En klinisk gennemførlighedsundersøgelse af en fotoakustisk finder

-Introduktion Tilstedeværelsen af ​​lymfatiske metastaser hos brystkræftpatienter er en vigtig prognostisk faktor for overlevelse, og nøjagtig stadieinddeling fører til passende adjuverende behandling. Sentinel lymfeknudebiopsi (SLNb) er en standardmetode, der bruges til at bekræfte regionale aksillære lymfatiske metastaser hos brystkræftpatienter. Sentinel-lymfeknuder (SLN'er) er en gruppe initiallymfeknuder (LN'er) placeret i nærheden af ​​tumoren og forbundet via lymfekar (LV'er), hypotetisk de første, som en primær tumor dræner i det regionale lymfebassin. Hvis metastatiske tumorceller ikke bekræftes i de udskårne SLN'er, kan forekomsten af ​​morbiditet, såsom lymfødem, reduceres ved at udelade unødvendig aksillær lymfeknudedissektion (ALND). SLNb-proceduren er en dual-modal metode, der anvender et radioaktivt sporstof (f.eks. 99mTc) og/eller blåt farvestof til at identificere SLN'erne. Det radioaktive sporstof og det blå farvestof administreres før operation og absorberes af lymfesystemet, og til sidst strømmer de ind i SLN'erne. Under de kirurgiske procedurer identificeres SLN'erne gennem visuel inspektion af blåfarvede LV'er og radioaktivitetsdetektion ved hjælp af en gammaprobe. De identificerede SLN'er udskæres efterfølgende og sendes til patologisk undersøgelse for at vurdere den potentielle metastatiske tumor.

Den dobbeltmodale metode øger nøjagtigheden og effektiviteten af ​​SLN-identifikation ved at udnytte de forskellige fordele ved hver metode. Imidlertid udgør de radioaktive isotoper i SLNb-kirurgien en iboende risiko for strålingseksponering og nødvendiggør specialiserede faciliteter og kvalificeret medicinsk personale. Disse faktorer introducerer kompleksitet i den kirurgiske procedure og skaber hindringer for implementeringen af ​​SLNb på lokale hospitaler. Derudover kræver administration af radioaktivt materiale typisk samarbejde med en nuklearmedicinsk afdeling, hvilket begrænser kirurgens direkte brug og kan påvirke kirurgisk tidsplan. Endelig, fordi radioaktive isotoper ikke giver visuel information, er den intuitive identifikation af SLN'er udfordrende. På den anden side farver blåt farvestof det lymfatiske netværk, hvilket muliggør intuitiv identifikation af SLN'er uden strålingseksponering. Men at stole på visuel inspektion af blåfarvede SLN'er kan introducere inter-læge-variabilitet og potentielle unøjagtigheder i at identificere SLN'er på grund af variable læsionskarakteristika såsom tilstedeværelsen af ​​fedtvæv og blod. Disse begrænsninger gør det udfordrende at se blåt farvestof i LN'er, hvilket i sidste ende fører til reduceret følsomhed i SLN-detektionen.

Fotoakustisk (PA) billeddannelse eller sensing er en ikke-ioniserende teknik, der udnytter de iboende lysabsorptionsegenskaber af biologiske vævskomponenter. For at generere PA-signaler inducerer en nanosekunds pulserende laser gentagne øjeblikkelige termiske udvidelser i en prøve, hvilket skaber akustiske bølger. Disse akustiske bølger fanges derefter af en ultralydstransducer og analyseres for at bekræfte tilstedeværelsen af ​​specifikke bestanddele i prøven. PA-sensorteknologi kan detektere farvestoffarvede LN'er med høj følsomhed og give en kvantitativ repræsentation i realtid. Denne metode kan præcist bestemme tilstedeværelsen eller fraværet af farvede SLN'er, der muligvis ikke kunne skelnes gennem visuel inspektion. Følgelig kan det lette SLNb-procedurer uden radioaktive materialer. I vores tidligere undersøgelser blev et banebrydende system kendt som den fotoakustiske finder (PAF) med succes udviklet. Det er bemærkelsesværdigt effektivt til at detektere SLN'er, mens det opretholder et højt signal-til-støj-forhold (SNR). PAF kombinerer et solid-state dye (SSD) laserhåndstykke og en transparent ultralydstransducer (TUT) i en præcis koaksial konfiguration. Denne undersøgelse beskriver prækliniske forsøg med PAF, som bekræftede dens evne til nøjagtigt at detektere blåfarvede SLN'er.

Dette tværsnits kliniske studie blev udført ex vivo for at validere gennemførligheden af ​​at bruge PAF i et klinisk miljø. Processen bekræfter signalet fra udskårne LN'er identificeret ved den dual-modale metode og PAF, før de sendes til patologi. For at bestemme dets detektionsydelse sammenlignes effektiviteten af ​​PAF med detektionshastigheden for standard SLNb. Resultaterne fastslår den kliniske gennemførlighed af at bruge PAF til SLNb, hvilket giver et ikke-radioaktivt alternativ.

-Studiedesign: Denne undersøgelse blev udført som et tværsnits, åbent, enkeltarmet ex vivo-studie inden for en enkelt institution for at undersøge effektiviteten af ​​PAF sammenlignet med standard dual-modale metoder til SLN-detektion i behandlingen af ​​brystkræft . SLNb-procedurerne fulgte internationale retningslinjer ved at bruge både radioisotop- og blåfarvekortlægning. SLN'er blev identificeret ved hjælp af gamma-probe og visuel inspektion af blåt farvestof, derefter resekeret og mærket for at bekræfte med gamma-probe og visuel inspektion af blåt farvestof. Efterfølgende blev PAF anvendt til at fange signaler fra LN'erne. For at minimere potentielle fejl såsom mærkningsfejl og LN leveringsfejl blev PAF-systemet placeret på operationsstuen. Undersøgelsen indskrev kvinder diagnosticeret med brystkræft, som henvendte sig til afdelingen for brystkirurgi på St. Mary's Hospital, Seoul, Republikken Korea.

- Sentinel lymfeknudebiopsi: SLNb'en blev udført i overensstemmelse med etablerede internationale retningslinjer, ved at bruge både radioisotop- og blå farvekortlægningsmetoder. Fem kirurgiske onkologer deltog i undersøgelsen, som alle havde erfaring med at udføre standard dual-modal SLNb og forstod den kliniske protokol. Radioisotopen (0,1 ml 99mTc-phytat) blev indgivet i den subdermale lymfatiske flexus under areola inden for 30 minutter til 8 timer før operation. Da operationen startede, bekræftede operatøren placeringen af ​​tumoren. Derefter blev et blåt farvestof (indigo carmine, 2-5 ml) injiceret peritumoralt eller periareolært før incision, med efterfølgende massage i 1 minut efter injektion. Det aksillære nodalbassin blev nøje undersøgt ved hjælp af en håndholdt gammasonde til at detektere radioaktive signaler og visuelt undersøgt med det blotte øje for at detektere groft blåfarvede LN'er. Identifikationen af ​​SLN'er fortsatte, indtil der enten ikke blev detekteret noget yderligere signal af gammasonden, eller der ikke længere blev fundet blåfarvede LN'er i knudebassinerne inden for operationsfeltet. Til denne undersøgelse blev SLN'er defineret som LN'er med et gammaprobesignal større end 10% af den maksimale signalværdi og/eller synligt farvet med blåt farvestof. Baseret på kirurgens erfaring blev unormalt håndgribelige LN'er, der ikke blev påvist ved gammasonde og visuel inspektion, også skåret ud, og disse blev mærket som ikke-SLN'er. SLN'erne og ikke-SLN'erne blev yderligere undersøgt af PAF og blev efterfølgende sendt videre til patologisk afdeling til analyse af frosset snit.

-Sample Size: For at bestemme den nødvendige stikprøvestørrelse til at teste PAF's non-inferioritet og dual-modal-metoden, blev non-inferiority chi-square prøvestørrelsesestimatoren brugt, ved at anvende en non-inferioritetsmargin på 5%, en signifikans niveau (alfa) på 5 % og en styrke (1-beta) på 80 %. Ud fra tidligere forskning og baseret på eksperimentelle data fra test blev det antaget, at den visuelle detektionsrate ville være ca. 78% for SLN'er og 84% for PAF. Beregninger afslørede, at i alt 157 SLN'er ville være nødvendige, svarende til ca. 1,5 SLN'er pr. patient, hvilket krævede indskrivning af 115 patienter for at opfylde prøvestørrelseskravene med et forventet frafald på 10 %.

-Statiske analysemetoder:

De primære endepunkter, som var SLN-detektionshastighederne for gammasonden, visuel inspektion og PAF, blev defineret som følger:

Detektionshastighed= (Antal detekterede SLN'er)/(Samlet antal SLN'er) ×100 [%]

De sekundære endepunkter omfattede resultaterne af en non-inferioritetsanalyse udført ved hjælp af chi-kvadrat-testen. Derudover blev sensitiviteten og specificiteten vurderet gennem ROC-kurveanalyse som en del af de yderligere endepunkter. Med hensyn til primære og sekundære endepunkter blev SLN'er specifikt undersøgt, ekskluderende ikke-SLN'er for at minimere potentielle kirurgens subjektivitet.

Wilcoxon Mann-Whitney U-testen blev udført for at bestemme cutoff for PAF, og de statistiske signifikanser mellem 99mTc+/-, blå+/- og ikke-injicerede grupper blev sammenlignet. I en non-inferioritetsanalyse blev der udført en chi-kvadrattest for at sammenligne risikoforskellene for 99mTc+, blue+ og PAF+ noder. Den uafhængige prøvers t-test blev brugt til andre normalfordelinger, såsom alder og BMI. Alle statistiske analyser i denne undersøgelse blev udført ved hjælp af MATLAB R2022a med Statistics and Machine Learning Toolbox.