Published April 11, 2020
| Version v1
Publication
Open
Clinical evaluation of smartphone-based fluorescence imaging for guidance and monitoring of ALA-PDT treatment of early oral cancer
Creators
- 1. Jawaharlal Nehru Medical College Hospital
- 2. Aligarh Muslim University
- 3. University of Massachusetts Boston
- 4. Massachusetts General Hospital
- 5. Harvard University
- 6. University College London
Description
Significance: India has one of the highest rates of oral cancer incidence in the world, accounting for 30% of reported cancers. In rural areas, a lack of adequate medical infrastructure contributes to unchecked disease progression and dismal mortality rates. Photodynamic therapy (PDT) has emerged as an effective modality with potential for treating early stage disease in resource-limited settings, while photosensitizer fluorescence can be leveraged for treatment guidance. Aim: Our aim was to assess the capability of a simple smartphone-based device for imaging 5-aminolevulinic acid (ALA)-induced protoporphyrin IX (PpIX) fluorescence for treatment guidance and monitoring as part of an ongoing clinical study evaluating low-cost technology for ALA-based PDT treatment of early oral cancer. Approach: A total of 29 subjects with <2 cm diameter moderately/well-differentiated microinvasive ( < 5 mm depth) oral squamous cell carcinoma lesions (33 lesions total, mean area ∼1.23 cm2) were administered 60 mg / kg ALA in oral solution and imaged before and after delivery of 100 J / cm2 total light dose to the lesion surface. Smartphone-based fluorescence and white light (WL) images were analyzed and compared with ultrasound (US) imaging of the same lesions. Results: We present a comparative analysis of pre- and post-treatment fluorescence, WL, and US images of oral lesions. There was no significant difference in the distribution of lesion widths measured by fluorescence and US (mean widths of 14.5 and 15.3 mm, respectively) and linear regression shows good agreement (R2 = 0.91). In general, PpIX fluorescence images obtained prior to therapeutic light delivery are able to resolve lesion margins while dramatic photobleaching (∼42 % ) is visible post-treatment. Segmentation of the photobleached area confirms the boundaries of the irradiated zone. Conclusions: A simple smartphone-based approach for imaging oral lesions is shown to agree in most cases with US, suggesting that this approach may be a useful tool to aid in PDT treatment guidance and monitoring photobleaching as part of a low-cost platform for intraoral PDT.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الأهمية: الهند لديها واحدة من أعلى معدلات الإصابة بسرطان الفم في العالم، وهو ما يمثل 30 ٪ من حالات السرطان المبلغ عنها. في المناطق الريفية، يساهم الافتقار إلى البنية التحتية الطبية الكافية في تطور المرض دون رادع ومعدلات الوفيات البائسة. ظهر العلاج الضوئي الديناميكي (PDT) كطريقة فعالة مع إمكانية علاج مرض المرحلة المبكرة في البيئات المحدودة الموارد، في حين يمكن الاستفادة من مضان المحسس الضوئي لتوجيه العلاج. الهدف: كان هدفنا هو تقييم قدرة جهاز بسيط قائم على الهاتف الذكي لتصوير فلورة بروتوبورفيرين التاسع (PpIX) التي يسببها حمض 5 - أمينوليفولينيك (ALA) لتوجيه العلاج ومراقبته كجزء من دراسة سريرية مستمرة لتقييم التكنولوجيا منخفضة التكلفة لعلاج سرطان الفم المبكر القائم على ALA. النهج: تم إعطاء ما مجموعه 29 شخصًا بقطر أقل من 2 سم بشكل معتدل/متمايز جيدًا لآفات سرطان الخلايا الحرشفية عن طريق الفم (عمق أقل من 5 مم) (إجمالي 33 آفة، متوسط المساحة 1.23 سم 2) 60 مجم / كجم من حمض ألفا لينولينيك في محلول عن طريق الفم وتم تصويرها قبل وبعد تسليم جرعة الضوء الإجمالية 100 جول / سم 2 إلى سطح الآفة. تم تحليل صور الفلورة والضوء الأبيض القائمة على الهاتف الذكي ومقارنتها مع التصوير بالموجات فوق الصوتية لنفس الآفات. النتائج: نقدم تحليلاً مقارناً للصور الفلورية قبل وبعد العلاج، وWL، والأمريكية للآفات الفموية. لم يكن هناك فرق كبير في توزيع عرض الآفة المقاسة بالفلورة والأشعة فوق الصوتية (متوسط العرض 14.5 و 15.3 مم، على التوالي) والانحدار الخطي يظهر توافقًا جيدًا (R2 = 0.91). بشكل عام، تكون صور الفلورة PpIX التي تم الحصول عليها قبل إعطاء الضوء العلاجي قادرة على حل هوامش الآفة بينما يكون التبييض الضوئي الدراماتيكي (42 ٪) مرئيًا بعد العلاج. يؤكد تجزئة المنطقة المبيضة ضوئيًا حدود المنطقة المشعة. الاستنتاجات: يظهر أن النهج البسيط القائم على الهاتف الذكي لتصوير الآفات الفموية يتفق في معظم الحالات مع الولايات المتحدة، مما يشير إلى أن هذا النهج قد يكون أداة مفيدة للمساعدة في توجيه علاج PDT ومراقبة التبييض الضوئي كجزء من منصة منخفضة التكلفة لـ PDT داخل الفم.Translated Description (French)
Importance : L'Inde a l'un des taux d'incidence du cancer de la bouche les plus élevés au monde, représentant 30 % des cancers signalés. Dans les zones rurales, le manque d'infrastructures médicales adéquates contribue à une progression incontrôlée de la maladie et à des taux de mortalité lamentables. La thérapie photodynamique (PDT) est apparue comme une modalité efficace avec un potentiel de traitement de la maladie à un stade précoce dans des contextes à ressources limitées, tandis que la fluorescence du photosensibilisateur peut être mise à profit pour l'orientation du traitement. Objectif : Notre objectif était d'évaluer la capacité d'un dispositif simple basé sur un smartphone pour l'imagerie de la fluorescence de la protoporphyrine IX (PpIX)induite par l'acide 5-aminolévulinique (ALA) pour l'orientation et la surveillance du traitement dans le cadre d'une étude clinique en cours évaluant une technologie à faible coût pour le traitement PDT à base d'ALA du cancer buccal précoce. Approche : Un total de 29 sujets présentant des lésions de carcinome épidermoïde buccal microinvasives ( < 5 mm de profondeur) de diamètre < 2 cm modérément/bien différenciées (33 lésions au total, surface moyenne ∼1,23 cm2) ont été administrés à 60 mg / kg d'ALA en solution orale et imagés avant et après l'administration d'une dose lumineuse totale de 100 J / cm2 à la surface de la lésion. Les images de fluorescence et de lumière blanche (WL) basées sur un smartphone ont été analysées et comparées à l'imagerie par ultrasons (US) des mêmes lésions. Résultats : Nous présentons une analyse comparative des images de fluorescence pré et post-traitement, WL et US des lésions buccales. Il n'y avait pas de différence significative dans la distribution des largeurs de lésions mesurées par fluorescence et US (largeurs moyennes de 14,5 et 15,3 mm, respectivement) et la régression linéaire montre un bon accord (R2 = 0,91). En général, les images de fluorescence PpIX obtenues avant l'administration de la lumière thérapeutique sont capables de résoudre les marges des lésions, tandis que le photoblanchiment spectaculaire (environ42 % ) est visible après le traitement. La segmentation de la zone photoblanchie confirme les limites de la zone irradiée. Conclusions : Il a été démontré qu'une approche simple basée sur un smartphone pour l'imagerie des lésions buccales est en accord dans la plupart des cas avec les États-Unis, ce qui suggère que cette approche peut être un outil utile pour aider à guider le traitement de la TPD et à surveiller le photoblanchiment dans le cadre d'une plate-forme à faible coût pour la TPD intra-orale.Translated Description (Spanish)
Importancia: India tiene una de las tasas más altas de incidencia de cáncer oral en el mundo, que representa el 30% de los cánceres reportados. En las zonas rurales, la falta de infraestructura médica adecuada contribuye a la progresión descontrolada de la enfermedad y a tasas de mortalidad sombrías. La terapia fotodinámica (TFD) ha surgido como una modalidad efectiva con potencial para tratar la enfermedad en etapa temprana en entornos de recursos limitados, mientras que la fluorescencia del fotosensibilizador se puede aprovechar para la orientación del tratamiento. Objetivo: Nuestro objetivo fue evaluar la capacidad de un dispositivo simple basado en un teléfono inteligente para obtener imágenes de la fluorescencia de protoporfirina IX (PpIX)inducida por ácido 5-aminolevulínico (ALA) para la orientación y el monitoreo del tratamiento como parte de un estudio clínico en curso que evalúa la tecnología de bajo costo para el tratamiento PDT basado en ala del cáncer oral temprano. Abordaje: A un total de 29 sujetos con lesiones microinvasivas orales de carcinoma de células escamosas moderadamente/bien diferenciadas <2 cm de diámetro ( < 5 mm de profundidad) (33 lesiones en total, área media ~1,23 cm2) se les administraron 60 mg / kg de ALA en solución oral y se obtuvieron imágenes antes y después de la administración de una dosis total de luz de 100 J / cm2 a la superficie de la lesión. Se analizaron imágenes de fluorescencia y luz blanca (WL) basadas en teléfonos inteligentes y se compararon con imágenes de ultrasonido (US) de las mismas lesiones. Resultados: Presentamos un análisis comparativo de imágenes de fluorescencia, WL y US de lesiones orales antes y después del tratamiento. No hubo diferencias significativas en la distribución de los anchos de las lesiones medidos por fluorescencia y US (anchos medios de 14.5 y 15.3 mm, respectivamente) y la regresión lineal muestra una buena concordancia (R2 = 0.91). En general, las imágenes de fluorescencia de PpIX obtenidas antes de la administración de luz terapéutica pueden resolver los márgenes de la lesión, mientras que el fotoblanqueo dramático (~42 % ) es visible después del tratamiento. La segmentación del área fotoblanqueada confirma los límites de la zona irradiada. Conclusiones: Se muestra que un enfoque simple basado en teléfonos inteligentes para obtener imágenes de lesiones orales está de acuerdo en la mayoría de los casos con la US, lo que sugiere que este enfoque puede ser una herramienta útil para ayudar en la orientación del tratamiento con TFD y el monitoreo del fotoblanqueo como parte de una plataforma de bajo costo para la TFD intraoral.Files
1.JBO.25.6.063813.pdf.pdf
Files
(5.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:84e254631ad81a2249ba39200e4413b0
|
5.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التقييم السريري للتصوير الفلوري القائم على الهاتف الذكي لتوجيه ومراقبة علاج ALA - PDT لسرطان الفم المبكر
- Translated title (French)
- Évaluation clinique de l'imagerie de fluorescence basée sur smartphone pour l'orientation et le suivi du traitement ALA-PDT du cancer buccal précoce
- Translated title (Spanish)
- Evaluación clínica de imágenes de fluorescencia basadas en teléfonos inteligentes para orientación y monitoreo del tratamiento ALA-PDT del cáncer oral temprano
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3015380236
- DOI
- 10.1117/1.jbo.25.6.063813
References
- https://openalex.org/W1506108633
- https://openalex.org/W1964219512
- https://openalex.org/W1965722355
- https://openalex.org/W1981660199
- https://openalex.org/W1989964747
- https://openalex.org/W2012620375
- https://openalex.org/W2047550659
- https://openalex.org/W2066652135
- https://openalex.org/W2095253802
- https://openalex.org/W2109966571
- https://openalex.org/W2123891076
- https://openalex.org/W2129248052
- https://openalex.org/W2146941823
- https://openalex.org/W2151734986
- https://openalex.org/W2168081008
- https://openalex.org/W2253405669
- https://openalex.org/W2557947379
- https://openalex.org/W2889401384
- https://openalex.org/W2902690370
- https://openalex.org/W2976641806
- https://openalex.org/W2989166350
- https://openalex.org/W3015380236