OCT-assisted control of catheter positioning in the urethra of the rabbit – A feasibility study

BackgroundA fundamental precondition of local radiotherapy by means of 32P-loaded urethral catheters is a precise position with respect to the target tissue. This feasibility study investigates optical coherence tomography (OCT)-assisted examination of the catheter position and its adherence to the tissue surface.Materials and methodsOCT investigations were performed using an animal model (rabbit urethra, n=4). A radial scanning OCT probe located in the lumen of the catheter provided OCT images of the catheter structure as well as of the surrounding tissue. Descriptive evaluation of the OCT images gives information about the fitting, the structure of the catheter, as well as of the surrounding urethral tissue. The dimensions of catheter–tissue separation were determined.ResultsRadial OCT images provided clear cross-sections of the catheter. The layered structure of the surrounding urethral tissue could be identified and correlated to the histology. Distances between the catheter surface and the tissue could be evaluated indicating gaps of up to 0.4 mm and sector widths of up to 90°. Dosimetric calculations have shown that such changes may reduce the intended β-irradiation dose by 30% in the target tissue depth. Morphological changes (e.g. scar formation), related to wound healing processes after surgical incision, could be observed as well.ConclusionOCT-mediated tissue differentiation through OCT-wavelength transparent catheters shows the potential for identifying morphological changes. The fitting of the catheter to the urethral wall could be verified. Therefore, OCT techniques may improve the control of the radioactive catheter position resulting in an upgrade of dosimetric calculation for local 32P-β-radiation low-dose brachytherapy.

ZusammenfassungHintergrundVoraussetzung für die lokale Behandlung der Harnröhre (Urethra) mit radioaktiv dotierten Kathetersegmenten ist deren exakte Positionierung im Bereich des Zielgewebes. Ziel dieser Machbarkeitstudie ist die OCT-gestützte Prüfung der Katheterposition und des Anschmiegeverhaltens urologischer Katheter an das umgebende Urethragewebe.Material und MethodeDie Versuche erfolgten im Tiermodell (Kaninchen, n=4). Zur Untersuchung der Katheterposition wurde eine radial-scannende OCT-Sonde in das Lumen der Katheter eingeführt und OCT-Bildsequenzen vom Katheter und dem umliegenden Gewebe erstellt. Die Auswertung umfasste die Beschreibung des Anschmiegeverhaltens der Katheter an das Gewebe, die Identifizierung von Gewebestrukturen sowie die geometrische Bestimmung der Abstände zwischen Katheterwand und Harnröhre.ErgebnisseMittels radialer OCT-Technik war die Querschnittsstruktur der Katheter klar zuzuordnen. Die geschichtete Struktur und der Strukturwechsel im anliegenden Urethragewebe konnte identifiziert und zugeordnet werden. Die Abstände zwischen Katheterwand und Gewebe betrugen in radialer Richtung bis zu 0,4 mm in sektoriellen Bereichen von bis zu 90°. Diese Abstandsvariationen müssen bei der β-Bestrahlungsdosimetrie berücksichtigt werden, da sie eine Reduktion der effektiven β-Bestrahlungsdosis im Zielbereich um ein Drittel bewirken können. Auch morphologische Gewebeveränderungen (Narbenbildung), die auf dem Wundheilungsprozess basieren, konnten mittels radialer OCT durch die Katheterwand hindurch nachgewiesen werden.ZusammenfassungMittels OCT ist eine Differenzierung zwischen morphologisch veränderten Gewebebereichen prinzipiell auch durch den urologischen Katheter hindurch gegeben. Der Kontaktbereich zwischen Katheter und Gewebe kann mit Hilfe der OCT verifiziert werden, was die Grundlage für eine solide Dosimetrie bei der lokalen Anwendung der 32P-β-Bestrahlung bildet.