Hudhydratiseringsutvärdering med TeRAhertz-skanning (SINATRA)

SINATRA-studien är en pilotstudie med ett primärt syfte att utforska genomförbarheten av försöksmetodiken. Dessutom kommer sekundära syften med studien att undersöka om THz-ljus kan upptäcka subtila skillnader i hudhydrering och deras kliniska relevans. På grund av den oöverträffade känsligheten hos THz-ljus för hudhydrering, kommer utredarna också att undersöka om olika hudtyper har ett föredraget upptag av vissa mjukgörande ämnen. Detta skulle inkludera torra hudtillstånd som eksem, psoriasis och postoperativa ärr. Detta kommer att ge oss information om hur man optimerar de typer av mjukgörande medel som används i framtida utveckling av nya fuktkrämer och solskyddsmedel. Detta är redan under utredning i en kohort av frivilliga med opåverkad hud (opublicerade pilotstudiedata, University of Warwick). Dessutom, som en del av SINATRA-studien, kommer utredarna att undersöka om THz-avbildning kan detektera subklinisk (osynlig) hudcancer (resterande basalcellscancer (BCC)) och förbättra diagnosen av misstänkt hudcancer (malignt melanom) in vivo. Hudcancer är känd för att producera en lokal inflammatorisk reaktion och mikroskopisk svullnad och därför kan förändringarna i hudens hydrering kunna mätas objektivt med THz-skinometri.

Terahertz (1012 Hz) pulsad avbildning är en ny teknik med hög upplösning och har först nyligen dykt upp som ett potentiellt nytt kliniskt verktyg för medicinsk bildbehandling. Det är en säker avbildningsmodalitet eftersom ljuset är icke-joniserande - det har en miljon gånger lägre energi än en röntgenstråle och har därför inte tillräckligt med energi för att orsaka jonisering. Effektnivåerna som används i THz-systemen i denna studie är också mycket låga så att det inte finns några bestående effekter. I synnerhet har våra in vivo THz-bildsystem en toppeffekt på mindre än 40mW och en genomsnittlig effektintensitet på mindre än 4 µW/cm2. Studier av Hough et al [2] har visat att ens användning av toppeffekt 50 000 gånger högre och en genomsnittlig intensitet 30 gånger högre inte orsakar någon förändring i genuttryck. Därför är effektnivåer som används i våra THz in vivo bildsystem säkra och har inga kända biverkningar eller risker

SINATRA-studien kommer att samla in preliminära pilotdata från deltagare i en tvåarmad genomförbarhetsobservationsstudie.

1. En arm kommer att bestå av 100 patienter med känd eller misstänkt hudcancer (hudcancer definieras som: ofullständigt utskuren BCC med histologiskt bevisad radiell marginalinblandning; biopsi bevisad BCC, eller pigmenterade lesioner misstänkta för malignt melanom). Bilder kommer att tas på kliniken före planerad hudoperation och senare jämföras med de formella histologiska resultaten efter att den primära (melanom) eller kvarvarande (BCC) tumören har avlägsnats.
2. Den andra armen kommer att bestå av 50 patienter med godartade torra hudåkommor (eksem, psoriasis, hudtransplantat, ärr etc.) och kommer att jämföra vatteninnehållet i huden före och efter applicering av ett lämpligt mjukgörande medel i vanlig användning (t.ex. E45®, Aveeno®, Doublebase®). Detta kommer att läggas till den befintliga datamängden som har registrerats från friska frivilliga utan patient (opublicerade data, University of Warwick). Detta kan hjälpa till att vägleda patientspecifikt val av mjukgörande medel i framtiden.

Detta kommer att lägga till kunskapsbasen för att definiera utseendet på hudcancer under THz-skinometri. De spektroskopiska fynden kommer inte att påverka den etablerade behandling som kommer att ha planerats i samarbete med en konsulterande hudläkare eller plastikkirurg och patienten.

Studiearm 1: Studiegruppen på 50 patienter med godartade torra hudtillstånd kommer att genomgå en skanning med THz skinometer och kommer att jämföra vattenhalten i huden före och efter applicering av lämpliga mjukgörare i vanlig användning (t.ex. E45®, Aveeno®, Doublebase®). Deltagarna kommer att få en THz-skanning av det torra hudområdet och ett kontrollområde. Sedan kommer de att applicera sitt mjukgörande medel och vänta i 10 minuter med ytterligare 2 skanningar av kontrollområdet och området med torr hud. Slutligen kommer det att finnas ytterligare 10 minuters väntan innan en sista skanning av kontrollområdet och området torr hud. Det finns 6 skanningar totalt för denna grupp.

Studiearm 2: Armen med 100 patienter med känd eller misstänkt hudcancer kommer att genomsökas med THz-hudmätaren på kliniken innan deras planerade hudoperation. De kommer att skannas på cancerområdet och ett kontrollområde för totalt 2 skanningar. Senare kommer resultaten av THz-skanningen att jämföras med de formella histologiska resultaten efter att den primära (melanom) eller kvarvarande (BCC) tumören har avlägsnats.

In vivo THz-bilder från en fallstudie av patienter med BCC 2004 antydde att det borde vara möjligt att upptäcka hudcancer gömd under huden med hjälp av THz-avbildning. Spektroskopiska studier av Emma MacPherson och hennes kollegor i Cambridge 2006 visade att de grundläggande THz-egenskaperna hos nyligen avlägsnade (utskurna) hudcancertumörer skiljer sig statistiskt signifikant från frisk vävnad och man tror att skillnaderna främst beror på förändringar i vattenhalten i vävnaden. Den höga känsligheten hos THz-ljus för vatten gör också att THz-signalen är kraftigt dämpad och har ett mycket begränsat penetrationsdjup i vävnad - därmed skulle THz-skanning uppleva stora svårigheter att upptäcka djupa tumörer. Penetrationsdjupet beror på signal-brusförhållandet för THz-bildsystemet, därför har ansträngningar gjorts för att förbättra signalbehandlingen och/eller THz-instrumenteringen. Sedan dess har EM undersökt de underliggande mekanismerna för THz-bildkontrast samt utvecklat nya algoritmer och tillvägagångssätt för att förbättra noggrannheten i provkarakteriseringen samt accelerera THz-bilddatainsamlingen. Detta nyare arbete driver det senaste inom THz in vivo-avbildning, både i noggrannhet och hastighet. Detta, avgörande, betyder att utredarna nu är bättre rustade att göra THz-avbildning in vivo-studier och utredarna har till och med kunnat redogöra för att porerna i huden blockeras (ockkluderas) av bildfönstret under hela THz-mätningen. Denna "ocklusion"-process innebär att huden inte kan andas normalt och vatten samlas i det yttersta hudlagret, stratum corneum (SC). EM har utnyttjat detta fenomen för att banbryta användningen av THz-avbildning för att bestämma hastigheten för vattendiffusion inom SC under ocklusion. EM har också utvecklat in vivo avbildningsinstrumenteringstekniker och identifierat nyckelvariabler och parametrar som kontakttryck och ocklusionsvaraktighet. EM:s senaste resultat visar att hudens brytningsindex ökar både med ökande tryck och ökande ocklusionstid. Dessa resultat kommer att användas för att utveckla THz-skinometern och tillhörande karakteriseringsalgoritmer inom denna studie. EM:s fynd visar hur THz-avbildning kan användas för att mäta hudens hydreringsprofil och vattendiffusivitet och detta är grunden för teorin som kommer att vidareutvecklas i SINATRA-studien för att utvärdera penetration och hållbarhet hos mjukgörare och solskyddsmedel i olika hudtyper . Pilotdata som samlats in i SINATRA-studien kommer att vara värdefulla för att utveckla en större studie som leder till en transformativ förbättring av förebyggande och behandling av hudcancer och bättre återfuktningsstrategier för andra hudtillstånd.