Name: terahertz imaging and characterization protocol for freshly excised breast cancer tumors
Uploaded: 2020-04-05T13:00:00
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Este trabalho foi financiado pelo Prêmio Institutos Nacionais de Saúde (NIH) # R15CA208798 e em parte pelo Prêmio NSF (National Science Foundation) nº 1408007. O financiamento para o sistema de THz pulsado foi obtido através do Prêmio NSF/MRI nº 1228958. Reconhecemos o uso de tecidos adquiridos pelo National Disease Research Interchange (NDRI) com apoio da bolsa NIH U42OD11158. Também reconhecemos a colaboração com o Oklahoma Animal Disease Diagnosticy Laboratory da Oklahoma State University para a realização do procedimento histopatológico em todos os tecidos manuseados neste trabalho.

Este protocolo segue todos os requisitos estabelecidos pelo departamento de Saúde e Segurança Ambiental da Universidade do Arkansas.
1. Configurar a área de manuseio de tecidos
<ol><li>Pegue uma bandeja de metal de aço inoxidável e cubra-a com o saco de risco biológico, conforme mostrado na Figura 1. Qualquer manuseio dos tecidos biológicos será realizado dentro da área da bandeja (ou seja, a área de manuseio de tecidos).</li>
	<li>Prepare pinças de l...

<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>

A imagem efetiva de reflexão thz de tecido fresco depende principalmente de dois aspectos críticos: 1) a adequada consideração do manuseio de tecidos (seções 2 e 4.15); e 2) a configuração do palco (principalmente a seção 4.11). A secagem insuficiente do tecido pode resultar em maior reflexão e incapacidade de visualizar regiões devido a altos reflexos de DMEM e outros fluidos. Enquanto isso, o baixo contato do tecido com a janela de imagem cria anéis ou pontos de baixa reflexão na imagem de reflexão thz q...

A imagem e a espectroscopia de Terahertz (THz) têm sido uma área de pesquisa em rápido crescimento na última década. O desenvolvimento contínuo de emissores thz mais eficientes e consistentes na faixa de 0,1-4 THz fez com que suas aplicações crescessem significativamente1. Uma área onde o THz mostrou-se promissor e crescimento significativo é o campo biomédico2. A radiação THz mostrou-se nonionizadora e biologicamente segura nos níveis de potência geralmente utilizados para analisar tecidos fixos3. Como resultado, a imagem e a espectroscopia de THz têm sido utilizadas para classificar e diferenciar várias características teciduais, como o teor de água para indicar danos e cicatrização de queimaduras4, cirrose hepática5, e câncer em tecidos excisados6,7. A avaliação do câncer, em particular, abrange uma ampla gama de aplicações clínicas e cirúrgicas potenciais, e tem sido investigada para cânceres do cérebro8,fígado9, ovários10, trato gastrointestinal11, e mama7,12,13,14,,15,16,17,18,19.
As aplicações de THz para câncer de mama são focadas principalmente no apoio à cirurgia de conservação da mama, ou lumpectomia, via avaliação de margem. O objetivo de uma lumpectomia é remover o tumor e uma pequena camada de tecido saudável circundante, em contraste com a mastectomia completa, que remove toda a mama. A margem cirúrgica do tecido excisado é então avaliada via patologia uma vez que a amostra tenha sido fixada em formalina, seccionada, incorporada em parafina e montada em fatias de 4 μm-5 μm em lâminas de microscópio. Esse processo pode ser demorado e requer um procedimento cirúrgico secundário posteriormente se for observada uma margem positiva20. As diretrizes atuais da Sociedade Americana de Oncologia de Radiação definem essa margem positiva como tendo células cancerígenas entrando em contato com a tinta de margem de nível superficial21. A imagem de THz para tecido hidratado de alta absorção é limitada principalmente à imagem superficial com alguma penetração variável com base no tipo de tecido, o que é suficiente para atender às necessidades cirúrgicas de avaliação rápida da margem. Uma análise rápida das condições de margem durante o ajuste cirúrgico diminuiria consideravelmente os custos cirúrgicos e a taxa de procedimento de acompanhamento. Até o momento, o THz tem se mostrado eficaz na diferenciação entre câncer e tecido saudável em tecidos formalizados, embutidos em parafina (FFPE), mas uma investigação adicional é necessária para fornecer uma detecção confiável de câncer em tecidos recém-excisados7.
Este protocolo detalha as etapas para a realização de imagens e espectroscopia de THz em amostras de tecido humano recém-excisadas obtidas de um biobanco. Aplicações de THz construídas em tecidos recém-excisados do câncer de mama humano raramente têm sido utilizadas em pesquisas publicadas7,,18,22,23, especialmente por grupos de pesquisa não integrados a um hospital. O uso de tecidos recém-excisados também é raro para outras aplicações de câncer, com a maioria dos exemplos de câncer humano não-mamário sendo relatados para câncer de cólon24,25. Uma das razões para isso é que os blocos de tecido ffpe são muito mais fáceis de acessar e manusear do que o tecido recém-excisado, a menos que o sistema THz que está sendo usado para o estudo seja parte do fluxo de trabalho cirúrgico. Da mesma forma, a maioria dos sistemas de THz de laboratório comercial não estão preparados para lidar com tecidos frescos, e aqueles que o fazem ainda estão em fase de uso do crescimento da linha celular ou só começaram a olhar para tecidos excisados de modelos animais. Aplicar THz a um cenário intraoperatório requer que as etapas de imagem e caracterização sejam desenvolvidas para o tecido fresco com antecedência para que a análise não interfira na capacidade de realizar a patologia padrão. Para aplicações que não são inerentemente destinadas a serem intraoperatórias, a caracterização de tecido fresco ainda é um passo desafiador que deve ser abordado para trabalhar em direção às aplicações in vivo e diferenciação.
O objetivo deste trabalho é fornecer uma diretriz para a aplicação de THz para tecido recém-excisado utilizando um sistema comercial de THz. O protocolo foi desenvolvido em um sistema de imagem e espectroscopia thz26 para tumores de câncer de mama murina13,17,19 e foi estendido ao tecido cirúrgico humano obtido a partir de biobancos7,18. Enquanto o protocolo foi gerado para o câncer de mama, os mesmos conceitos podem ser aplicados a sistemas de imagem thz semelhantes e outros tipos de cânceres de tumor sólido que são tratados com cirurgia onde o sucesso depende da avaliação da margem27. Devido a uma quantidade bastante pequena de resultados de THz publicados em tecidos recém-excisados, este é o primeiro trabalho ao conhecimento dos autores a focar no protocolo de manuseio de tecidos frescos para imagem e caracterização de THz.

<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

Este manuscrito apresenta um protocolo para lidar, caracterizar e imagem recém-excisado tumores de mama humana usando técnicas de imagem terahertz pulsada e técnicas de espectroscopia. O protocolo envolve o modo de transmissão terahertz em incidência normal e o modo de reflexão terahertz em um ângulo oblíquo de 30°. Os dados experimentais coletados representam pulsos de domínio de tempo do campo elétrico. O sinal de campo elétrico terahertz transmitido através de um ponto fixo no tecido excisado é processado, através de um modelo analítico, para extrair o índice de refração e coeficiente de absorção do tecido. Utilizando um scanner motor de passo, o pulso emitido por terahertz é refletido a partir de cada pixel no tumor, fornecendo uma imagem planar de diferentes regiões teciduais. A imagem pode ser apresentada no domínio de tempo ou frequência. Além disso, os dados extraídos do índice de refração e do coeficiente de absorção em cada pixel são utilizados para fornecer uma imagem terahertz tomográfica do tumor. O protocolo demonstra clara diferenciação entre tecidos cancerígenos e saudáveis. Por outro lado, não aderir ao protocolo pode resultar em imagens barulhentos ou imprecisas devido à presença de bolhas de ar e restos de fluidos na superfície do tumor. O protocolo fornece um método para avaliação das margens cirúrgicas dos tumores mamários.

Os resultados de imagem de THz18 obtidos seguindo o protocolo acima mencionado de amostra de tumor de câncer de mama humano #ND14139 recebidos do biobanco são apresentados na Figura 9. De acordo com o relatório patológico, o tumor #ND14139 foi um carcinoma ductal infiltrado de grau I/II (IDC) obtido de uma mulher de 49 anos através de um procedimento cirúrgico de lumpectomia de mama esquerda. A fotografia do tumor é mostrada na Figura 9A</s...

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Terahertz Imaging and Characterization Protocol for Freshly Excised Breast Cancer Tumors

Os tumores de câncer de mama humanos recém-excisados são caracterizados com espectroscopia terahertz e imagens seguindo protocolos de manuseio de tecidos frescos. O posicionamento tecidual é levado em consideração para permitir uma caracterização eficaz, proporcionando a análise em tempo hábil para futuras aplicações intraoperatórias.

Protocolo de imagem e caracterização de terahertz para tumores de câncer de mama recém-excisados

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

Este protocolo utiliza imagens e espectroscopia terahertz para avaliar as margens cirúrgicas dos tumores mamários com o objetivo de diminuir substancialmente a necessidade de uma segunda cirurgia. A imagem terahertz pode ser usada para distinguir entre tecidos cancerígenos e não cancerosos com base em suas propriedades ópticas, em processos de maneira não ionizante e biologicamente seguro. Esta técnica foi desenvolvida para avaliação da margem do câncer de mama, mas é aplicável a outros tumores sólidos que requerem excisão cirúrgica e avaliação de margem.Este método permite a imagem do interior dos blocos de tecido FFPE sem a necessidade de corte físico, facilitando a identificação de margens tumorais em qualquer profundidade precisa. Este protocolo requer o desempenho de etapas críticas, como manuseio de tecidos e balanceamento de palco que podem ser difíceis de entender sem demonstração visual. Antes de manusear a bandeja de metal de aço inoxidável com um saco de risco biológico e colocar todos os materiais de laboratório apropriados ao alcance fácil da bandeja coberta.Em seguida, transfira a amostra de tumor fresco para uma placa de petri na bandeja e use inspeção grosseira para selecionar um lado do tumor que é suficientemente plano e tem pouco sangue e poucos vasos sanguíneos. Em seguida, coloque o lado a ser imageado no papel filtro de grau um para remover qualquer meio de demanda em excesso e para limpar o tecido de fluido ou secreções, reposicionando o tumor para um ponto seco à medida que o papel satura. Mantendo o tumor secando por cinco minutos, coloque uma placa de poliestireno de 1,2 milímetros de espessura na janela de varredura dentro de um diâmetro de aproximadamente 37 milímetros e coloque a janela de varredura e a placa de poliestireno no estágio amostral do imager Terahertz.Na janela principal clique no ícone De varredura de ponto fixo para ativar as antenas Terahertz e para começar a enviar e receber o sinal terahertz refletido a partir de um único ponto na placa de poliestireno. Clique no ícone de diálogo Motor Stage. A janela do Controle motor se abrirá.Para centralizar o pulso refletido do poliestireno na janela principal, clique nas setas do eixo de atraso óptico para ajustar o eixo de atraso óptico. Clique no botão Configurações de aquisição de dados para abrir a janela Descansamento de Configurações de Aquisição de Dados e alterar o valor de atraso óptico de cinco para quatro volts. Ajuste a posição vertical do estágio de digitalização com a escala de micrometro, até que o mínimo do pulso secundário seja o mais forte e ajuste o atraso óptico do eixo na janela do Controle do Motor para colocar o reflexo primário fora do intervalo do sinal refletido que está sendo medido.Para nivelar o estágio da amostra e registrar o sinal de referência, clique no botão de diálogo de controle do motor para abrir a janela de controle do motor e reposicione o controle do motor e as janelas principais do software para que o sinal de domínio do tempo seja visível ao ajustar as posições do motor. Para nivelar o eixo A usando as seguintes etapas na janela de controle do motor, altere o valor do eixo x de zero para 10 negativo e bata Enter. O estágio passará para a posição de menos 10 milímetros do eixo A e uma mudança na posição do sinal será observada na janela principal.Use a escala de micromímetro ajustável para mover o pico mínimo do sinal de volta para a posição vertical anterior e alterar o valor do eixo A para mais 10. Clique em Enter. O palco passará para a posição de mais 10 milímetros no eixo A e uma mudança no sinal será observada novamente.Observe que a direção e distância que o sinal mudou de sua posição anterior e alterou o valor do eixo A de volta para menos 10. O sinal retornará à posição vertical original. Gire o parafuso de nivelamento no eixo A do estágio de digitalização e desloce o sinal para dobrar a distância na mesma direção, o estágio passou da posição original.Use o micrômetro no estágio de digitalização para deslocar o sinal de volta para a posição original e repetir o ajuste até que o sinal em mais 10 e menos 10 sejam iguais no pico para ambas as posições estar focado na posição original. Uma vez alcançado o nivelamento do eixo A, altere o valor do eixo A para zero e repita o mesmo procedimento para o eixo B. Uma vez nivelados os dois eixos, devolva os eixos A e B a zero milímetros, insira a janela de controle do motor e verifique se o sinal está em sua posição original caso tenha mudado um pouco.Para registrar esse sinal como referência na janela Propriedades de Aquisição de Dados, altere o valor médio para cinco e deixe todos os outros parâmetros em suas configurações padrão. Em seguida, clique em nova referência. O contador de médias contará de zero a 20.Uma vez que o contador atinja 20, altere o valor médio para um e clique em OK. O sinal refletido do poliestireno será salvo como referência para quaisquer varreduras subsequentes. Quando todos os parâmetros tiverem sido definidos, transfira a janela de imagem do estágio de varredura para a área de manuseio do tecido e monte o tumor na placa de poliestireno. Remova quaisquer bolhas de ar dentro do tumor com pinças ou role suavemente a amostra para o poliestireno até que as aberturas de ar sejam minimizadas.Coloque espaçadores absortivos em intervalos regulares ao redor da amostra de ensaio e coloque outra placa de poliestireno acima do tumor. Pressione suavemente a superfície do tumor o mais plano possível e tape o tumor e o arranjo da placa de poliestireno na janela da amostra. Uma superfície de tecido plano e um bom contato com a placa de poliestireno são vitais, pois bolhas de ar, excesso de fluido e uma superfície irregular podem arruinar a imagem do tecido tumoral.Vire a janela da amostra e tire fotos do tumor para manter um registro de sua orientação. Retorne a janela de amostra para o estágio de digitalização e clique no botão de diálogo do parâmetro de imagem para abrir a janela de parâmetros de aquisição de imagens. Defina os valores do eixo um mínimo, eixo um máximo, eixo dois mínimo e eixo dois máximo para fechar totalmente a posição do tumor na janela de imagem.Defina o eixo um passo e o eixo dois passos a 0,2 milímetros para a varredura de imagens. Em seguida, no menu Medir, selecione a varredura 2D do Flyback e crie uma pasta e nome de arquivo sob o qual salvar os dados de varredura na janela pop-up. Nesta análise, foi avaliado um carcinoma ductal de grau um a dois, obtido de uma mulher de 49 anos por meio de procedimento cirúrgico de lumpectomia de mama esquerda.Ao correlacionar a imagem de Terahertz com a imagem patológica, ficou claro que a região do câncer apresentou um reflexo maior do que a região da gordura. Imagens tomográficas revelaram que, à medida que a frequência aumentava, os valores calculados do coeficiente de absorção para o câncer em pixels de gordura aumentaram com os pixels de câncer mostrando valores mais elevados do que a gordura em ambas as frequências. Em contrapartida, o índice de refração de ambos os tecidos diminuiu à medida que a frequência aumentava.A análise da espectroscopia de transmissão do mesmo tumor revela uma boa concordância para a faixa de frequência tanto do coeficiente de absorção extraída quanto do índice refrativo para ambas as seções extraídas do tumor. Note-se que o manuseio insuficiente do tecido pode levar a resultados de imagem enganosos, resultando, por exemplo, em sugerir uma maior presença de câncer no tumor devido à presença de excesso de líquido dentro da amostra de tumor não seco. Caracterização adicional pode ser realizada nos dados da imagem terahertz para obter informações sobre as propriedades dependentes de frequência do tecido e a análise estatística pode ser realizada para segmentação automatizada de imagens.Esta técnica levou ao desenvolvimento de algoritmos de imagem e espectroscopia para investigar as assinaturas de carcinoma ductal in situ, para diferenciar tumores de baixo grau de tumores mortais de alto grau. Lembre-se, para lidar com tecidos cancerígenos e a solução de formalina com cautela e que quaisquer elementos do sistema ou ferramentas que entrem em contato com o tecido tumoral devem ser limpos ou descartados adequadamente.

Research

JoVE Journal

Engineering

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