Name: terahertz imaging and characterization protocol for freshly excised breast cancer tumors
Uploaded: 2020-04-05T13:00:00
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Diese Arbeit wurde durch den National Institutes of Health (NIH) Award R15CA208798 und teilweise durch den National Science Foundation (NSF) Award Nr. 1408007 finanziert. Die Finanzierung des gepulsten THz-Systems erfolgte durch den NSF/MRI Award Nr. 1228958. Wir erkennen die Verwendung von Geweben an, die vom National Disease Research Interchange (NDRI) mit Unterstützung des NIH-Zuschusses U42OD11158 beschafft wurden. Wir würdigen auch die Zusammenarbeit mit dem Oklahoma Animal Disease Diagnostic Laboratory an der Oklahoma State University für die Durchführung des histopathologischen Verfahrens an allen in dieser Arbeit behandelten Geweben.

Dieses Protokoll erfüllt alle Anforderungen der Abteilung für Umweltgesundheit und -sicherheit an der Universität Arkansas.
1. Einrichten des Gewebebehandlungsbereichs
<ol><li>Nehmen Sie ein Edelstahl-Metallfach und bedecken Sie es mit dem Biohazard-Beutel, wie in Abbildung 1dargestellt. Jede Handhabung der biologischen Gewebe wird innerhalb des Traybereichs (d. h. des Gewebebehandlungsbereichs) durchgeführt.</li>
	<li>Bereiten Sie Labor-Pinzetten, Gewebetü...

<ol>
	<li>Burford, N. M., El-Shenawee, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+terahertz+photoconductive+antenna+technology.">Review of terahertz photoconductive antenna technology.</a> Optical Engineering. 56 (1), 010901 (2017).</li><li>Sun, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+terahertz+technology+for+biomedical+applications.">Recent advances in terahertz technology for biomedical applications.</a> Quantitative Imaging in Medicine and Surgery. 7 (3), 345-355 (2017).</li><li>Wilmink, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+investigation+of+the+biological+effects+associated+with+human+dermal+fibroblasts+exposed+to+2.52+THz+radiation.">In vitro investigation of the biological effects associated with human dermal fibroblasts exposed to 2.52 THz radiation.</a> Lasers in Surgery and Medicine. 43 (2), 152-163 (2011).</li><li>Arbab, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+spectroscopy+for+the+assessment+of+burn+injuries+in+vivo.">Terahertz spectroscopy for the assessment of burn injuries in vivo.</a> Journal of Biomedical Optics. 18 (7), 077004 (2013).</li><li>Sy, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+spectroscopy+of+liver+cirrhosis:+investigating+the+origin+of+contrast.">Terahertz spectroscopy of liver cirrhosis: investigating the origin of contrast.</a> Physics in Medicine and Biology. 55 (24), 7587-7596 (2010).</li><li>Yu, C., Fan, S., Sun, Y., Pickwell-Macpherson, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+potential+of+terahertz+imaging+for+cancer+diagnosis:+A+review+of+investigations+to+date.">The potential of terahertz imaging for cancer diagnosis: A review of investigations to date.</a> Quantitative Imaging in Medicine and Surgery. 2 (1), 33-45 (2012).</li><li>El-Shenawee, M., Vohra, N., Bowman, T., Bailey, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cancer+detection+in+excised+breast+tumors+using+terahertz+imaging+and+spectroscopy.">Cancer detection in excised breast tumors using terahertz imaging and spectroscopy.</a> Biomedical Spectroscopy and Imaging. 8 (1-2), 1-9 (2019).</li><li>Yamaguchi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+tumor+imaging+of+rat+fresh+tissue+using+terahertz+spectroscopy.">Brain tumor imaging of rat fresh tissue using terahertz spectroscopy.</a> Scientific Reports. 6 (30124), 1-6 (2016).</li><li>Rong, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+in-line+digital+holography+of+human+hepatocellular+carcinoma+tissue.">Terahertz in-line digital holography of human hepatocellular carcinoma tissue.</a> Scientific Reports. 5 (8445), 1-6 (2015).</li><li>Park, J. Y., Choi, H. J., Nam, G., Cho, K., Son, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Vivo+Dual-Modality+Terahertz+/+Magnetic+Resonance+Imaging+Using+Superparamagnetic+Iron+Oxide+Nanoparticles+as+a+Dual+Contrast+Agent.">In Vivo Dual-Modality Terahertz / Magnetic Resonance Imaging Using Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles as a Dual Contrast Agent.</a> IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2 (1), 93-98 (2012).</li><li>Ji, Y. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Feasibility+of+terahertz+reflectometry+for+discrimination+of+human+early+gastric+cancers.">Feasibility of terahertz reflectometry for discrimination of human early gastric cancers.</a> Biomedical Optics Express. 6 (4), 1413-1421 (2015).</li><li>Bowman, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Phantom+Study+of+Terahertz+Spectroscopy+and+Imaging+of+Micro-+and+Nano-diamonds+and+Nano-onions+as+Contrast+Agents+for+Breast+Cancer.">A Phantom Study of Terahertz Spectroscopy and Imaging of Micro- and Nano-diamonds and Nano-onions as Contrast Agents for Breast Cancer.</a> Biomedical Physics and Engineering Express. 3 (5), 055001 (2017).</li><li>Chavez, T., Bowman, T., Wu, J., Bailey, K., El-Shenawee, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+Terahertz+Imaging+for+Excised+Breast+Cancer+Tumors+with+Image+Morphing.">Assessment of Terahertz Imaging for Excised Breast Cancer Tumors with Image Morphing.</a> Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 39 (12), 1283-1302 (2018).</li><li>Bowman, T. C., El-Shenawee, M., Campbell, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+Imaging+of+Excised+Breast+Tumor+Tissue+on+Paraffin+Sections.">Terahertz Imaging of Excised Breast Tumor Tissue on Paraffin Sections.</a> IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 63 (5), 2088-2097 (2015).</li><li>Bowman, T., El-Shenawee, M., Campbell, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+transmission+vs+reflection+imaging+and+model-based+characterization+for+excised+breast+carcinomas.">Terahertz transmission vs reflection imaging and model-based characterization for excised breast carcinomas.</a> Biomedical Optics Express. 7 (9), 3756-3783 (2016).</li><li>Bowman, T., Wu, Y., Gauch, J., Campbell, L. K., El-Shenawee, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+Imaging+of+Three-Dimensional+Dehydrated+Breast+Cancer+Tumors.">Terahertz Imaging of Three-Dimensional Dehydrated Breast Cancer Tumors.</a> Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 38 (6), 766-786 (2017).</li><li>Bowman, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+terahertz+imaging+of+breast+cancer+in+freshly+excised+murine+tumors.">Pulsed terahertz imaging of breast cancer in freshly excised murine tumors.</a> Journal of Biomedical Optics. 23 (2), 026004 (2018).</li><li>Bowman, T., Vohra, N., Bailey, K., El-Shenawee, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+tomographic+imaging+of+freshly+excised+human+breast+tissues.">Terahertz tomographic imaging of freshly excised human breast tissues.</a> Journal of Medical Imaging. 6 (2), 023501 (2019).</li><li>Vohra, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+Terahertz+Reflection+Imaging+of+Tumors+in+a+Spontaneous+Model+of+Breast+Cancer.">Pulsed Terahertz Reflection Imaging of Tumors in a Spontaneous Model of Breast Cancer.</a> Biomedical Physics and Engineering Express. 4 (6), 065025 (2018).</li><li>Jacobs, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positive+margins:+the+challenge+continues+for+breast+surgeons.">Positive margins: the challenge continues for breast surgeons.</a> Annals of Surgical Oncology. 15 (5), 1271-1272 (2008).</li><li>Moran, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Society+of+Surgical+Oncology--American+Society+for+Radiation+Oncology+Consensus+Guideline+on+Margins+for+Breast-Conserving+Surgery+With+Whole-Breast+Irradiation+in+Stages+I+and+II+Invasive+Breast+Cancer.">Society of Surgical Oncology--American Society for Radiation Oncology Consensus Guideline on Margins for Breast-Conserving Surgery With Whole-Breast Irradiation in Stages I and II Invasive Breast Cancer.</a> International Journal of Radiation Oncology. 88 (3), 553-564 (2014).</li><li>Fitzgerald, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+Pulsed+Imaging+of+human+breast+tumors.">Terahertz Pulsed Imaging of human breast tumors.</a> Radiology. 239 (2), 533-540 (2006).</li><li>Ashworth, P. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+pulsed+spectroscopy+of+freshly+excised+human+breast+cancer.">Terahertz pulsed spectroscopy of freshly excised human breast cancer.</a> Optics Express. 17 (15), 12444-12454 (2009).</li><li>Doradla, P., Alavi, K., Joseph, C., Giles, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+colon+cancer+by+continuous-wave+terahertz+polarization+imaging+technique.">Detection of colon cancer by continuous-wave terahertz polarization imaging technique.</a> Journal of Biomedical Optics. 18 (9), 090504 (2013).</li><li>Reid, C. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+pulsed+imaging+of+freshly+excised+human+colonic+tissues.">Terahertz pulsed imaging of freshly excised human colonic tissues.</a> Physics in Medicine and Biology. 56 (1), 4333-4353 (2011).</li><li>. Teraview.com Available from: <a target="_blank" href="https://teraview.com">https://teraview.com</a> (2019)</li><li>Orosco, R. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positive+Surgical+Margins+in+the+10+Most+Common+Solid+Cancers.">Positive Surgical Margins in the 10 Most Common Solid Cancers.</a> Scientific Reports. 8 (1), 1-9 (2018).</li><li>Bowman, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+signal+processing+for+quantitative+assessment+of+pulsed+terahertz+imaging+of+human+breast+tumors.">Statistical signal processing for quantitative assessment of pulsed terahertz imaging of human breast tumors.</a> 2017 42nd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). , 1-2 (2017).</li><li>Gavdush, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Terahertz+spectroscopy+of+gelatin-embedded+human+brain+gliomas+of+different+grades:+a+road+toward+intraoperative+THz+diagnosis.">Terahertz spectroscopy of gelatin-embedded human brain gliomas of different grades: a road toward intraoperative THz diagnosis.</a> Journal of Biomedical Optics. 24 (2), 027001 (2019).</li></ol>

Die effektive THz-Reflexionsbildgebung von frischem Gewebe hängt in erster Linie von zwei kritischen Aspekten ab: 1) der richtigen Berücksichtigung der Gewebehandhabung (Abschnitte 2 und 4.15); und 2) die Bühneneinrichtung (hauptsächlich Abschnitt 4.11). Eine unzureichende Trocknung des Gewebes kann zu einer erhöhten Reflexion und Unfähigkeit führen, Regionen aufgrund hoher Reflexionen von DMEM und anderen Flüssigkeiten zu visualisieren. In der Zwischenzeit erzeugt ein schlechter Gewebekontakt mit dem Bildgebungs...

Terahertz (THz) Bildgebung und Spektroskopie war ein schnell wachsendes Forschungsgebiet in den letzten zehn Jahren. Die kontinuierliche Entwicklung effizienterer und konsistenterer THz-Emitter im Bereich von 0,1–4 THz hat dazu geführt, dass ihre Anwendungen deutlich um1gestiegen sind. Ein Bereich, in dem THz vielversprechend und deutlich gewachsen ist, ist der biomedizinische Bereich2. THz-Strahlung hat sich als nichtionisierend und biologisch sicher auf den Leistungsniveaus im Allgemeinen verwendet, um feste Gewebe zu analysieren3. Als Ergebnis, THz Bildgebung und Spektroskopie wurde verwendet, um zu klassifizieren und zu unterscheiden verschiedene Gewebemerkmale wie Wassergehalt, um Verbrennungsschäden und Heilung4, Leberzirrhose5, und Krebs in verbrauchetenGeweben 6,7anzuzeigen. Krebs-Bewertung insbesondere deckt ein breites Spektrum von potenziellen klinischen und chirurgischen Anwendungen, und wurde für Krebserkrankungen desGehirns8 , Leber9, Eierstöcke10, Magen-Darm-Trakt11, und Brust7,12,13,14,15,16,17,18,19.
THz-Anwendungen für Brustkrebs konzentrieren sich in erster Linie auf die Unterstützung der Brustkonservierender Chirurgie oder Lumpektomie durch Margin-Bewertung. Das Ziel einer Lumpektomie ist es, den Tumor und eine kleine Schicht von umgebendem gesundem Gewebe zu entfernen, im Gegensatz zur vollen Mastektomie, die die gesamte Brust entfernt. Der chirurgische Rand des ausgeschnittenen Gewebes wird dann über die Pathologie bewertet, sobald die Probe in Formalin fixiert, geschnitten, in Paraffin eingebettet und in 4 m–5-m-Scheiben auf Mikroskopdias montiert wurde. Dieser Prozess kann zeitaufwändig sein und erfordert einen sekundären chirurgischen Eingriff zu einem späteren Zeitpunkt, wenn eine positive Marge beobachtet wird20. Aktuelle Richtlinien der American Society of Radiation Oncology definieren diese positive Marge als Krebszellen, die mit der Oberflächenrandtinte21in Berührung kommen. THz-Bildgebung für hochabsorbierendes hydratisiertes Gewebe beschränkt sich in erster Linie auf Oberflächenbildgebung mit einer unterschiedlichen Penetration basierend auf dem Gewebetyp, was ausreicht, um die chirurgischen Anforderungen einer schnellen Margin-Bewertung zu erfüllen. Eine schnelle Analyse der Randbedingungen während der chirurgischen Einstellung würde die chirurgischen Kosten und die Folgerate erheblich senken. Bis heute hat sich THz bei der Unterscheidung zwischen Krebs und gesundem Gewebe in formal fixierten, paraffinierten (FFPE) Geweben als wirksam erwiesen, aber zusätzliche Untersuchungen sind erforderlich, um einen zuverlässigen Nachweis von Krebs in frisch ausgeschnittenen Geweben zu ermöglichen7.
In diesem Protokoll werden die Schritte zur Durchführung von THz-Bildgebung und Spektroskopie an frisch ausgeschnittenen menschlichen Gewebeproben beschrieben, die von einer Biobank gewonnen wurden. THz-Anwendungen, die auf frisch ausgeschnittenen menschlichen Brustkrebsgeweben basieren, wurden selten in veröffentlichten Forschungsarbeiten7,18,22,23verwendet, insbesondere von Forschungsgruppen, die nicht in ein Krankenhaus integriert sind. Die Verwendung von frisch ausgeschnittenem Gewebe ist ebenfalls selten für andere Krebsanwendungen, wobei die meisten Nicht-Brustkrebs-Beispiele für Darmkrebs24,25berichtet werden. Ein Grund dafür ist, dass FFPE-Gewebeblöcke viel einfacher zugänglich sind und handhaben als frisch ausgeschnittenes Gewebe, es sei denn, das THz-System, das für die Studie verwendet wird, ist Teil des chirurgischen Arbeitsablaufs. In ähnlicher Weise sind die meisten kommerziellen Labor-THz-Systeme nicht bereit, mit frischem Gewebe umzugehen, und diejenigen, die das tun, befinden sich noch in den Stadien der Verwendung des Zelllinienwachstums oder haben erst begonnen, ausgeschnittenes Gewebe aus Tiermodellen zu untersuchen. Um THz auf eine intraoperative Einstellung anzuwenden, müssen Bildgebungs- und Charakterisierungsschritte für frisches Gewebe im Voraus entwickelt werden, damit die Analyse die Fähigkeit zur Durchführung von Standardpathologie nicht beeinträchtigt. Für Anwendungen, die nicht von Natur aus als intraoperativ gedacht sind, ist die Charakterisierung von frischem Gewebe nach wie vor ein anspruchsvoller Schritt, der auf In-vivo-Anwendungen und Differenzierung ausgerichtet werden muss.
Ziel dieser Arbeit ist es, eine Richtlinie für die THz-Anwendung für frisch ausgeschnittenes Gewebe mit einem kommerziellen THz-System zu schaffen. Das Protokoll wurde auf einem THz-Bildgebungs- und Spektroskopiesystem26 für murine Brustkrebstumoren13,17,19 entwickelt und auf menschliches chirurgisches Gewebe aus Biobanken7,18erweitert. Während das Protokoll für Brustkrebs generiert wurde, können die gleichen Konzepte auf ähnliche THz-Bildgebungssysteme und andere Arten von Festtumorkrebs angewendet werden, die mit einer Operation behandelt werden, bei der der Erfolg von der Margenbewertung abhängt27. Aufgrund einer relativ geringen Menge an veröffentlichten THz-Ergebnissen zu frisch ausgeschnittenen Geweben ist dies die erste Arbeit nach dem Wissen der Autoren, die sich auf das Protokoll der Frischgewebehandhabung für THz-Bildgebung und Charakterisierung konzentriert.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>70% isopropyl alcohol</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89108-162</td>
			<td>Contains 70% USP grade isopropanol and 30% USP grade deionized water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alconox powder detergent</td>
			<td>VWR</td>
			<td>21835-032</td>
			<td>Concentrated detergent to remove organic contaminants from glass, metal, stainless steel, porcelain, ceramic, plastic, rubber, and fiberglass</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bio Hazard Bags</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>19-033-712</td>
			<td>Justrite FM-Approved Biohazard Waste Container Replacement Bags</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cardboard holder</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Scrap cardboard to keep tissue imaging face intact when immersed in formalin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge Tubes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10026-078</td>
			<td>Centrifuge Tubes with Flat Caps, Conical-Bottom, Polypropylene, Sterile, Standard Line</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton Swabs</td>
			<td>Walmart</td>
			<td>551398298</td>
			<td>Q-tips Original Cotton Swabs used to dye the tissue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl Alcohol</td>
			<td>VWR</td>
			<td>71002-426</td>
			<td>KOPTECH Pure (undenatured) anhydrous (200 proof/100%) ethyl alcohol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye protection goggles</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89130-918</td>
			<td>Kimberly-clark professional safety glasses</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Face Mask</td>
			<td>VWR</td>
			<td>95041-774</td>
			<td>DUKAL Corporation surgical masks</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter paper</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Z240087</td>
			<td>Whatman grade 1 cellulose filters</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formalin solution</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>HT501128-4L</td>
			<td>10% neutral buffered formalin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human freshly excised tumors (Infilterating Ductal Carcinoma (IDC))</td>
			<td>National Disease Research Interchange (NDRI biobank</td>
			<td>N/A</td>
			<td>A protocol is signed with the NDRI for the type of tumors required</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IRADECON Bleach solution</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89234-816</td>
			<td>Pre-diluted Sodium Hypochlorite Bleach solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KIMTECH SCIENCE wipes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>21905-026</td>
			<td>Kimberly-clark professional Kim wipes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory Coat</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10141-342</td>
			<td>This catalog number is for medium size coat</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory tweezers/Forceps</td>
			<td>VWR</td>
			<td>82027-388</td>
			<td>Any laboratory tweezers can be used as long as it does not damage the tissue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid sample holder (two quartz windows with a 0.1 mm teflon spacer)</td>
			<td>TeraView, Ltd</td>
			<td>N/A</td>
			<td>1&#34; diameter, and 0.1452&#34; thick quartz windows</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrile hand gloves</td>
			<td>VWR</td>
			<td>82026-426</td>
			<td>This catalog number is for medium size gloves</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen cylinder</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>NI UHP300</td>
			<td>NITROGEN UHP GR 5.0 SIZE 300</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paper towel</td>
			<td>VWR</td>
			<td>14222-321</td>
			<td>11 x 8.78&#34; Sheets, 1 Ply</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm</td>
			<td>VWR</td>
			<td>52858-076</td>
			<td>Flexible thermoplastic. Rolled, waterproof sheet interwound with paper to prevent self-adhesion.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri Dish</td>
			<td>VWR</td>
			<td>470210-568</td>
			<td>VWR Petri Dish, Slippable, Mono Plate (undivided bottom)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene Plate</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>1S11143A</td>
			<td>~ 10 x 10 cm square piece cut from a 11&#34; x 14&#34; x 0.05&#34; Non-glare styrene sheet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ScanAcquire Software</td>
			<td>TeraView, Ltd</td>
			<td>N/A</td>
			<td>System Software for THz reflection imaging measurements</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless steel low-profile blade (#4689)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>25608-964</td>
			<td>Tissue-Tek Accu-Edge Disposable Microtome Blades</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless steel metal tray</td>
			<td>Quick Medical</td>
			<td>10F</td>
			<td>Polar Ware Stainless Steel Medical Instrument Trays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue Marking Dyes</td>
			<td>Ted Pella, Inc</td>
			<td>Yellow Dye #27213-1 
			Red Dye #27213-2 
			Blue Dye #27213-4</td>
			<td>Used to orient excised tissue samples 
			sent to the histopathology laboratory</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TPS Spectra 3000</td>
			<td>TeraView, Ltd</td>
			<td>N/A</td>
			<td>THz imaging and spectroscopy system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TPS Spectra Software</td>
			<td>TeraView, Ltd</td>
			<td>N/A</td>
			<td>System Software for THz transmission spectroscopy measurements</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

terahertz imaging and characterization protocol for freshly excised breast cancer tumors

Dieses Manuskript stellt ein Protokoll zur Handhabung, Charakterisierung und Abbildung frisch ausgeschnittener menschlicher Brusttumoren mit gepulsten Terahertz-Bildgebungs- und Spektroskopie-Techniken dar. Das Protokoll beinhaltet den Terahertz-Übertragungsmodus bei normaler Inzidenz und den Terahertz-Reflexionsmodus in einem schrägen Winkel von 30°. Die gesammelten experimentellen Daten stellen Zeitbereichsimpulse des elektrischen Feldes dar. Das durch einen festen Punkt auf dem ausgeschnittenen Gewebe übertragene terahertz-Elektrisches Feldsignal wird durch ein analytisches Modell verarbeitet, um den Brechungsindex und den Absorptionskoeffizienten des Gewebes zu extrahieren. Mit Hilfe eines Schrittmotorscanners wird der terahertz emittierte Puls von jedem Pixel auf dem Tumor reflektiert und liefert ein planares Bild verschiedener Geweberegionen. Das Bild kann in der Zeit- oder Frequenzdomäne dargestellt werden. Darüber hinaus werden die extrahierten Daten des Brechungsindexes und des Absorptionskoeffizienten an jedem Pixel verwendet, um ein tomographisches Terahertz-Bild des Tumors zu liefern. Das Protokoll zeigt eine klare Unterscheidung zwischen krebserkranken und gesunden Geweben. Andererseits kann das Nichtbeachtung des Protokolls zu lauten oder ungenauen Bildern führen, da Luftblasen und Flüssigkeitsreste auf der Tumoroberfläche auftreten. Das Protokoll bietet eine Methode zur chirurgischen Margenbewertung von Brusttumoren.

Die THz-Bildgebungsergebnisse18, die nach dem oben genannten Protokoll der menschlichen Brustkrebstumor-#ND14139 von der Biobank erhalten wurden, sind in Abbildung 9dargestellt. Dem Pathologiebericht zufolge handelte es sich bei dem #ND14139 Tumor um ein i/II-infiltrierendes duktales Karzinom (IDC), das von einer 49-jährigen Frau über eine Operation im Linken Brustklumpenektomie-Verfahren erhalten wurde. Das Foto des Tumors ist in Abbildung 9A</...

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Terahertz Imaging and Characterization Protocol for Freshly Excised Breast Cancer Tumors

Frisch ausgeschnittene menschliche Brustkrebstumoren zeichnen sich durch Terahertz-Spektroskopie und Bildgebung nach Protokollen zur Handhabung von frischem Gewebe aus. Die Gewebepositionierung wird berücksichtigt, um eine effektive Charakterisierung zu ermöglichen und gleichzeitig eine zeitnahe Analyse für zukünftige intraoperative Anwendungen bereitzustellen.

This manuscript presents a protocol to handle, characterize, and image freshly excised human breast tumors using pulsed terahertz imaging and spectroscopy ...

Dieses Protokoll verwendet Terahertz-Bildgebung und Spektroskopie, um die chirurgischen Ränder von Brusttumoren zu bewerten, mit dem Ziel, den Bedarf an einer zweiten Operation erheblich zu verringern. Terahertz-Bildgebung kann verwendet werden, um krebserkranken und nicht-kanzerösen Geweben basierend auf ihren optischen Eigenschaften in einer nicht-ionisierenden und biologisch sicheren Weise Zuverfahren zu unterscheiden. Diese Technik wurde für die Beurteilung der Brustkrebsmarge entwickelt, ist aber auf andere solide Tumoren anwendbar, die chirurgische Exzision und Margenbewertung erfordern.Diese Methode ermöglicht die Abbildung des Inneren von FFPE-Gewebeblöcken ohne physikalisches Schneiden, was die Identifizierung von Tumorrändern in jeder tiefen Genauigkeit erleichtert. Dieses Protokoll erfordert die Durchführung kritischer Schritte wie Gewebehandhabung und Stufenausgleich, die ohne visuelle Demonstration schwer zu verstehen sind. Vor der Handhabung des Gewebes Abdeckung Edelstahl Metallschale mit einem Biohazard-Beutel und legen Sie alle entsprechenden Labormaterialien in Reichweite der abgedeckten Schale.Als nächstes übertragen Sie die frische Tumorprobe in eine Petrischale auf dem Tablett und verwenden Sie die grobe Inspektion, um eine Seite des Tumors auszuwählen, die ausreichend flach ist und wenig Blut und wenig Blutgefäße hat. Platzieren Sie dann die zu bebilderte Seite auf Filterpapier der Stufe 1, um überschüssiges Bedarfsmedium zu entfernen und das Gewebe von Flüssigkeit oder Sekreten zu entfernen, und positionieren Sie den Tumor an einen trockenen Punkt, wenn das Papier gesättigt ist. Während Sie den Tumor fünf Minuten trocknen lassen, legen Sie eine 1,2 Millimeter dicke Polystyrolplatte mit einem Durchmesser von etwa 37 Millimetern auf das Scanfenster und legen Sie das Scanfenster und die Polystyrolplatte auf die Probenstufe des Terahertz-Bildsers.Klicken Sie im Hauptfenster auf das Fixpunkt-Scan-Symbol, um die Terahertz-Antennen zu aktivieren und das reflektierte Terahertz-Signal von einem einzigen Punkt auf der Polystyrolplatte zu senden und zu empfangen. Klicken Sie auf das Dialogfeld Motorstage. Das Motor Control-Fenster öffnet sich.Um den reflektierten Impuls aus dem Polystyrol im Hauptfenster zu zentrieren, klicken Sie auf die Pfeile der optischen Verzögerungsachse, um die optische Verzögerungsachse anzupassen. Klicken Sie auf die Schaltfläche Datenerfassungseinstellungen, um das Fenster Datenerfassungseinstellungen dialog zu öffnen und den optischen Verzögerungswert von fünf auf vier Volt zu ändern. Passen Sie die vertikale Position der Scanstufe mit der Mikrometerskala an, bis das Minimum des Sekundärimpulses am stärksten ist, und passen Sie die optische Verzögerung der Achse im Motor Control-Fenster an, um die primäre Reflexion außerhalb des Bereichs des gemessenen reflektierten Signals zu setzen.Um die Probestufe zu ebnen und das Referenzsignal aufzuzeichnen, klicken Sie auf die Motorsteuerungsdialogtaste, um das Motorsteuerungsfenster zu öffnen und die Motorsteuerungs- und Hauptsoftwarefenster so neu zu positionieren, dass das Zeitbereichssignal beim Einstellen der Motorpositionen sichtbar ist. Um die A-Achse mithilfe der folgenden Schritte im Motorsteuerungsfenster zu nivellieren, ändern Sie den Wert der x-Achse von Null auf negativ 10, und drücken Sie Enter. Die Stufe bewegt sich in die Minus-10-Millimeter-Position der A-Achse und eine Verschiebung der Signalposition wird im Hauptfenster beobachtet.Verwenden Sie die einstellbare Mikrometerskala, um die minimale Spitze des Signals zurück in die vorherige vertikale Position zu verschieben und den Wert der A-Achse auf plus 10 zu ändern. Klicken Sie auf Enter. Die Stufe bewegt sich in die plus 10 Millimeter Position auf der A-Achse und eine Verschiebung des Signals wird wieder beobachtet.Beachten Sie, dass die Richtung und der Abstand, in dem sich das Signal von seiner vorherigen Position verschoben hat, und ändern Sie den Wert der A-Achse wieder auf minus 10. Das Signal kehrt in die ursprüngliche vertikale Position zurück. Drehen Sie die Navellierungsschraube auf der A-Achse der Scan-Stufe und verschieben Sie das Signal, um den Abstand in die gleiche Richtung zu verdoppeln, die Bühne bewegte sich von der ursprünglichen Position.Verwenden Sie das Mikrometer auf der Scan-Stufe, um das Signal wieder in die ursprüngliche Position zu verschieben und die Einstellung zu wiederholen, bis das Signal bei plus 10 und minus 10 in der Spitze gleich ist, da beide Positionen an der ursprünglichen Position fokussiert sind. Sobald die Nivellierung der A-Achse erreicht wurde, ändern Sie den Wert der A-Achse auf Null, und wiederholen Sie das gleiche Verfahren für die B-Achse. Sobald beide Achsen eingeebnet sind, kehren Sie sowohl die A- als auch die B-Achse auf null Millimeter zurück, schließen Sie das Motorsteuerungsfenster ein, und überprüfen Sie dann, ob sich das Signal in seiner ursprünglichen Position befindet, falls es sich etwas verschoben hat.Um dieses Signal als Referenz im Fenster Datenerfassungseigenschaften aufzuzeichnen, ändern Sie den Mittelwert auf fünf, und belassen Sie alle anderen Parameter bei den Standardeinstellungen. Klicken Sie dann auf eine neue Referenz. Der Mittelwertzähler wird von null bis 20 gezählt.Sobald der Zähler 20 erreicht hat, ändern Sie den Mittelwert in 1, und klicken Sie auf OK. Das reflektierte Signal des Polystyrols wird als Referenz für alle nachfolgenden Scans gespeichert. Wenn alle Parameter festgelegt sind, übertragen Sie das Bildgebungsfenster von der Scanphase auf den Gewebebehandlungsbereich und montieren Sie den Tumor auf die Polystyrolplatte. Entfernen Sie alle Luftblasen innerhalb des Tumors mit einer Pinzette oder rollen Sie die Probe vorsichtig auf das Polystyrol, bis die Luftspalten minimiert sind.Platzieren Sie absorptive Abstandshalter in regelmäßigen Abständen um die Testprobe und platzieren Sie eine weitere Polystyrolplatte über dem Tumor. Drücken Sie die Tumoroberfläche vorsichtig so flach wie möglich und verjüngen Sie die Tumor- und Polystyrolplattenanordnung im Probenfenster. Eine flache Gewebeoberfläche und ein guter Kontakt mit der Polystyrolplatte sind entscheidend, da Luftblasen, überschüssige Flüssigkeit und eine unebene Oberfläche die Tumorgewebe-Bildgebung ruinieren können.Drehen Sie das Probenfenster und machen Sie Fotos von dem Tumor, um eine Aufzeichnung seiner Ausrichtung zu halten. Kehren Sie das Beispielfenster zur Scanphase zurück, und klicken Sie auf die Dialogschaltfläche bildparameter, um das Fenster der Bildaufnahmeparameter zu öffnen. Legen Sie die Werte der Achse ein Minimum, Achse ein Maximum, Achse zwei Minimum und Achse zwei maximal fest, um die Position des Tumors im Bildfenster vollständig einzuschließen.Legen Sie die Achse für den Bildscan um einen Schritt und die Achse zwei Schritte auf 0,2 Millimeter fest. Wählen Sie dann im Menü Messen Flyback 2D-Scan aus und erstellen Sie einen Ordner und Dateinamen, unter dem die Scandaten im Pop-up-Fenster gespeichert werden sollen. In dieser Analyse wurde ein infiltrierendes duktales Karzinom der Klasse eins bis zwei einer 49-jährigen Frau über eine Operation der linken Brust-Lumpektomie untersucht.Bei der Korrelation des Terahertz-Bildes mit dem Pathologiebild war klar, dass die Krebsregion eine höhere Reflexion aufwies als die Fettregion. Die tomographische Bildgebung zeigte, dass mit zunehmender Frequenz die berechneten Absorptionskoeffizientenwerte für den Krebs in Fettpixeln zunahmen, wobei die Krebspixel höhere Werte zeigten als das Fett bei beiden Frequenzen. Im Gegensatz dazu verringerte sich der Brechungsindex beider Gewebe mit zunehmender Häufigkeit.Die Transmissionsspektroskopie-Analyse desselben Tumors zeigt eine gute Übereinstimmung für den Frequenzbereich sowohl des extrahierten Absorptionskoeffizienten als auch des Brechungsindexes für beide aus dem Tumor extrahierten Abschnitte. Beachten Sie, dass eine unzureichende Handhabung des Gewebes zu irreführenden bildgebenden Ergebnissen führen kann, was beispielsweise zu einer größeren Krebserkrankung im Tumor aufgrund des Vorhandenseins überschüssiger Flüssigkeit in der nicht riedierten Tumorprobe führt. Zusätzliche Charakterisierung kann auf den Terahertz-Bilddaten durchgeführt werden, um Informationen über die frequenzabhängigen Eigenschaften des Gewebes zu erhalten, und statistische Analysen können für die automatisierte Bildsegmentierung durchgeführt werden.Diese Technik hat zur Entwicklung von bildgebenden und spektroskopienden Algorithmen zur Untersuchung der Signaturen von duktalem Karzinom in situ geführt, um minderwertige Tumoren von tödlichen hochgradigen Tumoren zu unterscheiden. Denken Sie daran, um Krebsgewebe und die Formalin-Lösung mit Vorsicht zu behandeln und dass alle Systemelemente oder Werkzeuge, die das Tumorgewebe kontaktieren, entsprechend gereinigt oder entsorgt werden müssen.

Research

JoVE Journal

Engineering

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