Eine klinische Machbarkeitsstudie eines photoakustischen Finders

-Einleitung Das Vorhandensein von Lymphmetastasen bei Brustkrebspatientinnen ist ein wichtiger prognostischer Faktor für das Überleben, und eine genaue Stadieneinteilung führt zu einer geeigneten adjuvanten Behandlung. Die Sentinel-Lymphknoten-Biopsie (SLNb) ist eine Standardmethode zur Bestätigung regionaler axillärer Lymphmetastasen bei Brustkrebspatientinnen. Sentinel-Lymphknoten (SLNs) sind eine Gruppe initialer Lymphknoten (LNs), die sich in der Nähe des Tumors befinden und über Lymphgefäße (LVs) verbunden sind. Hypothetisch handelt es sich dabei um die ersten Lymphknoten, die ein Primärtumor in das regionale Lymphbecken entwässert. Wenn metastatische Tumorzellen in den exzidierten SLNs nicht bestätigt werden, kann die Inzidenz von Morbiditäten wie Lymphödemen durch den Verzicht auf unnötige axilläre Lymphknotendissektionen (ALND) reduziert werden. Das SLNb-Verfahren ist eine dualmodale Methode, die einen radioaktiven Tracer (z. B. 99mTc) und/oder einen blauen Farbstoff zur Identifizierung der SLNs verwendet. Der radioaktive Tracer und der blaue Farbstoff werden vor der Operation verabreicht, vom Lymphsystem absorbiert und fließen schließlich in die SLNs. Während der chirurgischen Eingriffe werden die SLNs durch visuelle Inspektion blau gefärbter LVs und Radioaktivitätserkennung mithilfe einer Gammasonde identifiziert. Die identifizierten SLNs werden anschließend herausgeschnitten und zur pathologischen Untersuchung geschickt, um den möglichen metastatischen Tumor zu beurteilen.

Die dualmodale Methode erhöht die Genauigkeit und Effizienz der SLN-Identifizierung, indem sie die besonderen Vorteile jeder Methode nutzt. Die radioaktiven Isotope in der SLNb-Operation stellen jedoch ein inhärentes Strahlenexpositionsrisiko dar und erfordern spezielle Einrichtungen und qualifiziertes medizinisches Personal. Diese Faktoren führen zu einer Komplexität des chirurgischen Eingriffs und schaffen Hindernisse für die Implementierung von SLNb in örtlichen Krankenhäusern. Darüber hinaus erfordert die Verabreichung radioaktiven Materials in der Regel die Zusammenarbeit mit einer nuklearmedizinischen Abteilung, was die direkte Nutzung durch den Chirurgen einschränkt und Auswirkungen auf die Operationsplanung haben kann. Da radioaktive Isotope schließlich keine visuellen Informationen liefern, ist die intuitive Identifizierung von SLNs eine Herausforderung. Andererseits färbt der blaue Farbstoff das Lymphnetzwerk visuell und ermöglicht so die intuitive Identifizierung von SLNs ohne Strahlenbelastung. Wenn man sich jedoch auf die visuelle Untersuchung blau gefärbter SLNs verlässt, kann dies aufgrund variabler Läsionsmerkmale wie dem Vorhandensein von Fettgewebe und Blut zu intermedizinischen Schwankungen und potenziellen Ungenauigkeiten bei der Identifizierung von SLNs führen. Diese Einschränkungen machen es schwierig, blauen Farbstoff in LNs zu erkennen, was letztendlich zu einer verringerten Empfindlichkeit bei der SLN-Erkennung führt.

Die photoakustische (PA) Bildgebung oder Erfassung ist eine nichtionisierende Technik, die die intrinsischen Lichtabsorptionseigenschaften biologischer Gewebekomponenten nutzt. Um PA-Signale zu erzeugen, induziert ein gepulster Nanosekundenlaser wiederholte sofortige Wärmeausdehnungen innerhalb einer Probe und erzeugt so akustische Wellen. Diese akustischen Wellen werden dann von einem Ultraschallwandler erfasst und analysiert, um das Vorhandensein bestimmter Bestandteile in der Probe zu bestätigen. Die PA-Sensortechnologie kann farbstoffgefärbte LNs mit hoher Empfindlichkeit erkennen und eine quantitative Darstellung in Echtzeit liefern. Mit dieser Methode kann das Vorhandensein oder Fehlen von gefärbten SLNs, die bei der visuellen Inspektion möglicherweise nicht zu unterscheiden waren, präzise bestimmt werden. Folglich kann es SLNb-Verfahren ohne radioaktive Materialien erleichtern. In unseren früheren Studien wurde ein hochmodernes System namens Photoacoustic Finder (PAF) erfolgreich entwickelt. Es ist bemerkenswert effizient bei der Erkennung von SLNs und behält gleichzeitig ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) bei. Der PAF kombiniert ein Solid-State-Dye-Laserhandstück (SSD) und einen transparenten Ultraschallwandler (TUT) in einer präzise koaxialen Konfiguration. Diese Studie beschreibt präklinische Studien mit dem PAF, die seine Fähigkeit zum genauen Nachweis blau gefärbter SLNs bestätigten.

Diese klinische Querschnittsstudie wurde ex vivo durchgeführt, um die Machbarkeit der Verwendung des PAF in einem klinischen Umfeld zu validieren. Der Prozess bestätigt das Signal von exzidierten LNs, die mit der dualmodalen Methode identifiziert wurden, und der PAF, bevor sie an die Pathologie weitergeleitet werden. Um die Erkennungsleistung zu bestimmen, wird die Wirksamkeit von PAF mit der Erkennungsrate von Standard-SLNb verglichen. Die Ergebnisse belegen die klinische Machbarkeit der Verwendung von PAF für SLNb und stellen eine nicht radioaktive Alternative dar.

-Studiendesign: Diese Studie wurde als offene, einarmige Ex-vivo-Querschnittsstudie an einer einzigen Einrichtung durchgeführt, um die Wirksamkeit von PAF im Vergleich zu standardmäßigen dualmodalen Methoden zur SLN-Erkennung bei der Behandlung von Brustkrebs zu untersuchen . Die SLNb-Verfahren folgten internationalen Richtlinien und verwendeten sowohl Radioisotopen- als auch Blaufarbstoffkartierung. SLNs wurden mithilfe einer Gammasonde und einer visuellen Inspektion mit blauem Farbstoff identifiziert, dann reseziert und markiert, um dies erneut mit einer Gammasonde und einer visuellen Inspektion mit blauem Farbstoff zu bestätigen. Anschließend wurde PAF verwendet, um Signale von den LNs zu erfassen. Um potenzielle Fehler wie Etikettierungsfehler und LN-Lieferfehler zu minimieren, wurde das PAF-System im Operationssaal platziert. An der Studie nahmen Frauen teil, bei denen Brustkrebs diagnostiziert wurde und die sich in der Abteilung für Brustchirurgie am St. Mary's Hospital in Seoul, Republik Korea, vorstellten.

-Sentinel-Lymphknotenbiopsie: Die SLNb wurde gemäß etablierten internationalen Richtlinien durchgeführt, wobei sowohl Radioisotopen- als auch Blaufarbstoff-Kartierungsmethoden zum Einsatz kamen. An der Studie nahmen fünf chirurgische Onkologen teil, die alle Erfahrung in der Durchführung standardmäßiger dual-modaler SLNb hatten und das klinische Protokoll verstanden. Das Radioisotop (0,1 ml 99mTc-Phytat) wurde innerhalb von 30 Minuten bis 8 Stunden vor der Operation in den subdermalen Lymphflexus unter dem Warzenhof verabreicht. Zu Beginn der Operation bestätigte der Operateur die Lage des Tumors. Anschließend wurde vor der Inzision ein blauer Farbstoff (Indigokarmin, 2–5 ml) peritumoral oder periareolar injiziert und nach der Injektion eine Minute lang massiert. Das Achselknotenbecken wurde mit einer tragbaren Gammasonde genau untersucht, um radioaktive Signale zu erkennen, und visuell mit bloßem Auge untersucht, um stark blau gefärbte LNs zu erkennen. Die Identifizierung von SLNs wurde fortgesetzt, bis entweder kein weiteres Signal von der Gammasonde erkannt wurde oder keine blau gefärbten LNs mehr in den Knotenbecken innerhalb des Operationsfeldes gefunden wurden. Für diese Studie wurden SLNs als LNs definiert, deren Gammasondensignal mehr als 10 % des maximalen Signalwerts beträgt und/oder die sichtbar mit blauem Farbstoff gefärbt sind. Darüber hinaus wurden, basierend auf der Erfahrung des Chirurgen, auch abnormal tastbare LNs entfernt, die mit der Gammasonde und der visuellen Inspektion nicht erkannt wurden, und diese wurden als Nicht-SLNs gekennzeichnet. Die SLNs und Nicht-SLNs wurden durch PAF weiter untersucht und anschließend zur Gefrierschnittanalyse an die Pathologieabteilung weitergeleitet.

-Stichprobengröße: Um die erforderliche Stichprobengröße zum Testen der Nichtunterlegenheit von PAF und der dualmodalen Methode zu bestimmen, wurde der Nichtunterlegenheits-Chi-Quadrat-Stichprobengrößenschätzer verwendet, wobei eine Nichtunterlegenheitsmarge von 5 % verwendet wurde, was einer Signifikanz entspricht Level (Alpha) von 5 % und eine Power (1-Beta) von 80 %. Aufgrund früherer Untersuchungen und experimenteller Daten aus Tests wurde angenommen, dass die visuelle Erkennungsrate bei SLNs etwa 78 % und bei PAF 84 % betragen würde. Berechnungen ergaben, dass insgesamt 157 SLNs erforderlich wären, was etwa 1,5 SLNs pro Patient entspricht, sodass die Aufnahme von 115 Patienten erforderlich wäre, um die Anforderungen an die Stichprobengröße zu erfüllen, mit einem voraussichtlichen Abbruch von 10 %.

-Statische Analysemethoden:

Die primären Endpunkte, nämlich die SLN-Erkennungsraten für die Gammasonde, die visuelle Inspektion und die PAF, wurden wie folgt definiert:

Erkennungsrate = (Anzahl der erkannten SLNs)/(Gesamtzahl der SLNs) ×100 [%]

Die sekundären Endpunkte umfassten die Ergebnisse einer Nichtunterlegenheitsanalyse, die mithilfe des Chi-Quadrat-Tests durchgeführt wurde. Darüber hinaus wurden die Sensitivität und Spezifität durch eine ROC-Kurvenanalyse als Teil der zusätzlichen Endpunkte bewertet. In Bezug auf primäre und sekundäre Endpunkte wurden SLNs speziell untersucht, wobei Nicht-SLNs ausgeschlossen wurden, um eine mögliche Subjektivität des Chirurgen zu minimieren.

Der Wilcoxon Mann-Whitney U-Test wurde durchgeführt, um den Grenzwert für den PAF zu bestimmen, und die statistischen Signifikanzen zwischen 99mTc+/-, blau+/- und nicht injizierten Gruppen wurden verglichen. In einer Nichtunterlegenheitsanalyse wurde ein Chi-Quadrat-Test durchgeführt, um die Risikounterschiede für 99mTc+-, Blue+- und PAF+-Knoten zu vergleichen. Der T-Test unabhängiger Stichproben wurde für andere Normalverteilungen wie Alter und BMI verwendet. Alle statistischen Analysen in dieser Studie wurden mit MATLAB R2022a mit der Statistics and Machine Learning Toolbox durchgeführt.