Kliniczne studium wykonalności detektora fotoakustycznego

-Wprowadzenie Obecność przerzutów do limfy u chorych na raka piersi jest ważnym czynnikiem prognostycznym przeżycia, a dokładna ocena stopnia zaawansowania pozwala na zastosowanie odpowiedniego leczenia uzupełniającego. Biopsja węzła chłonnego wartowniczego (SLNb) jest standardową metodą potwierdzania regionalnych przerzutów limfatycznych w pachach u chorych na raka piersi. Węzły chłonne wartownicze (SLN) to grupa początkowych węzłów chłonnych (LN), zlokalizowanych w pobliżu guza i połączonych naczyniami limfatycznymi (LV), hipotetycznie pierwszych, z których guz pierwotny odprowadza wodę do regionalnego basenu limfatycznego. Jeśli w wyciętych SLN nie zostaną potwierdzone przerzuty komórek nowotworowych, częstość występowania schorzeń, takich jak obrzęk limfatyczny, można zmniejszyć, pomijając niepotrzebne rozwarstwienie węzłów chłonnych pachowych (ALND). Procedura SLNb jest metodą dwumodalną, w której do identyfikacji SLN wykorzystuje się radioaktywny znacznik (np. 99mTc) i/lub niebieski barwnik. Radioaktywny znacznik i niebieski barwnik podawane są przed operacją i wchłaniane przez układ limfatyczny, a ostatecznie przedostają się do SLN. Podczas zabiegów chirurgicznych SLN identyfikuje się poprzez kontrolę wzrokową zabarwionych na niebiesko LV i wykrywanie radioaktywności za pomocą sondy gamma. Zidentyfikowane SLN są następnie wycinane i wysyłane do badania patologicznego w celu oceny potencjalnego guza przerzutowego.

Metoda dualmodalna zwiększa dokładność i efektywność identyfikacji SLN poprzez wykorzystanie wyraźnych zalet każdej metody. Jednakże izotopy promieniotwórcze stosowane w chirurgii SLNb stwarzają nieodłączne ryzyko narażenia na promieniowanie i wymagają specjalistycznego sprzętu i wykwalifikowanego personelu medycznego. Czynniki te powodują złożoność procedury chirurgicznej i stwarzają przeszkody we wdrażaniu SLNb w lokalnych szpitalach. Co więcej, podanie materiału radioaktywnego zazwyczaj wymaga współpracy z oddziałem medycyny nuklearnej, co ogranicza bezpośrednie użycie przez chirurga i może mieć wpływ na harmonogram operacji. Wreszcie, ponieważ izotopy radioaktywne nie dostarczają informacji wizualnych, intuicyjna identyfikacja SLN jest wyzwaniem. Z drugiej strony niebieski barwnik wizualnie barwi sieć limfatyczną, umożliwiając intuicyjną identyfikację SLN bez narażenia na promieniowanie. Jednakże poleganie na oględzinach SLN zabarwionych na niebiesko może wprowadzić zmienność między lekarzami i potencjalne niedokładności w identyfikacji SLN ze względu na zmienną charakterystykę zmian, taką jak obecność tkanki tłuszczowej i krwi. Ograniczenia te utrudniają dostrzeżenie niebieskiego barwnika w LN, co ostatecznie prowadzi do zmniejszonej czułości wykrywania SLN.

Obrazowanie lub wykrywanie fotoakustyczne (PA) to technika niejonizująca, która wykorzystuje wewnętrzne właściwości absorpcji światła przez składniki tkanki biologicznej. Aby wygenerować sygnały PA, nanosekundowy laser impulsowy indukuje powtarzające się chwilowe rozszerzalności cieplne w próbce, tworząc fale akustyczne. Te fale akustyczne są następnie wychwytywane przez przetwornik ultradźwiękowy i analizowane w celu potwierdzenia obecności określonych składników w próbce. Technologia wykrywania PA umożliwia wykrywanie barwionych barwnikiem LN z dużą czułością i zapewnia ilościową reprezentację w czasie rzeczywistym. Dzięki tej metodzie można precyzyjnie określić obecność lub brak zabarwionych SLN, które mogły być nie do odróżnienia podczas oględzin. W związku z tym może ułatwić procedury SLNb bez materiałów radioaktywnych. W naszych poprzednich badaniach pomyślnie opracowano najnowocześniejszy system znany jako szukacz fotoakustyczny (PAF). Jest niezwykle skuteczny w wykrywaniu SLN przy zachowaniu wysokiego stosunku sygnału do szumu (SNR). PAF łączy w sobie głowicę lasera barwnikowego na ciele stałym (SSD) i przezroczysty przetwornik ultradźwiękowy (TUT) w precyzyjnie współosiowej konfiguracji. W tym badaniu opisano przedkliniczne badania PAF, które potwierdziły jego zdolność do dokładnego wykrywania SLN zabarwionych na niebiesko.

To przekrojowe badanie kliniczne przeprowadzono ex vivo w celu potwierdzenia wykonalności stosowania PAF w warunkach klinicznych. Proces potwierdza sygnał z wyciętych LN zidentyfikowanych metodą dualmodalną i PAF przed wysłaniem ich do patologii. Aby określić skuteczność wykrywania, skuteczność PAF porównuje się ze współczynnikiem wykrywalności standardowego SLNb. Wyniki potwierdzają kliniczną wykonalność zastosowania PAF w leczeniu SLNb, zapewniając nieradioaktywną alternatywę.

-Projekt badania: Badanie to przeprowadzono jako przekrojowe, otwarte, jednoramienne badanie ex vivo w jednej instytucji w celu sprawdzenia skuteczności PAF w porównaniu ze standardowymi metodami dualnymi do wykrywania SLN w leczeniu raka piersi . Procedury SLNb były zgodne z międzynarodowymi wytycznymi i wykorzystywały zarówno mapowanie radioizotopowe, jak i niebieskiego barwnika. SLN zidentyfikowano za pomocą sondy gamma i kontroli wzrokowej za pomocą niebieskiego barwnika, następnie wycięto i znakowano w celu ponownego potwierdzenia kontroli wizualnej za pomocą sondy gamma i niebieskiego barwnika. Następnie zastosowano PAF do przechwytywania sygnałów z LN. Aby zminimalizować potencjalne błędy, takie jak błędy w etykietowaniu i błędy w podawaniu LN, system PAF umieszczono na sali operacyjnej. Do badania włączono kobiety, u których zdiagnozowano raka piersi, zgłaszające się na oddział chirurgii piersi szpitala St. Mary's w Seulu w Korei.

-Biopsja węzła wartowniczego: SLNb wykonano zgodnie z ustalonymi międzynarodowymi wytycznymi, wykorzystując zarówno metodę mapowania radioizotopowego, jak i niebieskiego barwnika. W badaniu wzięło udział pięciu chirurgów onkologów, z których wszyscy mieli doświadczenie w wykonywaniu standardowych dwumodalnych SLNb i rozumieli protokół kliniczny. Radioizotop (0,1 ml fitynianu 99mTc) podawano do podskórnego splotu limfatycznego pod otoczką w ciągu 30 minut do 8 godzin przed operacją. Po rozpoczęciu operacji operator potwierdził lokalizację guza. Następnie wstrzyknięto niebieski barwnik (indygokarmin, 2-5 ml) okołoguzowo lub okołootoczkowo przed nacięciem, a następnie masowano przez 1 minutę po wstrzyknięciu. Dorzecze węzła pachowego dokładnie zbadano przy użyciu ręcznej sondy gamma w celu wykrycia sygnałów radioaktywnych oraz wizualnie zbadano gołym okiem w celu wykrycia wyraźnie zabarwionych na niebiesko LN. Identyfikacja SLN była kontynuowana do momentu, gdy sonda gamma nie wykryła dalszego sygnału lub do momentu, gdy w basenach węzłowych w polu operacyjnym nie znaleziono już zabarwionych na niebiesko LN. W tym badaniu SLN zdefiniowano jako LN z sygnałem sondy gamma większym niż 10% maksymalnej wartości sygnału i/lub widocznie zabarwionym niebieskim barwnikiem. Dodatkowo, w oparciu o doświadczenie chirurga, wycięto również nieprawidłowo wyczuwalne LN, które nie zostały wykryte za pomocą sondy gamma ani kontroli wzrokowej, i oznaczono je jako inne niż SLN. SLN i inne niż SLN zostały dalej zbadane przez PAF, a następnie przesłane do oddziału patologii w celu analizy zamrożonych skrawków.

-Wielkość próby: Aby określić wymaganą wielkość próby do badania równoważności PAF i metody dwumodalnej, zastosowano estymator wielkości próby chi-kwadrat równoważności, stosując margines równoważności wynoszący 5%, co stanowi istotność poziom (alfa) 5% i moc (1-beta) 80%. Opierając się na wcześniejszych badaniach i danych eksperymentalnych z testów, założono, że wskaźnik wykrywalności wizualnej wyniesie około 78% dla SLN i 84% dla PAF. Obliczenia wykazały, że potrzebnych byłoby łącznie 157 SLN, co odpowiada około 1,5 SLN na pacjenta, co wymagałoby włączenia 115 pacjentów w celu spełnienia wymagań dotyczących wielkości próby przy przewidywanym 10% porzuceniu badania.

-Metody analizy statycznej:

Pierwszorzędowe punkty końcowe, którymi były współczynniki wykrywalności SLN dla sondy gamma, kontrola wzrokowa i PAF, zdefiniowano w następujący sposób:

Współczynnik wykrywalności= (liczba wykrytych SLN)/(całkowita liczba SLN) ×100 [%]

Drugorzędowe punkty końcowe obejmowały wyniki analizy równoważności przeprowadzonej przy użyciu testu chi-kwadrat. Dodatkowo, jako część dodatkowych punktów końcowych, oceniono czułość i swoistość za pomocą analizy krzywej ROC. Jeśli chodzi o pierwszorzędowe i drugorzędowe punkty końcowe, szczegółowo zbadano SLN, z wyłączeniem innych niż SLN, aby zminimalizować potencjalną subiektywność chirurga.

W celu określenia wartości odcięcia dla PAF przeprowadzono test U Wilcoxona Manna-Whitneya i porównano istotności statystyczne pomiędzy grupami otrzymującymi 99mTc+/-, blue+/- i grupami, którym nie podano iniekcji. W analizie równoważności przeprowadzono test chi-kwadrat w celu porównania różnic ryzyka dla węzłów 99mTc+, niebieskich+ i PAF+. Zastosowano test t dla niezależnych próbek dla innych rozkładów normalnych, takich jak wiek i BMI. Wszystkie analizy statystyczne w tym badaniu przeprowadzono przy użyciu programu MATLAB R2022a z zestawem narzędzi do statystyki i uczenia maszynowego.