin mavi ve altta yatan düz kas görünür üzerine trikrom nerede, (Şekil 3c, 3d, 3f, 3g, 4b, 4c, 4e ve 4f) görüntülenebilmektedir lekeleri kırmızı (SM). Kıkırdak halkalar (C) domuz havayolu örtüşen ve insan havayolunda örtüşmeyen sınırları çok iyi tanımlanmış, sinyal zayıf hilal şeklinde yapılar olarak görünür. Kıkırdak halkalar çevreleyen perikondriuma sinyal zayıf kıkırdak halkalar kapsayan sinyal yoğun doku ince bir tabaka olarak görünür. In periferik İnsan solunum (Şekil 4g ve 4h), alveoler ekleri (A) sinyal void alveoller ince, sinyal yoğun kafes benzeri alveoler duvarlar gibi görünür. Lamina propria içinde Vasküler alanlarda v olanHafif yatan gölgeleme artefaktı (oklar) ile sinyal void doğrusal veya dairesel yapılar olarak isible.
Şekil 1. Domuz havayolu doğrudan dış yatırım. Mekanik ventilasyon altında bir domuz havayolu elde vivo görüntülerde. Proksimal havayolu (a) ODFI enine kesitini göstermektedir. Distal havayolu (b) doğrudan dış yatırım enine kesitini göstermektedir. Proksimal hava yolu (c) ODFI boyuna kesit, vurgulanan kırmızı bölgede paneli e yüksek büyütme görüntü. Distal havayolu (d) doğrudan dış yatırım uzunlamasına kesit, yeşil vurgulanan bölge içinde daha yüksek paneli e büyütme görüntüsü. Proksimalden distal hava yolu (e) ODFI boyuna kesit (soldan sağa). Kateter çapı 0.8 mm ve onay işaretleri 0,5 mm'lik artışlarla temsil eder. Havayolu duvar ve alveolar bağların farklı katmanları doğrudan dış yatırım görüntüleri fark edilebilir olsa da, kesin anatomik eş yorumlamak güçtürdoğrudan kayıtlı histoloji olmaksızın doğrudan dış yatırım sinyallerin rrelate. E: epitel, lp: lamina propria, sm: submukoza, c: kıkırdak, a: alveoler ekleri.
Şekil 2. Domuz solunum yolu işaretleme Doku. (A) 1.5 cm aralıklı havayolu uzunlamasına yönü, paralel yerleştirilen luminal yüzeye iki siyah mürekkep işaretleri ile hava yolu açıldı. (B) İki siyah mürekkep üzerine yerleştirilen doğrudan dış yatırım kateter doğrudan dış yatırım geri çekilme içinde hem işaretleri eklemek için işaretler. Yönlendirmek için ek yeşil mürekkep işareti numune üzerinde görüntüleme tarama başlangıcı ile (c) Havayolu.
Şekil 3,. Domuz solunum yolunun doğrudan dış yatırım ve histoloji hassas kor gösterenmarkalama dokusu kullanılarak ilişki. (a) havayolu çevresel yönü paralel yerleştirilen luminal yüzeye iki siyah mürekkep işaretleri ile hava yolu açıldı. Pimler daha fazla hava yolu (oklar) açmak için kullanılır. Ve (d) bağıntılı trikrom leke: (b) Her iki mürekkep ile domuz havayolu doğrudan dış yatırım H & E ile (c) tam korelasyon histoloji lekeli (siyah mürekkep solunum epiteli üzerinde görünür işaretler yıldızlarla) ile (yıldız) görünür işaretler. Ölçek çubuğu: 2 mm. (F) ilgili histoloji H & E ile boyandı ve (g) bağıntılı trikrom boyası ile doğrudan dış yatırım görüntü (e) Yüksek büyütme. E: solunum epiteli, EL: yoğun kollajen ve elastik doku, SM: düz kas, C: kıkırdak halkalar (histolojik artifakı kıkırdak halkalar yapay ayırma sonuçlandı), G: tükürük bezi dokusu, D: salya kanalı epitel giriyor. Ölçek çubuğu: 250 mikron. büyük bir rakam görmek için buraya tıklayın .
Şekil 4. Markalama doku kullanılarak kesin korelasyon gösteren insan solunum yolunun doğrudan dış yatırım ve histolojisi. (A) Her iki mürekkep ile insan proksimal havayolu doğrudan dış yatırım (yıldız) görünür işaretler. Siyah mürekkep ile H & E ile (b) Kesinlikle korelasyon histoloji lekeli solunum epitel (yıldız) görünür işaretler ve (c) bağıntılı trikrom leke. Ölçek çubuğu: 2 mm. (D) doğrudan dış yatırım görüntünün yüksek büyütme ve (e) ilgili histoloji H & E ve (f) trikrom ile boyandı. Ölçek çubuğu: 250 mikron. E: solunum epiteli, LP: lamina propria, G: tükürük bezi dokusu, C: kıkırdak halkalar, PC: perikondriuma. İnsan solunum, tipik katman görünür. Gevşek bağ dokusu içinde, (SM, paneller c ve f) kırmızı boyama düz kas fasikül var serpiştirilmiştir, Bir sürekli şerit oluşturmak değildir ve bu nedenle doğrudan dış yatırım ayrı bir katman olarak görünür değildir bileşimlerden meydana gelir. (G) İnsan distal havayolu ve solunum epitel (yıldız) görünen siyah mürekkep işaretleri ile (h) tam korelasyon H & E histoloji doğrudan dış yatırım. Ölçek çubuğu: 2 mm. Alveoler ekleri (A) sinyal void alveoller ile sinyal yoğun kafes benzeri alveoler duvarlar gibi görünür. Lamina propria içinde Vasküler boşluklar ayrıca altta yatan hafif gölgelendirme (oklar) ile sinyal void yapılar olarak görülür.
Erken akciğer kanserlerinin Değerlendirilmesi derece belirtilerinin olmaması ve radyolojik veya bronkoskopik erken neoplastik değişiklikleri görmenizi yetersizliği nedeniyle zor olabilir. Doğrudan dış yatırım histolojik çözünürlük, geniş bir alanda gerçek zamanlı 2-6 doku mikro 3 boyutlu görünümleri yakınındaki sağlar. Endobronşiyal doğrudan dış yatırım akciğer solunum yollarının 11-13 (Animasyon) içinde uzun hava yolu bölümleri boyunca yüksek çözünürlüklü volumetrik gerçekleştirmede elde etmek için kullanılabilecek bir teknik güvenli olarak hastalar olarak gösterilmiştir. Bununla birlikte, sadece küçük akciğer biyopsisi patoloji için görüntüleme kriterleri geliştirilmesi için doğrudan dış yatırım için yeterli korele vermeyen in vivo ortamda, en histopatolojik karşıtları olarak elde edilir. Doğru pulmoner görüntüleme görülen doğrudan dış yatırım özelliklerini değerlendirmek amacıyla, histoloji korelasyonları harfiyen görüntü elde etmek esastır. Biz o kadar kesin için bir basit ve etkili bir yöntem mevcutdoğrudan dış yatırım ve histoloji arasındaki ne ilişki neredeyse her ex-vivo doku tipine uygulanabilir ex vivo akciğer rezeksiyonu numunelerin hava yolu görüntüleme için uygulanan. Görüntüleme kriterlerine uyan tek-bir histoloji ile ex vivo olarak kurulduktan sonra, bu kriterler daha sonra in vivo görüntüleme uygulanabilir.
Ilgi görüntüleme bölgeyi işaretlemek için kullanılan doku boya doğrudan dış yatırım ve histoloji hem de açıkça görülebilir. Yönlendirmek için basit teknikler kullanarak doku, mürekkep işaretleri doğrudan dış yatırım özellikleri ve histolojik bulgular birine karşılaştırmalar doku patoloji tanımlanabilir görüntüleme özelliklerini belirlemek için izin görüntüleme ve histoloji hem de korele olabilir. Tekniği böylece birçok optik görüntüleme uygulamalarında kullanışlı hale, ucuz ve pratik.
In vivo ortamda olarak, bu tür laser gibi yöntemlerle doku yönlendirme için 25 kullanılabilir. Bununla birlikte, tO bronşiyal biyopsi küçük boyutu halen pulmoner patoloji için özel görüntüleme kriterleri geliştirmek için in vivo çalışmalar kullanarak bir sınırlayıcı faktördür. Ex vivo çalışmalar in vivo görüntüleme için yeterli bir alternatif olarak hizmet rağmen, bazı sınırlamalar vardır. Ex vivo akciğer örnekleri Şişirilmemiş ve genellikle normaldir Alveoler yapıların görünümünü değiştiren cerrahi bağlı atelektazi, sergiler. Çoğu cerrahi akciğer örnekleri sırasında plevra yüzeyine numune enflasyon müdahale bozulduğu patolojik frozen değerlendirildikten sonra alınır gibi histolojik korelasyon için işaretleme dokusu cerrahi olarak rezeke akciğer dokusunda Şişirme teknik olarak çok zordur. Non-patolojik atelektazi vivo ortamda görülen bir obje değildir, dolayısıyla bu sınırlama vivo akciğer görüntüleme için uygun olmaz. Ayrıca, ex vivo örneklerinde damar içinde kan eksikliği distingu zor yapabilirdinizDiğer sinyal void yapılardan vasküler yapılar ish. In vivo ortamda, yapısal OCT / doğrudan dış yatırım Doppler OCT / doğrudan dış yatırım 26-28 ve buna ek olarak damar kimliği yardımcı olur.
Onlar mevcut ex vivo değil nerede Hareket eserler in vivo görülebilir. Bu yavaş toplama oranları ile standart OCT sistemleri potansiyel olarak sorunlu olabilir. Bununla birlikte, doğrudan dış yatırım sistemlerinin hızlı çerçeve hızları şu anda> 200 kare 29-31 bulunmaktadır. Böylece, hareket artefaktı önemli bir sorun olacağı beklenmemektedir. Vivo OCT ve doğrudan dış yatırım görüntüleme çalışmalarında Önceki ince görüntüleme özellikleri 14,15,18,19 başarılı görselleştirme göstermiştir.
Bu çalışmada pulmoner patolojisi değerlendirmek için doku tabanlı tanı kesin korelasyon ile hacimsel doğrudan dış yatırım göstermiştir. Anlatılan prosedür altın standa olarak kullanılmak üzere harfiyen histoloji sağlamak için tasarlanmıştırdoğrudan dış yatırım görüntü yorumlama için rd.
Pulmoner patoloji kez özel görüntüleme kriterleri geliştirilmiş ve uyumlu biri-bir histoloji ile ex vivo olarak doğrulanmıştır, kriterleri ardından görüntüleme bir altın standart değerlendirmenin bir bronş biyopsisi kullanımı ile in vivo görüntüleme çalışmaları izleyen uygulanabilir özellikler görülür. Bu teknik, akciğer rezeksiyonu numuneler için bir uygulama olarak gösterilmektedir, ancak normal hem de patolojik doku ince görüntüleme özelliklerini belirlemek için gereklidir histoloji ilişki için kesin görüntüleme sağlamak için hemen hemen herhangi bir doku tipine uygulanabilir.
Bu makalenin Üretim ve Serbest Giriş NinePoint Medikal A.Ş. tarafından desteklenmektedir
Yazarlar bu çalışmada onların çok değerli yardımları için Sayın Sven Tutucu ve Bay Stephen Conley teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma Heath [Hibe numarası R00CA134920] Ulusal Enstitüsü tarafından finanse ve Amerikan Akciğer Derneği [Hibe numarası RG-194681-N]. Edildi NinePoint Medikal A.Ş. bu el yazması ile ilgili yayın masrafları sponsor.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reaktif Adı | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar (isteğe bağlı) |
Doku işaretleme boyası | Üçgen Biyomedikal | TMD-BK, TMD-G |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır