Tilføjelse af optoakustisk (OA) billeddannelse til ultralyd (US) kan forbedre diagnosen brystkræft, ifølge resultater fra et tværfagligt forskerhold i Cambridge, Storbritannien. Kombinationen muliggør visualisering af funktionel blodvaskulatur overlejret med strukturelle træk ved brystet.
For at hjælpe med at fremskynde den kliniske anvendelse af denne kombinerede teknik udviklede teamet et simpelt funktionssæt ved hjælp af enkeltbølgelængde OA-data fra et integreret OA-US billeddannelsessystem, der kan identificere ondartede brystlæsioner baseret på deres vaskulære mønstre. Forskerne beskriver deres resultater i Fotoakustik.
En billig OA-US-enhed, der bruger dette funktionssæt, kan øge antallet af tidlige brystkræftdiagnoser, især hos kvinder, der bor i lavindkomstlande, hvor overlevelsesraten for brystkræft er mindre end 40 % (sammenlignet med 80 % i høj- indkomstlande). Den foreslåede enhed kan også udvide brystkræftscreening i populationer med begrænset adgang til mammografi.
Ultralydsbilleddannelse alene har en tendens til at have lav følsomhed for påvisning af brystkræft og kan ikke altid skelne mellem benigne og ondartede læsioner. OA-billeddannelse – en potentielt billig teknik baseret på optisk excitation og akustisk detektion – evalueres i kliniske undersøgelser til diagnosticering af brystkræft, men den nuværende analyseproces er ret kompleks.
Ledende efterforsker Sarah Bohndiek, fra University of Cambridge's Cancer Research UK Cambridge Institute , afdeling for fysik, forklarer, at forskernes mål var at forenkle indsamlingen af OA-US-data og skabe et simpelt billedbehandlingsfunktionssæt, der var let at lære og klinisk gennemførligt at implementere.
Holdet genererede funktionssættet ved hjælp af billeder fra 96 brystlæsioner hos 94 patienter med godartede, ubestemte eller mistænkelige brystabnormiteter kl. Cambridge University Hospitals NHS Foundation Trust. De første 38 læsioner (inklusive 14 ondartede og otte benigne) blev brugt til at udvikle funktionssættet; de andre blev brugt til validering.
Alle patienter i undersøgelsen gennemgik mammografi, brystultralyd og OA-billeddannelse - udført ved hjælp af en OA-enhed, der også inkorporerede lavfrekvent tomografisk ultralyd. Forskerne brugte en excitationsbølgelængde på 800 nm, som minimerer absorption af vand og lipider, til at skabe billeder, der viser morfologien af blodkar, der omgiver en solid brystlæsion. Brugen af en enkelt bølgelængde forenklet OA-billedbehandling og visualisering, hvilket giver mulighed for fremtidig systemforenkling og omkostningsreduktion.
Forskerne analyserede OA- og US-billederne separat og i kombination og ledte efter mønstre af blodkar, der er repræsentative for sundt brystvæv, godartet sygdom og malignitet. Godartede læsioner viste ingen vaskularitet eller kar, der var draperet over læsionen uden at trænge ind i den. Maligne læsioner havde uregelmæssige fødekar, der trængte ind i læsionen og/eller et uorganiseret uregelmæssigt mønster omkring dem. Det indre udseende af læsionerne skelnede ikke mellem benigne og ondartede læsioner og blev ikke brugt.
Forskerne udvalgte tre egenskaber ved malignitet, der ville opgradere enhver fast læsion til en BI-RADS 5-klassifikation (meget tyder på malignitet): uregelmæssig hætte, uregelmæssig fødekar og klotegn. Tilstedeværelsen af godartede træk – ingen kar eller kar spredt ud over læsionskarret – ville nedgradere en læsion til BI-RADS 2 (godartet).
To brystradiologer validerede funktionssættet ved uafhængigt at fortolke OA-US-valideringsbillederne (31 maligne og 13 godartede faste læsioner). Det tog kun 20 minutters træning for dem at blive dygtige til at bruge funktionssættet. De blev bedt om at bruge funktionerne til at klassificere læsioner efter BI-RADS-kategori samt til at klassificere patienternes diagnostiske ultralydsundersøgelser og mammografibilleder.
Brystradiologerne fortolkede OA-US billederne med en sensitivitet på 96.8 % og en specificitet på 84.6 %, med en falsk negativ og to falsk positiv for hver læser. Til sammenligning gav mammografi tre falske negative og to falske positive for hver læser, og ultralyd genererede en falsk negativ og seks og syv falske positiver. Det er vigtigt, at alle de falske mammografi- og ultralydsnegativer blev korrekt identificeret som positive af OA.
Dyb læring fremskynder fotoakustisk billeddannelse i superopløsning
Bohndiek påpeger, at OA-US kræver praktisk erfaring for at optimere standarddriftsproceduren og opnå billeddata af høj kvalitet, og af denne grund bør fremtidige multicentervalideringsstudier overveje operatørafhængighed og uafhængig kalibrering.
"Vi har foretaget valideringsundersøgelser af OA-US-enheden i forbindelse med udvikling af stabile testobjekter (fantomer), som kan bruges af medicinske fysikere til QA/QC, når først enhederne er brugt rutinemæssigt i klinikken," fortæller hun. Fysik verden. "Vi planlægger også at anvende systemet i fremtiden til overvågning af respons på strålebehandling ved brystkræft."
