An Investigation of the Diagnostic Potential of Autofluorescence Lifetime Spectroscopy and Imaging for Label-Free Contrast of Disease

The work presented in this thesis aimed to study the application of fluorescence lifetime spectroscopy (FLS) and fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) to investigate their potential for diagnostic contrast of diseased tissue with a particular emphasis on autofluorescence (AF) measurements of gastrointestinal (GI) disease. Initially, an ex vivo study utilising confocal FLIM was undertaken with 420 nm excitation to characterise the fluorescence lifetime (FL) images obtained from 71 GI samples from 35 patients. A significant decrease in FL was observed between normal colon and polyps (p = 0.024), and normal colon and inflammatory bowel disease (IBD) (p = 0.015). Confocal FLIM was also performed on 23 bladder samples. A longer, although not significant, FL for cancer was observed, in paired specimens (n = 5) instilled with a photosensitizer. The first in vivo study was a clinical investigation of skin cancer using a fibre-optic FL spectrofluorometer and involved the interrogation of 27 lesions from 25 patients. A significant decrease in the FL of basal cell carcinomas compared to healthy tissue was observed (p = 0.002) with 445 nm excitation. A novel clinically viable FLS fibre-optic probe was then applied ex vivo to measure 60 samples collected from 23 patients. In a paired analysis of neoplastic polyps and normal colon obtained from the same region of the colon in the same patient (n = 12), a significant decrease in FL was observed (p = 0.021) with 435 nm excitation. In contrast, with 375 nm excitation, the mean FL of IBD specimens (n = 4) was found to be longer than that of normal tissue, although not statistically significant. Finally, the FLS system was applied in vivo in 17 patients, with initial data indicating that 435 nm excitation results in AF lifetimes that are broadly consistent with ex vivo studies, although no diagnostically significant differences were observed in the signals obtained in vivo.Open Acces

Impiego della dissezione endoscopica della sottomucosa per il trattamento dei tumori precoci del tratto gastrointestinale: esperienza preliminare di un singolo centro.

Il trattamento dei tumori precoci del tratto gastrointestinale è stato, fino a solo due decenni orsono, unicamente chirurgico. Nei primi anni ’90, in Giappone, è stata proposta la resezione endoscopica della mucosa (EMR) e, a partire dal 2000, la dissezione endoscopica della sottomucosectomia endoscopica (ESD). L’osservazione di una bassa incidenza di metastasi linfonodali per tumori confinati alla mucosa (<3%) ed, in casi selezionati, anche alla sottomucosa, costituisce la base teorica del trattamento endoscopico conservativo. La EMR, eseguita con varie tecniche, ha portato a risultati anche soddisfacenti in termine di resezione completa e controllo della malattia, ma con indicazioni limitate essenzialmente dal tipo di tecnica. La EMR, infatti, permette la rimozione della mucosa e di parte, casuale e non controllata, della sottomucosa. Inoltre, le lesioni più grandi di 15-20 mm devono essere rimosse con tecnica “piecemeal”, che limita l’accuratezza dell’esame istologico definitivo, e aumenta la percentuale di malattia residua per infiltrazione dei margini di sezione laterali e per minor accuratezza nella valutazione del margine profondo di sezione. La ESD, tecnica più complessa e con maggior incidenza di complicanze rispetto alla EMR, è stata introdotta solo di recente in Europa. Essa consente una rimozione completa ed “en bloc” (in un unico pezzo) della lesione, favorendo una diagnosi istologica piu’ accurata e riducendo il tasso di recidiva locale. Fra i primi nel nostro Paese, nell’ambito di questo ciclo di Dottorato, e’ stato condotto uno studio di fattibilita’ su un numero limitato di casi sull’impiego della ESD nel trattamento di patologie neoplastiche iniziali (T1) dell’apparato digerente. Nel periodo compreso fra Novembre 2007 e Ottobre 2010, un totale di 26 ESD per tumori precoci di varie sedi del tratto gastrointestinal sono state eseguite presso il Dipartimento di Chirurgia Generale “Paride Stefanini”, Sapienza Universita’ di Roma. Il tempo operatorio mediano e’ stato di 120 minuti. La degenza mediana dei pazienti e’ stata di 3 giorni. Una resezione completa (R0) e’ stata ottenuta in 23 su 26 casi (88%). Una resezione incompleta (R1) in 3 casi. L’asportazione mediante ESD en bloc e’ stata eseguita con successo in 23 casi su 26 (88%). In 3 casi, la ESD e’ stata convertita in EMR “piecemeal” con ansa diatermica per l’insorgenza di complicanze. In 6 casi (23%), tutti colici, si e’ verificata una perforazione, che e’ stata tempestivamente riconosciuta e immediatamente chiusa con endoclips. Tutte le complicanze sono state trattate endoscopicamente e non vi e’ stata necessita’ di intervento chirurgico in nessun caso. Il follow-up mediano e’ stato di 20 mesi. In 2 casi e’stata evidenziata una recidiva. Questo studio ha dimostrato che il trattamento dei tumori precoci del tratto gastrointestinale mediante ESD, previo adeguato training in centri di riferimento internazionali, e con opportuno e tempestivo back-up chirurgico in caso di complicanze non gestibili endoscopicamente, e’ fattibile. La EMR, presenta indicazioni limitate con attendibilità istologica limitata e maggior incidenza di recidive. La ESD, tecnica più complessa, pur gravata da maggior incidenza di complicanze, permette resezioni curative in elevate percentuali. La diffusione di tale tecnica va tuttavia per ora riservata a centri di ricerca di alta specializzazione. L'esperienza oggetto di questo studio e’ stata pubblicata su Gastric Cancer, rivista ufficiale congiunta dell'Associazione Internazionale sul Cancro Gastrico e di quella Giapponese. Questo studio e’ una delle prime esperienze pilota in Italia e in Europa sull’impiego di questa tecnica. Un'estensione multicentrica, con l'inserimento di un gruppo di controllo, sarebbe auspicabile per contribuire a validare la metodica sia a livello nazionale che europeo

Impiego della dissezione endoscopica della sottomucosa per il trattamento dei tumori precoci del tratto gastrointestinale: esperienza preliminare di un singolo centro.

Il trattamento dei tumori precoci del tratto gastrointestinale è stato, fino a solo due decenni orsono, unicamente chirurgico. Nei primi anni ’90, in Giappone, è stata proposta la resezione endoscopica della mucosa (EMR) e, a partire dal 2000, la dissezione endoscopica della sottomucosectomia endoscopica (ESD). L’osservazione di una bassa incidenza di metastasi linfonodali per tumori confinati alla mucosa (<3%) ed, in casi selezionati, anche alla sottomucosa, costituisce la base teorica del trattamento endoscopico conservativo. La EMR, eseguita con varie tecniche, ha portato a risultati anche soddisfacenti in termine di resezione completa e controllo della malattia, ma con indicazioni limitate essenzialmente dal tipo di tecnica. La EMR, infatti, permette la rimozione della mucosa e di parte, casuale e non controllata, della sottomucosa. Inoltre, le lesioni più grandi di 15-20 mm devono essere rimosse con tecnica “piecemeal”, che limita l’accuratezza dell’esame istologico definitivo, e aumenta la percentuale di malattia residua per infiltrazione dei margini di sezione laterali e per minor accuratezza nella valutazione del margine profondo di sezione. La ESD, tecnica più complessa e con maggior incidenza di complicanze rispetto alla EMR, è stata introdotta solo di recente in Europa. Essa consente una rimozione completa ed “en bloc” (in un unico pezzo) della lesione, favorendo una diagnosi istologica piu’ accurata e riducendo il tasso di recidiva locale. Fra i primi nel nostro Paese, nell’ambito di questo ciclo di Dottorato, e’ stato condotto uno studio di fattibilita’ su un numero limitato di casi sull’impiego della ESD nel trattamento di patologie neoplastiche iniziali (T1) dell’apparato digerente. Nel periodo compreso fra Novembre 2007 e Ottobre 2010, un totale di 26 ESD per tumori precoci di varie sedi del tratto gastrointestinal sono state eseguite presso il Dipartimento di Chirurgia Generale “Paride Stefanini”, Sapienza Universita’ di Roma. Il tempo operatorio mediano e’ stato di 120 minuti. La degenza mediana dei pazienti e’ stata di 3 giorni. Una resezione completa (R0) e’ stata ottenuta in 23 su 26 casi (88%). Una resezione incompleta (R1) in 3 casi. L’asportazione mediante ESD en bloc e’ stata eseguita con successo in 23 casi su 26 (88%). In 3 casi, la ESD e’ stata convertita in EMR “piecemeal” con ansa diatermica per l’insorgenza di complicanze. In 6 casi (23%), tutti colici, si e’ verificata una perforazione, che e’ stata tempestivamente riconosciuta e immediatamente chiusa con endoclips. Tutte le complicanze sono state trattate endoscopicamente e non vi e’ stata necessita’ di intervento chirurgico in nessun caso. Il follow-up mediano e’ stato di 20 mesi. In 2 casi e’stata evidenziata una recidiva. Questo studio ha dimostrato che il trattamento dei tumori precoci del tratto gastrointestinale mediante ESD, previo adeguato training in centri di riferimento internazionali, e con opportuno e tempestivo back-up chirurgico in caso di complicanze non gestibili endoscopicamente, e’ fattibile. La EMR, presenta indicazioni limitate con attendibilità istologica limitata e maggior incidenza di recidive. La ESD, tecnica più complessa, pur gravata da maggior incidenza di complicanze, permette resezioni curative in elevate percentuali. La diffusione di tale tecnica va tuttavia per ora riservata a centri di ricerca di alta specializzazione. L'esperienza oggetto di questo studio e’ stata pubblicata su Gastric Cancer, rivista ufficiale congiunta dell'Associazione Internazionale sul Cancro Gastrico e di quella Giapponese. Questo studio e’ una delle prime esperienze pilota in Italia e in Europa sull’impiego di questa tecnica. Un'estensione multicentrica, con l'inserimento di un gruppo di controllo, sarebbe auspicabile per contribuire a validare la metodica sia a livello nazionale che europeo

A Western single-center experience with endoscopic submucosal dissection for early gastrointestinal cancers

Endoscopic submucosal dissection (ESD) has gained worldwide acceptance as a treatment for early gastrointestinal cancers (EGICs). However, the management of these tumors in the Western world is still mainly surgical. Our aim was to evaluate the safety and feasibility of ESD at a European center. Based on the knowledge transferred by one of the most experienced Japanese institutions, we conducted a pilot study on 25 consecutive patients with EGICs located in the esophagus (n = 3), stomach (n = 7), duodenum (n = 1), and colon (n = 14) at our tertiary center over a 2-year-period. The main outcome measurements were complete (R0) resection, as well as en-bloc resection and the management of complications. The R0 and en-bloc resection rates were 100% and 84%, respectively. There were three cases of bleeding and five cases of perforation. With a median follow up of 18 months, two recurrences were observed. We conclude that ESD for early esophageal and gastric cancers is feasible and effective, while colonic ESD requires more expertise

British Society of Gastroenterology guidelines on the diagnosis and management of patients at risk of gastric adenocarcinoma

Gastric adenocarcinoma carries a poor prognosis, in part due to the late stage of diagnosis. Risk factors include Helicobacter pylori infection, family history of gastric cancer - in particular, hereditary diffuse gastric cancer and pernicious anaemia. The stages in the progression to cancer include chronic gastritis, gastric atrophy (GA), gastric intestinal metaplasia (GIM) and dysplasia. The key to early detection of cancer and improved survival is to non-invasively identify those at risk before endoscopy. However, although biomarkers may help in the detection of patients with chronic atrophic gastritis, there is insufficient evidence to support their use for population screening. High-quality endoscopy with full mucosal visualisation is an important part of improving early detection. Image-enhanced endoscopy combined with biopsy sampling for histopathology is the best approach to detect and accurately risk-stratify GA and GIM. Biopsies following the Sydney protocol from the antrum, incisura, lesser and greater curvature allow both diagnostic confirmation and risk stratification for progression to cancer. Ideally biopsies should be directed to areas of GA or GIM visualised by high-quality endoscopy. There is insufficient evidence to support screening in a low-risk population (undergoing routine diagnostic oesophagogastroduodenoscopy) such as the UK, but endoscopic surveillance every 3 years should be offered to patients with extensive GA or GIM. Endoscopic mucosal resection or endoscopic submucosal dissection of visible gastric dysplasia and early cancer has been shown to be efficacious with a high success rate and low rate of recurrence, providing that specific quality criteria are met

British Society of Gastroenterology guidelines on the diagnosis and management of patients at risk of gastric adenocarcinoma

Gastric adenocarcinoma carries a poor prognosis, in part due to the late stage of diagnosis. Risk factors include Helicobacter pylori infection, family history of gastric cancer - in particular, hereditary diffuse gastric cancer and pernicious anaemia. The stages in the progression to cancer include chronic gastritis, gastric atrophy (GA), gastric intestinal metaplasia (GIM) and dysplasia. The key to early detection of cancer and improved survival is to non-invasively identify those at risk before endoscopy. However, although biomarkers may help in the detection of patients with chronic atrophic gastritis, there is insufficient evidence to support their use for population screening. High-quality endoscopy with full mucosal visualisation is an important part of improving early detection. Image-enhanced endoscopy combined with biopsy sampling for histopathology is the best approach to detect and accurately risk-stratify GA and GIM. Biopsies following the Sydney protocol from the antrum, incisura, lesser and greater curvature allow both diagnostic confirmation and risk stratification for progression to cancer. Ideally biopsies should be directed to areas of GA or GIM visualised by high-quality endoscopy. There is insufficient evidence to support screening in a low-risk population (undergoing routine diagnostic oesophagogastroduodenoscopy) such as the UK, but endoscopic surveillance every 3 years should be offered to patients with extensive GA or GIM. Endoscopic mucosal resection or endoscopic submucosal dissection of visible gastric dysplasia and early cancer has been shown to be efficacious with a high success rate and low rate of recurrence, providing that specific quality criteria are met

Plasma Dynamics

Contains table of contents for Section 2 and reports on four research projects.Lawrence Livermore National Laboratory Subcontract 6264005National Science Foundation Grant ECS 84-13173National Science Foundation Grant ECS 85-14517U.S. Air Force - Office of Scientific Research Contract AFOSR 84-0026U.S. Army - Harry Diamond Laboratories Contract DAAL02-86-C-0050U.S. Navy - Office of Naval Research Contract N00014-87-K-2001National Science Foundation Grant ECS 85-15032National Science Foundation Grant ECS 88-22475U.S. Department of Energy Contract DE-AC02-ET-5101

Virtual Chromoendoscopy in Capsule Endoscopy: A Narrative Review

The usefulness of virtual chromoendoscopy (VC) in capsule endoscopy (CE) isa controversial issue, with conflicting studies regarding its efficacy. FICE and a blue filter were embedded in the PillCamTM software, with the aim to assist readers in identifying the source of obscure gastrointestinal (GI) bleeding (OGIB), coeliac disease mucosal changes and other small and large bowel lesions, including polyps and tumors. This review aims to summarize the existing evidence on the value of VC in the visualization and identification of different types of pathology. Overall, VC in CE with FICE 1 and 2 can be a useful adjunctive tool and may increase the visibility of pigmented lesions, such as angiectasias and ulcers. However, it does not appear to improve the detection of polyps or tumors. On the other hand, the role of FICE 3 and the blue filter appears to be limited. FICE may also be helpful in differentiating hyperplastic and adenomatous colonic polyps during colon capsule endoscopy, although more evidence is needed