Evaluering af hudhydrering med TeRAhertz-scanning (SINATRA)

SINATRA-undersøgelsen er pilotundersøgelse med det primære formål at udforske gennemførligheden af ​​forsøgsmetodologien. Derudover vil sekundære formål med undersøgelsen undersøge, om THz-lys er i stand til at detektere subtile forskelle i hudhydrering og deres kliniske relevans. På grund af den hidtil usete følsomhed af THz-lys over for hudhydrering, vil efterforskerne også undersøge, om forskellige hudtyper har en foretrukken optagelse af visse blødgørende midler. Dette vil omfatte tørre hudtilstande såsom eksem, psoriasis og postoperative ar. Dette vil give os information om, hvordan man optimerer de typer af blødgøringsmidler, der bruges i fremtidig udvikling af nye fugtighedscreme og solcremer. Dette er allerede under undersøgelse i en kohorte af frivillige med upåvirket hud (upublicerede pilotundersøgelsesdata, University of Warwick). Derudover vil efterforskerne som en del af SINATRA-studiet undersøge, om THz-billeddannelse er i stand til at detektere subklinisk (usynlig) hudkræft (restbasalcellekarcinom (BCC)) og forbedre diagnosen af ​​formodet hudkræft (malignt melanom) in vivo. Hudkræft er kendt for at producere en lokaliseret inflammatorisk reaktion og mikroskopisk hævelse, og derfor kan ændringerne i hudens hydrering muligvis måles objektivt ved THz-skinometri.

Terahertz (1012 Hz) pulseret billeddannelse er en ny teknik med høj opløsning og er først for nylig dukket op som et potentielt nyt klinisk værktøj til medicinsk billeddannelse. Det er en sikker billeddannelsesmodalitet, da lyset er ikke-ioniserende - det har en million gange lavere energi end en røntgenstråle og har derfor ikke nok energi til at forårsage ionisering. Effektniveauerne brugt i THz-systemerne i denne undersøgelse er også meget lave, således at der ikke er nogen varige effekter. Især vores in vivo THz-billedsystemer har en spidseffekt på mindre end 40mW og en gennemsnitlig effektintensitet på mindre end 4 µW/cm2. Undersøgelser af Hough et al [2] har vist, at selv brug af spidseffekt 50.000 gange højere og en gennemsnitlig intensitet 30 gange højere ikke forårsager nogen ændring i genekspression. Derfor er effektniveauer, der bruges i vores THz in vivo billeddannelsessystemer, sikre og har ingen kendte bivirkninger eller risici

SINATRA-undersøgelsen vil indsamle foreløbige pilotdata fra deltagere i en to-arms gennemførlighedsobservationsundersøgelse.

1. En arm vil bestå af 100 patienter med kendt eller mistænkt hudkræft (hudkræft defineret som: ufuldstændigt udskåret BCC med histologisk påvist radial margin involvering; biopsi påvist BCC eller pigmenterede læsioner, der er mistænkelige for malignt melanom). Billeder vil blive taget i klinikken forud for planlagt hudoperation og senere sammenlignet med de formelle histologiske resultater, efter at den primære (melanom) eller den resterende (BCC) tumor er blevet fjernet.
2. Den anden arm vil bestå af 50 patienter med godartede tørre hudsygdomme (eksem, psoriasis, hudtransplantationer, ar osv.) og vil sammenligne vandindholdet i deres hud før og efter påføring af passende blødgøringsmidler i almindelig brug (f.eks. E45®, Aveeno®, Doublebase®). Dette vil føje til det eksisterende datasæt, der er blevet registreret fra raske ikke-patientfrivillige (upublicerede data, University of Warwick). Dette kan være med til at vejlede patientspecifik udvælgelse af blødgørende middel i fremtiden.

Dette vil tilføje videnbasen til at definere udseendet af hudkræft under THz-skinometri. De spektroskopiske fund vil ikke påvirke den etablerede behandling, der vil være planlagt i samarbejde med en konsulterende hudlæge eller plastikkirurg og patienten.

Undersøgelsesarm 1: Undersøgelsesarmen på 50 patienter med godartede tørre hudsygdomme vil gennemgå en scanning med THz-skinometeret og sammenligne vandindholdet i huden før og efter påføring af ordentlige blødgøringsmidler i almindelig brug (f.eks. E45®, Aveeno®, Doublebase®). Deltagerne får en THz-scanning af det tørre hudområde og et kontrolområde. Derefter påfører de deres blødgørende middel og venter i 10 minutter med yderligere 2 scanninger af kontrolområdet og det tørre hudområde. Til sidst vil der være yderligere 10 minutters ventetid, før der skal foretages en sidste scanning af kontrolområdet og det tørre hudområde. Der er 6 scanninger i alt for denne gruppe.

Undersøgelsesarm 2: Armen med 100 patienter med kendt eller formodet hudkræft vil få en scanning med THz skinometer i klinikken forud for deres planlagte hudoperation. De vil blive scannet på kræftområdet og et kontrolområde for i alt 2 scanninger. Senere vil resultaterne af THz-scanningen blive sammenlignet med de formelle histologiske resultater, efter at den primære (melanom) eller den resterende (BCC) tumor er blevet fjernet.

In vivo THz-billeder fra et casestudie af patienter med BCC i 2004 antydede, at det burde være muligt at opdage hudkræft skjult under huden ved hjælp af THz-billeddannelse. Spektroskopiske undersøgelser foretaget af Emma MacPherson og hendes kollegaer i Cambridge i 2006 viste, at de grundlæggende THz-egenskaber ved frisk fjernede (udskåret) hudkræfttumorer er statistisk signifikant forskellige fra sundt væv, og det menes, at forskellene primært skyldes ændringer i vandindholdet i vævet. THz-lysets høje følsomhed over for vand betyder også, at THz-signalet er stærkt dæmpet og har en meget begrænset penetrationsdybde i væv - dermed ville THz-scanning opleve store vanskeligheder med at opdage dybe tumorer. Indtrængningsdybden afhænger af signal-til-støj-forholdet i THz-billeddannelsessystemet, derfor er der blevet gjort bestræbelser på at forbedre signalbehandlingen og/eller THz-instrumenteringen. Siden da har EM undersøgt de underliggende THz-billedkontrastmekanismer samt udviklet nye algoritmer og tilgange til at forbedre nøjagtigheden af ​​prøvekarakterisering samt accelerere THz-billeddataopsamling. Dette nyere arbejde skubber det nyeste inden for THz in vivo-billeddannelse, både med hensyn til nøjagtighed og hastighed. Dette betyder, altafgørende, at efterforskerne nu er bedre rustet til at udføre THz-billeddannelse in vivo-undersøgelser, og at efterforskerne endda har været i stand til at redegøre for hudens porer, der er blokeret (okkkluderet) af billedvinduet under THz-målingens varighed. Denne 'okklusionsproces' betyder, at huden ikke kan trække vejret normalt, og vand samler sig i det yderste lag af huden, stratum corneum (SC). EM har udnyttet dette fænomen til at være banebrydende i brugen af ​​THz-billeddannelse til at bestemme vanddiffusionshastigheden i SC under okklusion. EM har også udviklet in vivo-billeddannelsesinstrumenteringsteknikker og identificeret de vigtigste variabler og parametre såsom kontakttryk og okklusionsvarighed. EMs seneste resultater viser, at hudens brydningsindeks stiger både med stigende tryk og stigende okklusionstid. Disse resultater vil blive brugt til at udvikle THz skinometer og ledsagende karakteriseringsalgoritmer inden for denne undersøgelse. EM's resultater viser, hvordan THz-billeddannelse kan bruges til at måle hudens hydreringsprofil og vanddiffusion, og dette er grundlaget for teorien, der vil blive videreudviklet i SINATRA-studiet for at evaluere penetration og holdbarhed af blødgøringsmidler og solcremer i forskellige hudtyper . Pilotdataene indsamlet i SINATRA-studiet vil være værdifulde i udviklingen af ​​et større forsøg, der fører til en transformativ forbedring af forebyggelse og behandling af hudkræft og bedre fugtighedsstrategier for andre hudsygdomme.