卵巣病変の経膣イメージングのための同時登録された超音波および光音響イメージングプロトコル
Summary
卵巣/付属器病変の経膣イメージングのための超音波および光音響イメージングプロトコルの同時登録を報告します。このプロトコルは、他のトランスレーショナル光音響イメージング研究、特に光音響信号の検出に市販の超音波アレイを使用し、イメージングに標準的な遅延和ビームフォーミングアルゴリズムを使用する研究にとって価値がある可能性があります。
Abstract
卵巣がんは、早期発見と診断のための信頼できるスクリーニングツールがないため、すべての婦人科悪性腫瘍の中で最も致命的なままです。光音響イメージングまたは断層撮影(PAT)は、がん診断の重要なパラメータである卵巣/付属器病変の総ヘモグロビン濃度(相対スケール、rHbT)および血中酸素飽和度(%sO2)を提供できる新しいイメージングモダリティです。同時登録された超音波(米国)と組み合わせることで、PATは卵巣がんを検出し、卵巣病変を正確に診断して効果的なリスク評価を行い、良性病変の不要な手術を減らすための大きな可能性を示しています。ただし、臨床アプリケーションにおけるPATイメージングプロトコルは、私たちの知る限り、研究によって大きく異なります。ここでは、他の臨床研究、特に光音響信号の検出に市販の超音波アレイを使用し、イメージングに標準的な遅延和ビームフォーミングアルゴリズムを使用する臨床試験に役立つ経膣卵巣がんイメージングプロトコルを報告します。
Introduction
光音響イメージングまたは断層撮影(PAT)は、米国の解像度と組織の光学拡散限界(~1 mm)をはるかに超える深さで光吸収分布を測定するハイブリッドイメージングモダリティです。PATでは、ナノ秒のレーザーパルスを使用して生体組織を励起し、光吸収による一時的な温度上昇を引き起こします。これにより、最初の圧力が上昇し、結果として生じる光音響波は米国のトランスデューサーによって測定されます。マルチスペクトルPATでは、波長可変レーザーまたは異なる波長で動作する複数のレーザーを使用して組織を照らし、それによって複数の波長での光吸収マップの再構築が可能になります。マルチスペクトルPATは、近赤外(NIR)ウィンドウでの酸素化および脱酸素化ヘモグロビンの差別吸収に基づいて、腫瘍血管新生および血中酸素化消費または腫瘍代謝に関連するすべての機能的バイオマーカーである、酸素化および脱酸素化ヘモグロビン濃度、総ヘモグロビン濃度、および血中酸素飽和度の分布を計算できます。PATは、卵巣がん1,2、乳がん3,4,5、皮膚がん6、甲状腺がん7,8、子宮頸がん9、前立腺がん10,11、結腸直腸がん12など、多くの腫瘍学アプリケーションで成功を収めています。
卵巣がんは、すべての婦人科悪性腫瘍の中で最も致命的です。卵巣がんの38%のみが早期(限局性または地域性)段階で診断され、5年生存率は74.2%から93.1%です。ほとんどが後期に診断され、5年生存率は30.8%以下です13。経膣超音波検査(TUS)、ドップラーUS、血清がん抗原125(CA 125)、およびヒト精巣上体タンパク質4(HE4)を含む現在の臨床診断方法は、早期卵巣癌診断に対する感度と特異性に欠けることが示されています14、15、16。さらに、良性卵巣病変の大部分は、現在の画像技術では正確に診断することが困難な場合があり、医療費の増加や外科的合併症を伴う不必要な手術につながります。したがって、管理と結果を最適化するために、付属器腫瘤のリスク層別化のための追加の正確な非侵襲的方法が必要です。明らかに、早期卵巣がんに敏感で特異的であり、良性病変から悪性病変を特定するのにより正確な技術が必要です。
私たちのグループは、臨床USシステム、光送達用の光ファイバーを収納するカスタムメイドのプローブシース、およびチューナブルレーザー1を組み合わせることにより、卵巣癌診断のための同時登録された経膣USおよびPATシステム(USPAT)を開発しました。USPATシステムから得られる総ヘモグロビン濃度(相対スケール、rHbT)と血中酸素飽和度(%sO2)は、早期卵巣がんの検出と、効果的なリスク評価と不要な良性病変手術の減少のための卵巣病変の正確な診断に大きな可能性を示しています1,2。現在のシステム回路図を図1に、制御ブロック図を図2に示します。この戦略は、TUSの感度と特異性を改善するための機能パラメータ(rHbT、%sO2)を提供しながら、卵巣がん診断のための既存のTUSプロトコルに統合する可能性があります。
Protocol
Representative Results
Discussion
光学照明
使用されるファイバーの数は、光の照明の均一性とシステムの複雑さという2つの要因に基づいています。ホットスポットを避けるために、皮膚表面に均一な光照明パターンを持つことが重要です。また、最小限のファイバ数でシステムをシンプルかつ堅牢に保つことも重要です。4本の別々のファイバーの使用は、数ミリメートル以上の深さで均一な照明を作成する?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作業はNCI(R01CA151570、R01CA237664)によってサポートされました。著者らは、患者の募集を支援してくれたマシュー・パウエル博士が率いる婦人科腫瘍学グループ全体、米国の研究を支援してくれた放射線科医のケーリー・シーゲル博士、ウィリアム・ミドルトン博士、マラク・イトナイ博士、およびデータの病理学解釈を支援してくれた病理学者のイアン・ハーゲマン博士に感謝の意を表した。著者らは、研究スケジュールの調整、研究の患者の特定、およびインフォームドコンセントの取得におけるMegan LutherとGYN研究コーディネーターの努力に感謝の意を表します。
Materials
| Clinical US imaging system | Alpinion Medical Systems | EC-12R | Fully programmable clinical US system |
| Dielectric mirror | Thorlabs | BB1-E03 | Used to reflect light along the optical path |
| Endocavity US transducer | Alpinion Medical Systems | EC3-10 | Transvaginal ultrasound probe |
| Laser power meter | Coherent | LabMax TOP | Used to measure laser energy |
| Multi-mode optical fiber | Thorlabs | FP1000ERT | Couple laser light to the endocavity ultrasound probe |
| Non-polarizing beam splitter plate | Thorlabs | BSW11 | For splitting laser beam into sensors to measure energy |
| Plano-concave lens | Thorlabs | LC1715 | For laser beam expansion |
| Plano-convex lens | Thorlabs | LA1484-B | For laser beam collimation |
| Plano-convex lens | Thorlabs | LA1433-B | Used to focus light into four optical fibers |
| Polarizing beam splitter cube | Thorlabs | PBS252 | For splitting laser beam into four beams |
| Protective probe shealth | Custom 3D printed | Hold and protect the four optical fibers at the tip of the ultrasound probe | |
| Right angle prism mirror | Thorlabs | MRA25-E03 | Used to reflect light along the optical path |
| Tunable laser system | Symphotic TII | LS-2145-LT50PC | Light source for multispectral PAT |
| USPAT control software | Custom developed in C++ | Controls acquisition parameters of the ultrasound machine and the laser wavelength | |
| USPAT image display software | Custom developed in C++ | Displays the US/PAT B-scans and sO2/rHbT maps in real time |
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