En klinisk genomförbarhetsstudie av en fotoakustisk sökare

-Inledning Förekomsten av lymfatiska metastaser hos bröstcancerpatienter är en viktig prognostisk faktor för överlevnad, och noggrann stadieindelning leder till lämplig adjuvant behandling. Sentinel lymfkörtelbiopsi (SLNb) är en standardmetod som används för att bekräfta regionala axillära lymfatiska metastaser hos bröstcancerpatienter. Sentinellymfkörtlar (SLN) är en grupp initiala lymfkörtlar (LNs) som är belägna i närheten av tumören och anslutna via lymfkärl (LVs), hypotetiskt de första som en primär tumör dränerar i den regionala lymfbassängen. Om metastaserande tumörceller inte bekräftas i de utskurna SLN, kan förekomsten av sjukligheter, såsom lymfödem, minskas genom att utelämna onödig axillär lymfkörteldissektion (ALND). SLNb-proceduren är en dubbelmodal metod som använder ett radioaktivt spårämne (t.ex. 99mTc) och/eller blått färgämne för att identifiera SLN. Det radioaktiva spårämnet och blå färgämnet administreras före operationen och absorberas av lymfsystemet, och så småningom flödar de in i SLN. Under de kirurgiska ingreppen identifieras SLN genom visuell inspektion av blåfärgade LV och radioaktivitetsdetektering med hjälp av en gammasond. De identifierade SLN:erna skärs sedan ut och skickas för patologisk undersökning för att bedöma den potentiella metastaserande tumören.

Den dubbla modala metoden förbättrar noggrannheten och effektiviteten av SLN-identifiering genom att utnyttja de distinkta fördelarna med varje metod. De radioaktiva isotoperna i SLNb-kirurgin utgör dock en inneboende risk för strålningsexponering och kräver specialiserade faciliteter och kunnig medicinsk personal. Dessa faktorer introducerar komplexitet i det kirurgiska ingreppet och skapar hinder för implementeringen av SLNb på lokala sjukhus. Dessutom kräver administrering av radioaktivt material vanligtvis samarbete med en nuklearmedicinsk avdelning, vilket begränsar direkt användning av kirurgen och kan påverka kirurgisk schemaläggning. Slutligen, eftersom radioaktiva isotoper inte ger visuell information, är den intuitiva identifieringen av SLN utmanande. Å andra sidan färgar blått färgämne det lymfatiska nätverket visuellt, vilket möjliggör intuitiv identifiering av SLN utan strålningsexponering. Att förlita sig på visuell inspektion av blåfärgade SLN kan emellertid introducera variationer mellan läkare och potentiella felaktigheter vid identifiering av SLN, på grund av varierande lesionsegenskaper som förekomsten av fettvävnad och blod. Dessa begränsningar gör det utmanande att se blått färgämne i LN, vilket i slutändan leder till minskad känslighet i SLN-detektion.

Fotoakustisk (PA) avbildning eller avkänning är en icke-joniserande teknik som utnyttjar de inneboende ljusabsorptionsegenskaperna hos biologiska vävnadskomponenter. För att generera PA-signaler inducerar en nanosekundspulsad laser upprepade momentana termiska expansioner inom ett prov, vilket skapar akustiska vågor. Dessa akustiska vågor fångas sedan upp av en ultraljudsgivare och analyseras för att bekräfta närvaron av specifika beståndsdelar i provet. PA-avkänningsteknologi kan upptäcka färgämnesfärgade LN med hög känslighet och ge en kvantitativ representation i realtid. Denna metod kan exakt bestämma närvaron eller frånvaron av färgade SLN som kan ha varit omöjliga att särskilja genom visuell inspektion. Följaktligen kan det underlätta SLNb-procedurer utan radioaktivt material. I våra tidigare studier har ett banbrytande system känt som fotoakustisk hitta (PAF) framgångsrikt utvecklats. Det är anmärkningsvärt effektivt för att detektera SLN samtidigt som det bibehåller ett högt signal-brusförhållande (SNR). PAF kombinerar ett laserhandstycke för solid-state dye (SSD) och en transparent ultraljudsgivare (TUT) i en exakt koaxiell konfiguration. Denna studie beskriver prekliniska prövningar av PAF, som bekräftade dess förmåga att exakt detektera blåfärgade SLN.

Denna tvärsnittsstudie utfördes ex vivo för att validera möjligheten att använda PAF i en klinisk miljö. Processen bekräftar signalen från utskurna LN som identifierats av den dubbelmodala metoden och PAF innan de skickas till patologi. För att bestämma dess detektionsprestanda jämförs effektiviteten av PAF med detektionshastigheten för standard SLNb. Resultaten fastställer den kliniska genomförbarheten av att använda PAF för SLNb, vilket ger ett icke-radioaktivt alternativ.

-Studiedesign: Denna studie genomfördes som en tvärsnitts, öppen, enarmad ex vivo-studie inom en enda institution för att undersöka effektiviteten av PAF jämfört med standardmetoder för dubbelmodala metoder för SLN-detektion vid behandling av bröstcancer . SLNb-procedurerna följde internationella riktlinjer, med användning av både radioisotop- och blå färgkartering. SLN identifierades med hjälp av gamma-sond och visuell inspektion av blå färg, resekerades sedan och märktes för att bekräfta med gamma-sond och visuell inspektion av blå färg. Därefter användes PAF för att fånga signaler från LN:erna. För att minimera potentiella fel som märkningsfel och LN-leveransfel placerades PAF-systemet i operationssalen. I studien inkluderades kvinnor som diagnostiserats med bröstcancer som presenterades för avdelningen för bröstkirurgi vid St. Mary's Hospital, Seoul, Republiken Korea.

- Sentinellymfnodebiopsi: SLNb utfördes i enlighet med etablerade internationella riktlinjer, med användning av både radioisotop- och blå färgkartläggningsmetoder. Fem kirurgiska onkologer deltog i studien, som alla hade erfarenhet av att utföra standard dubbelmodal SLNb och förstod det kliniska protokollet. Radioisotopen (0,1 ml 99mTc-fytat) administrerades i den subdermala lymfatiska flexus under vårtgården inom 30 minuter till 8 timmar före operation. När operationen startade bekräftade operatören platsen för tumören. Sedan injicerades ett blått färgämne (indigokarmin, 2-5 ml) peritumoralt eller periareolärt före snittet, med efterföljande massage under 1 minut efter injektionen. Den axillära nodalbassängen undersöktes noggrant med hjälp av en handhållen gammasond för att detektera radioaktiva signaler och undersöktes visuellt med blotta ögat för att detektera grovt blåfärgade LN: er. Identifieringen av SLN fortsatte tills antingen ingen ytterligare signal detekterades av gammasonden eller tills blåfärgade LN inte längre hittades i nodalbassängerna inom operationsfältet. För denna studie definierades SLN som LN med en gammasondsignal större än 10 % av det maximala signalvärdet och/eller synligt färgade med blått färgämne. Baserat på kirurgens erfarenhet skars också onormalt påtagliga LNs som inte detekterades av gammasond och visuell inspektion, och dessa märktes som icke-SLN. SLN och icke-SLN undersöktes ytterligare av PAF och skickades därefter till patologiavdelningen för analys av fryst snitt.

-Sample Size: För att bestämma den erforderliga urvalsstorleken för att testa non-inferiority av PAF och dual-modal metoden, användes non-inferiority chi-square sample size estimator, med en non-inferiority marginal på 5%, en signifikans nivå (alfa) på 5 % och en effekt (1-beta) på 80 %. Utifrån tidigare forskning och baserat på experimentella data från tester antogs det att den visuella detektionsgraden skulle vara cirka 78 % för SLN och 84 % för PAF. Beräkningar visade att totalt 157 SLN skulle behövas, vilket motsvarar cirka 1,5 SLN per patient, vilket kräver att 115 patienter registreras för att uppfylla kraven på urvalsstorlek med ett förväntat bortfall på 10 %.

-Statiska analysmetoder:

De primära effektmåtten, som var SLN-detektionshastigheterna för gammasonden, visuell inspektion och PAF, definierades enligt följande:

Detektionshastighet= (Antal upptäckta SLN)/(Totalt antal SLN) ×100 [%]

De sekundära endpoints omfattade resultaten av en non-inferioritetsanalys utförd med chi-kvadrattestet. Dessutom utvärderades sensitiviteten och specificiteten genom ROC-kurvanalys som en del av de ytterligare endpoints. När det gäller primära och sekundära effektmått undersöktes SLN specifikt, exklusive icke-SLN för att minimera potentiell kirurgs subjektivitet.

Wilcoxon Mann-Whitney U-Test utfördes för att bestämma cutoff för PAF, och de statistiska signifikanserna mellan 99mTc+/-, blå+/- och icke-injicerade grupper jämfördes. I en non-inferioritetsanalys utfördes ett chi-kvadrattest för att jämföra riskskillnaderna för 99mTc+, blå+ och PAF+ noder. Det oberoende provets t-test användes för andra normalfördelningar, såsom ålder och BMI. Alla statistiska analyser i denna studie utfördes med MATLAB R2022a med verktygslådan för statistik och maskininlärning.