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皮膚癌の手術中の組織の特徴をナビゲートする
Navigated tissue characterization during skin cancer surgery.
PMID: 32476078 DOI: 10.1007/s11548-020-02200-4.
抄録
目的:
基底細胞がん（BCC）は最も一般的に診断される皮膚がんであり、外科的切除によって治療される。腫瘍を完全に除去できない場合には手術の再手術が必要となり、多額の医療費とコスメシスの低下につながる。我々は、急速蒸発イオン化質量分析法（REIMS）を用いた分子組織特性評価に基づいて、BCC手術のための手術ナビゲーションシステムの臨床的実現可能性を調査した。
PURPOSE: Basal cell carcinoma (BCC) is the most commonly diagnosed skin cancer and is treated by surgical resection. Incomplete tumor removal requires surgical revision, leading to significant healthcare costs and impaired cosmesis. We investigated the clinical feasibility of a surgical navigation system for BCC surgery, based on molecular tissue characterization using rapid evaporative ionization mass spectrometry (REIMS).
方法:
REIMSは、電気メスによる組織切除の際に発生する手術煙の中に存在する細胞特異的分子を分析することで、組織の直接の特徴付けを可能にします。生体外の皮膚がん標本からBCC、健康な皮膚および脂肪のREIMSスペクトルを取得することにより、組織特性評価モデルを構築した。このモデルは、ナビゲートされた皮膚癌手術中の組織特性評価に使用された。ナビゲーションは、光学的追跡と輪郭のある切除体積に対する焼灼術のリアルタイム可視化によって可能になった。手術の煙は質量分析計に吸引され、REIMSで直接分析された。分類されたBCCは、焼灼器のリアルタイム位置にアノテーションされた。ナビゲーションシステムの実行可能性、および生体外および術中手術における組織分類の精度を評価した。
METHODS: REIMS enables direct tissue characterization by analysis of cell-specific molecules present within surgical smoke, produced during electrocautery tissue resection. A tissue characterization model was built by acquiring REIMS spectra of BCC, healthy skin and fat from ex vivo skin cancer specimens. This model was used for tissue characterization during navigated skin cancer surgery. Navigation was enabled by optical tracking and real-time visualization of the cautery relative to a contoured resection volume. The surgical smoke was aspirated into a mass spectrometer and directly analyzed with REIMS. Classified BCC was annotated at the real-time position of the cautery. Feasibility of the navigation system, and tissue classification accuracy for ex vivo and intraoperative surgery were evaluated.
結果:
54の新鮮な切除標本を用いて、92％の精度でBCC、正常な皮膚と脂肪のex vivoモデルを構築した。3例の手術は無菌状態のまま成功したが、ex vivoモデルの術中性能は低かった（50％未満）。仮説は以下の通り。(1)モデルは単一の組織タイプに由来しない不均一なマススペクトルで訓練されていた、(2)手術中に混合組織タイプが切除され、その結果モデルに提示された、(3)マススペクトルは病理学的に検証されていなかった、である。
RESULTS: Fifty-four fresh excision specimens were used to build the ex vivo model of BCC, normal skin and fat, with 92% accuracy. While 3 surgeries were successfully navigated without breach of sterility, the intraoperative performance of the ex vivo model was low (< 50%). Hypotheses are: (1) the model was trained on heterogeneous mass spectra that did not originate from a single tissue type, (2) during surgery mixed tissue types were resected and thus presented to the model, and (3) the mass spectra were not validated by pathology.
結論:
REIMSを用いた皮膚癌手術は、術中に残存する腫瘍を検出し、局所化する可能性がある。今後の研究では、局在化した組織を焼くために精密な鉛筆焼灼チップを使用し、病理学的に検証された質量スペクトルを持つことによって、我々のモデルを改良することに焦点を当てていきます。
CONCLUSION: REIMS-navigated skin cancer surgery has the potential to detect and localize remaining tumor intraoperatively. Future work will be focused on improving our model by using a precise pencil cautery tip for burning localized tissue types, and having pathology-validated mass spectra.