Görüntü Elde Yoluyla Cilt Kanserlerinin Noninvaziv Tanısı için Reflektans Konfokal Mikroskopinin Optik Koherens Tomografi ile Birleştirilmesi
Summary
Burada, reflektans konfokal mikroskopi (RCM) ve kombine RCM ve optik koherens tomografinin (OCT) yeni, invaziv olmayan görüntüleme cihazlarını kullanarak kaliteli görüntüler elde etmek için protokolleri açıklıyoruz. Ayrıca, klinisyenlere klinik uygulamaları hakkında bilgi veriyoruz, böylece hasta bakımını iyileştirmek için teknikleri düzenli klinik iş akışlarına entegre edebiliyorlar.
Abstract
Cilt kanseri dünya çapında en sık görülen kanserlerden biridir. Tanı görsel muayene ve dermoskopi ile ardından histopatolojik doğrulama için biyopsiye dayanır. Dermoskopinin duyarlılığı yüksek olmakla birlikte, düşük özgüllük biyopsilerin %70-80’inin histopatolojide benign lezyonlar (dermoskopide yanlış pozitifler) olarak teşhis edilmesine neden olmaktadır.
Reflektans konfokal mikroskopi (RCM) ve optik koherens tomografi (OCT) görüntüleme cilt kanserlerinin tanısını noninvaziv olarak yönlendirebilir. RCM, en-face katmanlarındaki hücresel morfolojiyi görselleştirir. Melanom ve pigmente keratinositik deri kanserlerinin tanısal özgüllüğünü dermoskopi ile iki katına çıkarmış ve benign lezyonların biyopsi sayısını yarıya indirmiştir. RCM, ABD’de fatura kodlarını satın aldı ve şimdi kliniklere entegre ediliyor.
Bununla birlikte, görüntülemenin sığ derinliği (~ 200 μm), pigmente olmayan cilt lezyonları için zayıf kontrast ve en-face katmanlarında görüntüleme gibi sınırlamalar, pigmente olmayan bazal hücreli karsinomun (BCC’ler) tespiti için nispeten daha düşük özgüllüğe neden olur – bazal hücre tabakası ile bitişik yüzeysel BCC’ler ve daha derin infiltratif BCC’ler. Buna karşılık, OCT hücresel çözünürlükten yoksundur, ancak dokuyu dikey düzlemlerde ~ 1 mm derinliğe kadar görüntüler, bu da BCC’lerin hem yüzeysel hem de daha derin alt tiplerinin tespit edilmesini sağlar. Bu nedenle, her iki teknik de esasen tamamlayıcıdır.
“Çok modlu”, kombine RCM-OCT cihazı, cilt lezyonlarını aynı anda hem en-face hem de dikey modlarda görüntüler. BCC’lerin tanı ve tedavisinde yararlıdır (yüzeysel BCC’ler için cerrahi olmayan tedavi ve daha derin lezyonlar için cerrahi tedavi). Özgüllükte belirgin bir iyileşme, küçük, pigmente olmayan BCC’leri tek başına RCM üzerinden tespit etmek için elde edilir. RCM ve RCM-OCT cihazları, cilt kanserlerinin tanı ve yönetiminde büyük bir paradigma değişikliği getirmektedir; Bununla birlikte, kullanımları şu anda akademik üçüncü basamak bakım merkezleri ve bazı özel kliniklerle sınırlıdır. Bu makale, klinisyenleri bu cihazlar ve uygulamaları hakkında bilgilendirmekte ve rutin klinik iş akışına translasyonel engelleri ele almaktadır.
Introduction
Geleneksel olarak, cilt kanseri teşhisi, lezyonun görsel muayenesine ve ardından dermatoskop adı verilen büyüteç bir lens kullanılarak şüpheli lezyonlara daha yakından bakmaya dayanır. Bir dermatoskop, cilt kanserlerinin teşhisi için görsel muayeneye göre duyarlılığı ve özgüllüğü artıran yüzey altı bilgileri sağlar 1,2. Bununla birlikte, dermoskopi hücresel detaylardan yoksundur ve sıklıkla histopatolojik doğrulama için biyopsiye yol açar. Dermoskopi3’ün düşük ve değişken (%67-%97) özgüllüğü, patolojide benign lezyonlar gösteren yanlış pozitifler ve biyopsilerle sonuçlanır. Biyopsi sadece kanamave ağrıya neden olan invaziv bir prosedür değildir4 aynı zamanda yara izi nedeniyle yüz gibi kozmetik olarak hassas bölgelerde de oldukça istenmeyen bir durumdur.
Mevcut sınırlamaların üstesinden gelerek hasta bakımını iyileştirmek için, birçok noninvaziv, in vivo görüntüleme cihazı araştırılmaktadır 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18 . RCM ve OCT cihazları başta cilt kanserleri olmak üzere cilt lezyonlarının tanısında kullanılan iki ana optik noninvaziv cihazdır. RCM, ABD’de Mevcut Prosedürel Terminoloji (CPT) faturalandırma kodlarını satın almıştır ve akademik üçüncü basamak bakım merkezlerinde ve bazı özel kliniklerde giderek daha fazla kullanılmaktadır 7,8,19. RCM, lezyonları histolojik (hücresel) çözünürlüğe yakın görüntüler. Bununla birlikte, görüntüler en-face düzlemindedir (bir seferde bir cilt tabakasının görselleştirilmesi) ve görüntüleme derinliği ~ 200 μm ile sınırlıdır, sadece yüzeysel (papiller) dermise ulaşmak için yeterlidir. RCM görüntüleme, ciltteki çeşitli yapılardan gelen yansıma kontrastına dayanır. Melanin en yüksek kontrastı verir, pigmentli lezyonları parlak ve teşhis edilmesi daha kolay hale getirir. Bu nedenle, dermoskopi ile kombine edilen RCM, melanom 20 de dahil olmak üzere pigmente lezyonların dermoskopisi üzerinde tanıyı (%90 duyarlılık ve% 82 özgüllük) önemli ölçüde iyileştirmiştir. Bununla birlikte, pembe lezyonlarda, özellikle BCC’lerde melanin kontrastının olmaması nedeniyle, RCM daha düşük özgüllüğe sahiptir (%37.5-%75.5)21. Yaygın olarak kullanılan bir başka noninvaziv cihaz olan konvansiyonel OCT cihazı, cilt içinde 1 mm derinliğe kadar olan lezyonları görüntüler ve dikey bir düzlemde (histopatolojiye benzer) görselleştirir9. Bununla birlikte, OCT hücresel çözünürlükten yoksundur. OKT öncelikle keratinositik lezyonların, özellikle BCC’lerin teşhisinde kullanılır, ancak yine de daha düşük özgüllüğe sahiptir9.
Böylece, bu cihazların mevcut sınırlamalarının üstesinden gelmek için, çok modlu bir RCM-OCT cihazı inşa edilmiştir22. Bu cihaz, RCM ve OCT’yi tek bir el tipi görüntüleme probu içinde birleştirerek, birlikte kayıtlı en-face RCM görüntülerinin ve lezyonun dikey OCT görüntülerinin aynı anda alınmasını sağlar. OCT, lezyonların mimari detaylarını sağlar ve cilt içinde daha derin (~ 1 mm derinliğe kadar) görüntü verebilir. Ayrıca, el tipi RCM cihazına (~0,75 mm x 0,75 mm) kıyasla ~2 mm22 daha geniş bir görüş alanına (FOV) sahiptir. RCM görüntüleri, OCT’de tanımlanan lezyonun hücresel ayrıntılarını sağlamak için kullanılır. Bu prototip henüz ticarileştirilmemiştir ve 23,24,25 kliniklerinde araştırma cihazı olarak kullanılmaktadır.
Cilt kanserlerinin tanı ve yönetimini iyileştirmedeki başarılarına rağmen (literatür tarafından desteklendiği gibi), bu cihazlar kliniklerde henüz yaygın olarak kullanılmamaktadır. Bu, esas olarak bu görüntüleri okuyabilen uzmanların azlığından kaynaklanmaktadır, ancak aynı zamanda başucunda (klinik bir zaman dilimi içinde) tanısal kalitede görüntüler elde edebilen eğitimli teknisyenlerin eksikliğinden kaynaklanmaktadır8. Bu yazıda amaç, bu cihazların kliniklerde farkındalığını ve nihayetinde benimsenmesini kolaylaştırmaktır. Bu amaca ulaşmak için, dermatologları, dermatopatologları ve Mohs cerrahlarını RCM ve RCM-OCT cihazlarıyla elde edilen normal cilt ve cilt kanserlerinin görüntüleri ile tanıştırıyoruz. Ayrıca cilt kanserlerinin teşhisi için her cihazın faydasını da detaylandıracağız. En önemlisi, bu makalenin odak noktası, klinik kullanım için kaliteli görüntüler sağlayacak olan bu cihazları kullanarak görüntü elde etmek için adım adım rehberlik sağlamaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yazıda, in vivo RCM ve RCM-OCT cihazlarını kullanarak görüntü toplama protokollerini açıkladık. Şu anda, piyasada satılan iki RCM cihazı vardır: Geniş problu veya kola monte RCM (WP-RCM) cihazı ve el tipi RCM (HH-RCM) cihazı. Bu cihazların klinik ortamlarda ne zaman kullanılacağını anlamak çok önemlidir. Kanser tipi ve lokalizasyonu, cihazın seçimini belirleyen başlıca faktörlerdir.
WP-RCM cihazı, gövde ve ekstremiteler gibi düz ve hafifçe dalgalanan…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Kwami Ketosugbo ve Emily Cowen’e görüntüleme için gönüllü oldukları için özel bir teşekkür ederiz. Bu araştırma, Memorial Sloan Kettering Kanser Merkezi’ne yapılan Ulusal Kanser Enstitüsü / Ulusal Sağlık Enstitüleri (P30-CA008748) tarafından sağlanan bir hibe ile finanse edilmektedir.
Materials
| Crystal Plus 500FG mineral oil | STE Oil Company, Inc. | A food grade, high viscous mineral oil used with our various devices during in vivo imaging. | |
| RCM-OCT | Physical Science Inc. | – | A “multi-modal” combined RCM-OCT device simultaneously images skin lesions in both horizonal and vertical modes. |
| Vivascope 1500 | Caliber I.D. | – | A wide-probe RCM (WP-RCM) device that attaches to the skin to campture in vivo devices. |
| Vivascope 3000 | Caliber I.D. | – | A hand-held RCM (HH-RCM) device that is moved across the skin to capture in vivo images. |
References
- Argenziano, G., et al. Accuracy in melanoma detection: A 10-year multicenter survey. Journal of the American Academy of Dermatology. 67 (1), 54-59 (2012).
- Vestergaard, M. E., Macaskill, P., Holt, P. E., Menzies, S. W. Dermoscopy compared with naked eye examination for the diagnosis of primary melanoma: A meta-analysis of studies performed in a clinical setting. British Journal of Dermatology. 159 (3), 669-676 (2008).
- Reiter, O., et al. The diagnostic accuracy of dermoscopy for basal cell carcinoma: A systematic review and meta-analysis. Journal of the American Academy of Dermatology. 80 (5), 1380-1388 (2019).
- Abhishek, K., Khunger, N. Complications of skin biopsy. Journal of Cutaneous and Aesthetic Surgery. 8 (4), 239-241 (2015).
- Navarrete-Dechent, C., Fischer, C., Tkaczyk, E., Jain, M., Rao, B. K. Chapter 5: Principles of non-invasive diagnostic techniques in dermatology. Moschella and Hurley’s Dermatology. 1, (2019).
- Wassef, C., Rao, B. K. Uses of non-invasive imaging in the diagnosis of skin cancer: An overview of the currently available modalities. International Journal of Dermatology. 52 (12), 1481-1489 (2013).
- Rajadhyaksha, M., Marghoob, A., Rossi, A., Halpern, A. C., Nehal, K. S. Reflectance confocal microscopy of skin in vivo: From bench to bedside. Lasers in Surgery and Medicine. 49 (1), 7-19 (2017).
- Jain, M., Pulijal, S. V., Rajadhyaksha, M., Halpern, A. C., Gonzalez, S. Evaluation of bedside diagnostic accuracy, learning curve, and challenges for a novice reflectance confocal microscopy reader for skin cancer detection in vivo. JAMA Dermatology. 154 (8), 962-965 (2018).
- Sattler, E., Kästle, R., Welzel, J. Optical coherence tomography in dermatology. Journal of Biomedical Optics. 18 (6), 061224 (2013).
- Wang, Y. -. J., Huang, Y. -. K., Wang, J. -. Y., Wu, Y. -. H. In vivo characterization of large cell acanthoma by cellular resolution optical coherent tomography. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 26, 199-202 (2019).
- Balu, M., et al. Distinguishing between benign and malignant melanocytic nevi by in vivo multiphoton microscopy. Cancer Research. 74 (10), 2688-2697 (2014).
- Balu, M., et al. In vivo multiphoton microscopy of basal cell carcinoma. JAMA Dermatology. 151 (10), 1068-1074 (2015).
- Lentsch, G., et al. Non-invasive optical biopsy by multiphoton microscopy identifies the live morphology of common melanocytic nevi. Pigment Cell and Melanoma Research. 33 (6), 869-877 (2020).
- Dimitrow, E., et al. Sensitivity and specificity of multiphoton laser tomography for in vivo and ex vivo diagnosis of malignant melanoma. Journal of Investigative Dermatology. 129 (7), 1752-1758 (2009).
- Ruini, C., et al. Line-field optical coherence tomography: In vivo diagnosis of basal cell carcinoma subtypes compared with histopathology. Clinical and Experimental Dermatology. 46 (8), 1471-1481 (2021).
- Suppa, M., et al. Line-field confocal optical coherence tomography of basal cell carcinoma: A descriptive study. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology. 35 (5), 1099-1110 (2021).
- Wang, Y. J., Wang, J. Y., Wu, Y. H. Application of cellular resolution full-field optical coherence tomography in vivo for the diagnosis of skin tumours and inflammatory skin diseases: A pilot study. Dermatology. 238 (1), 121-131 (2022).
- Jain, M., et al. Rapid evaluation of fresh ex vivo kidney tissue with full-field optical coherence tomography. Journal of Pathology Informatics. 6, 53 (2015).
- Mehta, P. P., et al. Patterns of use of reflectance confocal microscopy at a tertiary referral dermatology clinic. Journal of the American Academy of Dermatology. , (2021).
- Dinnes, J., et al. Reflectance confocal microscopy for diagnosing cutaneous melanoma in adults. Cochrane Database of Systematic Reviews. 12 (12), (2018).
- Dinnes, J., et al. Reflectance confocal microscopy for diagnosing keratinocyte skin cancers in adults. Cochrane Database of Systematic Reviews. 12 (12), (2018).
- Iftimia, N., et al. Handheld optical coherence tomography-reflectance confocal microscopy probe for detection of basal cell carcinoma and delineation of margins. Journal of Biomedical Optics. 22 (7), 76006 (2017).
- Monnier, J., et al. Combined reflectance confocal microscopy and optical coherence tomography to improve the diagnosis of equivocal lesions for basal cell carcinoma. Journal of the American Academy of Dermatology. 86 (4), 934-936 (2021).
- Navarrete-Dechent, C., et al. Management of complex head-and-neck basal cell carcinomas using a combined reflectance confocal microscopy/optical coherence tomography: a descriptive study. Archives of Dermatological Research. 313 (3), 193-200 (2021).
- Sahu, A., et al. Evaluation of a combined reflectance confocal microscopy-optical coherence tomography device for detection and depth assessment of basal cell carcinoma. JAMA Dermatology. 154 (10), 1175-1183 (2018).
- Rubinstein, G., Garfinkel, J., Jain, M. Live, remote control of an in vivo reflectance confocal microscope for diagnosis of basal cell carcinoma at the bedside of a patient 2500 miles away: A novel tele-reflectance confocal microscope approach. Journal of the American Academy of Dermatology. 81 (2), 41-42 (2019).
- Scope, A., et al. In vivo reflectance confocal microscopy imaging of melanocytic skin lesions: Consensus terminology glossary and illustrative images. Journal of the American Academy of Dermatology. 57 (4), 644-658 (2007).
- Calzavara-Pinton, P., Longo, C., Venturini, M., Sala, R., Pellacani, G. Reflectance confocal microscopy for in vivo skin imaging. Photochemistry and Photobiology. 84 (6), 1421-1430 (2008).
- Rajadhyaksha, M., Grossman, M., Esterowitz, D., Webb, R. H., Anderson, R. R. In vivo confocal scanning laser microscopy of human skin: Melanin provides strong contrast. Journal of Investigative Dermatology. 104 (6), 946-952 (1995).
- Gonzalez, S., Gonzalez, E., White, W. M., Rajadhyaksha, M., Anderson, R. R. Allergic contact dermatitis: Correlation of in vivo confocal imaging to routine histology. Journal of the American Academy of Dermatology. 40 (5), 708-713 (1999).
- Sahu, A., et al. Combined PARP1-targeted nuclear contrast and reflectance contrast enhances confocal microscopic detection of basal cell carcinoma. Journal of Nuclear Medicine. 63 (6), 912-918 (2021).
- González, S., Sackstein, R., Anderson, R. R., Rajadhyaksha, M. Real-time evidence of in vivo leukocyte trafficking in human skin by reflectance confocal microscopy. Journal of Investigative Dermatology. 117 (2), 384-386 (2001).
- Navarrete-Dechent, C., et al. Reflectance confocal microscopy terminology glossary for nonmelanocytic skin lesions: A systematic review. Journal of the American Academy of Dermatology. 80 (5), 1414-1427 (2019).
- Navarrete-Dechent, C., et al. Reflectance confocal microscopy terminology glossary for melanocytic skin lesions: A systematic review. Journal of the American Academy of Dermatology. 84 (1), 102-119 (2021).
- Sattler, E., Kastle, R., Welzel, J. Optical coherence tomography in dermatology. Journal of Biomedical Optics. 18 (6), 061224 (2013).
- Park, E. S. Skin-layer analysis using optical coherence tomography. Medical Lasers. 3 (1), 1-4 (2014).
- Marra, D. E., Torres, A., Schanbacher, C. F., Gonzalez, S. Detection of residual basal cell carcinoma by in vivo confocal microscopy. Dermatologic Surgery. 31 (5), 538-541 (2005).
- Alarcon, I., et al. In vivo reflectance confocal microscopy to monitor the response of lentigo maligna to imiquimod. Journal of the American Academy of Dermatology. 71 (1), 49-55 (2014).
- Guitera, P., et al. Surveillance for treatment failure of lentigo maligna with dermoscopy and in vivo confocal microscopy: new descriptors. British Journal of Dermatology. 170 (6), 1305-1312 (2014).
- Menge, T. D., Hibler, B. P., Cordova, M. A., Nehal, K. S., Rossi, A. M. Concordance of handheld reflectance confocal microscopy (RCM) with histopathology in the diagnosis of lentigo maligna (LM): A prospective study. Journal of the American Academy of Dermatology. 74 (6), 1114-1120 (2016).
- Chen, C. S., Elias, M., Busam, K., Rajadhyaksha, M., Marghoob, A. A. Multimodal in vivo optical imaging, including confocal microscopy, facilitates presurgical margin mapping for clinically complex lentigo maligna melanoma. British Journal of Dermatology. 153 (5), 1031-1036 (2005).
- Yelamos, O., et al. Handheld reflectance confocal microscopy for the detection of recurrent extramammary Paget disease. JAMA Dermatology. 153 (7), 689-693 (2017).
- Ardigo, M., Longo, C., Gonzalez, S. Multicentre study on inflammatory skin diseases from The International Confocal Working Group: Specific confocal microscopy features and an algorithmic method of diagnosis. British Journal of Dermatology. 175 (2), 364-374 (2016).
- Moscarella, E., Argenziano, G., Lallas, A., Pellacani, G., Longo, C. Confocal microscopy: A new era in understanding the pathophysiologic background of inflammatory skin diseases. Experimental Dermatology. 23 (5), 320-321 (2014).
- Bertrand, C., Corcuff, P. In vivo spatio-temporal visualization of the human skin by real-time confocal microscopy. Scanning. 16 (3), 150-154 (1994).
- Saknite, I., et al. Features of cutaneous acute graft-versus-host disease by reflectance confocal microscopy. British Journal of Dermatology. 181 (4), 829-831 (2019).
- Aleissa, S., et al. Presurgical evaluation of basal cell carcinoma using combined reflectance confocal microscopy-optical coherence tomography: A prospective study. Journal of the American Academy of Dermatology. 82 (4), 962-968 (2020).
- Bang, A. S., et al. Noninvasive, in vivo, characterization of cutaneous metastases using a novel multimodal RCM-OCT imaging device: A case-series. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology. , (2022).
- Dickensheets, D. L., Kreitinger, S., Peterson, G., Heger, M., Rajadhyaksha, M. Wide-field imaging combined with confocal microscopy using a miniature f/5 camera integrated within a high NA objective lens. Optics Letters. 42 (7), 1241-1244 (2017).
- Kose, K., et al. Automated video-mosaicking approach for confocal microscopic imaging in vivo: an approach to address challenges in imaging living tissue and extend field of view. Scientific Reports. 7 (1), 10759 (2017).
- Zhao, J., et al. Deep learning-based denoising in high-speed portable reflectance confocal microscopy. Lasers in Surgery and Medicine. 53 (6), 880-891 (2021).
- Curiel-Lewandrowski, C., Stratton, D. B., Gong, C., Kang, D. Preliminary imaging of skin lesions with near-infrared, portable, confocal microscopy. Journal of the American Academy of Dermatology. 85 (6), 1624-1625 (2021).
- Freeman, E. E., et al. Feasibility and implementation of portable confocal microscopy for point-of-care diagnosis of cutaneous lesions in a low-resource setting. Journal of the American Academy of Dermatology. 84 (2), 499-502 (2021).
- Peterson, G., et al. Feasibility of a video-mosaicking approach to extend the field-of-view for reflectance confocal microscopy in the oral cavity in vivo. Lasers in Surgery and Medicine. 51 (5), 439-451 (2019).
- Kurugol, S., et al. Automated delineation of dermal-epidermal junction in reflectance confocal microscopy image stacks of human skin. Journal of Investigative Dermatology. 135 (3), 710-717 (2015).
- Kose, K., et al. Utilizing machine learning for image quality assessment for reflectance confocal microscopy. Journal of Investigative Dermatology. 140 (6), 1214-1222 (2020).
- Campanella, G., et al. Deep learning for basal cell carcinoma detection for reflectance confocal microscopy. Journal of Investigative Dermatology. 142 (1), 97-103 (2022).
- Wodzinski, M., Skalski, A., Witkowski, A., Pellacani, G., Ludzik, J. Convolutional neural network approach to classify skin lesions using reflectance confocal microscopy. 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society EMBC 2019. , (2019).
