Wielospektralne obrazowanie fluorescencyjne w czasie rzeczywistym do śródoperacyjnego wykrywania węzła chłonnego strażnika w onkologii ginekologicznej
20 października 2010
Obrazowanie fluorescencyjne jest obiecującą, innowacyjną metodą chirurgii sterowanej obrazem w onkologii chirurgicznej. W niniejszym materiale wideo opisujemy procedurę techniczną wykrywania węzła chłonnego wartowniczego z wykorzystaniem obrazowania fluorescencyjnego, zaprezentowaną na przykładzie onkologii ginekologicznej. Zastosowano wielospektralny system kamer fluorescencyjnych wraz z kontrastem fluorescencyjnym w postaci zieleni indocyjaninowej.
Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest śródoperacyjne wykrycie węzła chłonnego wartowniczego w raku szyjki macicy lub raku sromu. Węzeł chłonny wartowniczy jest pierwszym drenującym węzłem chłonnym odprowadzającym chłon z guza. W tej procedurze fluorescencyjny środek, ICG (indocyjanina zielona), jest wstrzykiwany wraz ze standardowym barwnikiem niebieskim wokół guza pierwotnego.
Roztwór zostanie przetransportowany do pierwszego drenującego węzła chłonnego. Specjalistyczny śródoperacyjny multispektralny system kamer fluorescencyjnych, zainstalowany w sali operacyjnej przed zabiegiem, rejestruje w czasie rzeczywistym zdarzenia in vivo dotyczące przepływu limfy na podstawie sygnału fluorescencyjnego, opierając się na wynikach in vivo oraz ex vivo wskazujących na natężenie sygnału fluorescencyjnego, a także na klasycznej metodzie wykrywania zabarwienia na niebiesko. Chirurg otrzymuje wskazówki dotyczące wycięcia węzła chłonnego wartowniczego.
Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami jest to, że jest to procedura jednoetapowa, podczas której wizualizacja i wycięcie węzłów chłonnych odbywają się w trakcie operacji. Ta technologia platformowa może usprawnić obecne koncepcje w onkologii chirurgicznej, nie tylko dostarczając chirurgowi informacji anatomicznych, ale jednocześnie zapewniając dynamiczne śledzenie fluorescencyjne in vivo w czasie rzeczywistym. Aby przeprowadzić ten protokół, należy przygotować śródoperacyjną multispektralną kamerę fluorescencyjną, która zazwyczaj jest konfigurowana indywidualnie.
System przedstawiony w niniejszym materiale został opracowany w Instytucie Obrazowania Biologicznego i Medycznego w Monachium. W ścisłej współpracy z SEARCHs, do wzbudzenia sondy fluorescencyjnej wykorzystano laser. Filtry kamery dostrojono do fluorescencji w bliskiej podczerwieni, z długością fali wzbudzenia 750 nanometrów i długością fali emisji 800 ± 20 nanometrów; światło emisyjne przechodzi przez układ optyczny, w którym zostaje rozdzielone na światło widzialne, autofluorescencję oraz fluorescencję w bliskiej podczerwieni.
Kamery CCD są ustawione tak, aby wykrywać oddzielne wiązki światła, dzięki czemu wielospektralne sygnały ze wszystkich kamer są przetwarzane w celu uzyskania rzeczywistego ilościowego obrazu biodystrybucji fluoresceiny czterech. Układ ten koryguje również artefakty. Monitory komputerowe na stanowisku sterowania oraz w sali operacyjnej mogą wyświetlać sygnały barwne i fluorescencyjne jako oddzielne obrazy, a także nałożone na siebie w jeden obraz w warunkach sterylnych.
Przygotuj fluorescencyjny środek kontrastowy indocyjanina zielona w stężeniu 0,5 mg/ml w sterylnej wodzie destylowanej. Nie należy używać roztworu soli fizjologicznej, ponieważ powoduje on natychmiastowe wytrącenie odczynnika. Przechowuj roztwór w ciemnym i chłodnym miejscu, aby zapobiec blaknięciu i zachować stabilność odczynnika ICG. Aby zminimalizować zakłócenia w standardowym przebiegu procedury chirurgicznej, ustaw i uruchom system kamer w sali operacyjnej przed rozpoczęciem operacji oraz sprawdź połączenia z ekranami wysokiej rozdzielczości, z których będziesz korzystać podczas zabiegu. Przykryj kamerę standardowymi sterylnymi obłożeniami, stosując sterylne procedury i warunki przedstawione na filmie.
Przed wstrzyknięciem środka fluorescencyjnego należy umieścić kamerę nad pacjentem i odsłonić obszar zainteresowania. Dostosować zoom, aby ustawić ostrość kamery, a następnie zgasić światła na sali operacyjnej w celu lepszej detekcji sygnału fluorescencyjnego.
Strzykawka z jednym mililitrem ICG w stężeniu 0.5 mg/mL oraz równą objętością standardowego barwnika niebieskiego. Ostrożnie wstrzyknij znacznik fluorescencyjny w czterech kwadrantach wokół guza pierwotnego, starając się uniknąć rozlania; w przypadku rozlania ICG na rękawice chirurgiczne, należy je po prostu wymienić w trakcie trwania procedury.
Manipuluj kamerą, aby zapewnić ciągły zapis obszaru zainteresowania. Wykonaj zdjęcia lub nagraj filmy w czasie rzeczywistym z przepływu limfy oraz wyglądu fluorescencyjnego węzła chłonnego strażnika. Czas ekspozycji od 180 do 200 milisekund pozwoli uzyskać dobre nagrania wideo.
Wszystkie dane należy odpowiednio zapisać na komputerze do późniejszych analiz. Wizualna kontrola pod kątem niebieskiego odbarwienia spowodowanego wstrzyknięciem patent blue jest wykonywana jako standardowa część procedury, z wykorzystaniem jednocześnie rejestrowanych obrazów fluorescencyjnych w celu naprowadowania. Następnie przeprowadza się wycięcie węzła chłonnego wartowniczego w czasie rzeczywistym.
Obrazowanie w czasie rzeczywistym pomaga w wykrywaniu węzłów fluorescencyjnych w nieoczekiwanych lokalizacjach; należy kolejno pozyskiwać obrazy ex vivo wszystkich wyciętych węzłów chłonnych w celu sprawdzenia obecności fluorescencji. Podczas przechwytywania nieruchomych obrazów można zastosować dłuższy czas ekspozycji. Węzeł wartowniczy przesyła się do analizy histopatologicznej w celu wykrycia obecności lub braku komórek nowotworowych.
Możliwości śródoperacyjnego wykrywania węzła chłonnego wartowniczego z zastosowaniem tego protokołu wielospektralnego obrazowania fluorescencyjnego zostały zaprezentowane na tym przykładzie wielospektralnego obrazu fluorescencyjnego in vivo węzła chłonnego w raku sromu. Fluorescencyjny węzeł chłonny w okolicy pachwinowej przed wycięciem jest wyraźnie widoczny. W tym krótkim filmie pokazujemy detekcję węzła chłonnego wartowniczego w czasie rzeczywistym w oparciu o fluorescencję u pacjentki z rakiem szyjki macicy.
Przedstawiamy tutaj obraz ex vivo węzła chłonnego w raku szyjki macicy. Kolorowy obraz węzła chłonnego został nałożony na obraz fluorescencyjny tego samego węzła z wykorzystaniem pseudo kolorystycznej skali, aby uzyskać wyraźny obraz z wysokim stosunkiem sygnału do tła. Technika ta nie tylko utorowała drogę badaczom w dziedzinie chirurgii onkologicznej do obrazowania wspomaganego resekcji węzła chłonnego wartownika, ale także stwarza możliwości specyficznego obrazowania celowanego w guzy w celu oceny marginesów nowotworu oraz dostosowania interwencji do pacjenta z guzami litymi i możliwymi przerzutami regionalnymi.
Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć dobre wyobrażenie o przebiegu obrazowania fluorescencyjnego węzłów chłonnych wartowniczych w czasie rzeczywistym podczas operacji w przypadku raka ginekologicznego.
Przegląd
W niniejszym artykule przedstawiono nowatorskie podejście do śródoperacyjnego wykrywania węzłów chłonnych wartowniczych w onkologii ginekologicznej z wykorzystaniem obrazowania fluorescencyjnego. Technika ta usprawnia wizualizację przepływu limfy i wspomaga wycięcie węzłów chłonnych podczas operacji.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Onkologia chirurgiczna
- Obrazowanie fluorescencyjne
- Techniki śródoperacyjne
Wstęp
- Węzeł chłonny wartowniczy jest pierwszym węzłem chłonnym, do którego odpływa chłonka z guza.
- Do poprawy wizualizacji stosuje się środki fluorescencyjne, takie jak indocyjanina zielona (ICG).
- Istniejące metody często nie posiadają możliwości obrazowania w czasie rzeczywistym.
- Multispektralne obrazowanie fluorescencyjne zapewnia dynamiczną informację zwrotną podczas operacji.
Cel badania
- Usprawnienie detekcji węzłów chłonnych wartowniczych u pacjentek z rakiem szyjki macicy i sromu.
- Wykazanie skuteczności obrazowania fluorescencyjnego w czasie rzeczywistym podczas procedur chirurgicznych.
- Zapewnienie jednoetapowej procedury wizualizacji i wycięcia węzłów chłonnych.
Zastosowane metody
- Wstrzyknięcie ICG oraz standardowego barwnika niebieskiego wokół guza pierwotnego.
- Zastosowanie specjalistycznego wielospektralnego systemu kamer fluorescencyjnych.
- Monitorowanie przepływu limfy i wizualizacja węzłów chłonnych w czasie rzeczywistym.
- Wycięcie węzłów chłonnych pod kontrolą obrazowania fluorescencyjnego.
Główne wyniki
- Skuteczna wizualizacja węzłów chłonnych wartowniczych w czasie rzeczywistym.
- Ulepszona detekcja węzłów chłonnych w nieoczekiwanych lokalizacjach.
- Wyraźne rozróżnienie pomiędzy węzłami fluorescencyjnymi a niefluorescencyjnymi.
- Potencjał do poprawy wyników chirurgicznych w onkologii ginekologicznej.
Wnioski
- Obrazowanie fluorescencyjne znacznie wspomaga śródoperacyjne wykrywanie węzłów chłonnych wartowników.
- Technika ta może prowadzić do bardziej precyzyjnych resekcji guzów.
- Przyszłe zastosowania mogą obejmować ocenę marginesów nowotworowych oraz indywidualnie dostosowane interwencje.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Śródoperacyjne obrazowanie fluorescencyjne rozwiązuje kluczowy problem w onkologii chirurgicznej: potrzebę precyzyjnego anatomicznie prowadzenia w czasie rzeczywistym podczas biopsji węzła wartowniczego. Dzięki umożliwieniu dynamicznej wizualizacji przepływu limfy i identyfikacji węzłów bez polegania na radiokoloidzie, metoda ta zwiększa pewność prognostyczną w ocenie stopnia zaawansowania nacieku w węzłach chłonnych i zmniejsza złożoność procedury. Jej integracja z procesami w onkologii ginekologicznej stwarza możliwość ograniczenia ryzyka w podejmowaniu decyzji chirurgicznych oraz lepszego dopasowania wyników śródoperacyjnych do wyników histopatologicznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wstępna faza odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie szlaków rozprzestrzeniania się limfatycznego w modelach guzów litych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia powtarzalną platformę do funkcjonalnej walidacji hipotez dotyczących przerzutów do węzłów chłonnych.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Umożliwia uzyskanie ilościowych odczytów fluorescencji w celu oceny biodystrybucji znacznika limfatycznego.
- Wartość operacyjna: Wspiera standaryzację protokołów obrazowania śródoperacyjnego w różnych miejscach przeprowadzania zabiegów chirurgicznych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Łączy obrazowanie limfatyczne z fazy odkryć z klinicznie istotną detekcją śródoperacyjną.
- Wartość operacyjna: Ułatwia zachowanie ciągłości od walidacji ex vivo do chirurgicznego prowadzenia in vivo.
Integracja potoków i procesów roboczych
Metoda ta sytuuje się na styku biologii odkrywczej i translacyjnych badań chirurgicznych, umożliwiając walidację hipotez dotyczących transportu limfatycznego w czasie rzeczywistym, co pozwala na weryfikację celów terapeutycznych oraz opracowanie strategii interwencyjnych opartych na biomarkerach.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących mechanizmów przerzutów limfatycznych w modelach przedklinicznych.
- Przesiewanie: Dostarcza ilościowych danych o biodystrybucji w czasie rzeczywistym w celu optymalizacji znaczników i przygotowania testów.
- Analityka: Umożliwia kwantyfikację stosunku sygnału do tła oraz mapowanie przestrzenne węzłów fluorescencyjnych dla analizy porównawczej warunków.
- Badania translacyjne: Łączy wydajność czynnika fluorescencyjnego z dokładnością detekcji śródoperacyjnej w systemach istotnych dla danej choroby.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy wielokrotnego użytku platformę obrazowania, którą można dostosować do wielu wskazań dla nowotworów litych poza onkologią ginekologiczną.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w modelach przerzutów limfatycznych dzięki bezpośredniej wizualizacji śródoperacyjnej.
- Wartość operacyjna: Zwiększa standaryzację i powtarzalność wykrywania węzła wartowniczego w różnych zespołach chirurgicznych.
- Wartość strategiczna: Poprawia decyzje o kontynuacji lub odstąpieniu od zabiegu w planowaniu chirurgicznym poprzez redukcję wyników fałszywie ujemnych w ocenie węzłów chłonnych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację interwencji chirurgicznych z uwzględnieniem ryzyka na podstawie stanu węzłów w czasie rzeczywistym.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna w zakresie aparatury do obrazowania fluorescencyjnego oraz obsługi sondy śródoperacyjnej.
- Zależność od dostępu do dostosowanych systemów kamer multispektralnych z filtrowaniem wzbudzenia i emisji w zakresie NIR.
- Konieczna jest koordynacja interdyscyplinarna pomiędzy zespołami chirurgicznymi, obrazowania i patomorfologii w celu uzgodnienia protokołu.
- Należy uwzględnić autofluorescencję tkanek oraz zmienność sygnału tła w różnych populacjach pacjentów.
- Zależność od prawidłowej obsługi i przechowywania zieleni indocyjaninowej w celu zapobiegania fotodegradacji i zapewnienia integralności sygnału.
