Nach Erkenntnissen eines multidisziplinären Forschungsteams in Cambridge, Großbritannien, könnte die Hinzufügung der optoakustischen (OA) Bildgebung zum Ultraschall (US) die Diagnose von Brustkrebs verbessern. Die Kombination ermöglicht die Visualisierung funktioneller Blutgefäße, überlagert mit strukturellen Merkmalen der Brust.
Um die klinische Anwendung dieser kombinierten Technik zu beschleunigen, entwickelte das Team einen einfachen Funktionssatz unter Verwendung von Einzelwellenlängen-OA-Daten aus einem integrierten OA-US-Bildgebungssystem, das bösartige Brustläsionen anhand ihrer Gefäßmuster identifizieren kann. Die Forscher beschreiben ihre Ergebnisse in Photoakustik.
Ein kostengünstiges OA-US-Gerät, das diesen Funktionsumfang nutzt, könnte die Zahl früher Brustkrebsdiagnosen erhöhen, insbesondere bei Frauen, die in Ländern mit niedrigem Einkommen leben, wo die Überlebensrate bei Brustkrebs weniger als 40 % beträgt (im Vergleich zu 80 % in Ländern mit hohem Einkommen). Einkommensländer). Das vorgeschlagene Gerät könnte auch das Brustkrebs-Screening in Bevölkerungsgruppen mit eingeschränktem Zugang zur Mammographie erweitern.
Die alleinige Ultraschallbildgebung weist tendenziell eine geringe Sensitivität bei der Erkennung von Brustkrebs auf und kann nicht immer zwischen gutartigen und bösartigen Läsionen unterscheiden. OA-Bildgebung – eine potenziell kostengünstige Technik, die auf optischer Anregung und akustischer Erkennung basiert – wird in klinischen Studien zur Brustkrebsdiagnose evaluiert, der aktuelle Analyseprozess ist jedoch recht komplex.
Hauptermittler Sarah Bohndiek, der Universität Cambridge Cancer Research UK Cambridge Institute und Abteilung für Physik, erklärt, dass das Ziel der Forscher darin bestand, die Erfassung von OA-US-Daten zu vereinfachen und einen einfachen Satz von Bildgebungsfunktionen zu erstellen, der leicht zu erlernen und klinisch umsetzbar sei.
Das Team erstellte den Funktionsumfang anhand von Bildern von 96 Brustläsionen bei 94 Patientinnen mit gutartigen, unbestimmten oder verdächtigen Brustanomalien NHS Foundation Trust der Cambridge University Hospitals. Die ersten 38 Läsionen (darunter 14 bösartige und acht gutartige) wurden zur Entwicklung des Funktionsumfangs herangezogen; die anderen wurden zur Validierung verwendet.
Alle Patienten in der Studie wurden einer Mammographie, Brustultraschall und OA-Bildgebung unterzogen – durchgeführt mit einem OA-Gerät, das auch niederfrequenten tomografischen Ultraschall enthielt. Die Forscher verwendeten eine Anregungswellenlänge von 800 nm, die die Absorption durch Wasser und Lipide minimiert, um Bilder zu erstellen, die die Morphologie der Blutgefäße rund um eine solide Brustläsion zeigen. Die Verwendung einer einzigen Wellenlänge vereinfachte die OA-Bildverarbeitung und -Visualisierung und bietet die Möglichkeit einer zukünftigen Systemvereinfachung und Kostenreduzierung.
Die Forscher analysierten die OA- und US-Bilder getrennt und in Kombination und suchten nach Mustern von Blutgefäßen, die für gesundes Brustgewebe, gutartige Erkrankungen und bösartige Erkrankungen repräsentativ sind. Gutartige Läsionen zeigten keine Vaskularität oder Gefäße, die über die Läsion drapierten, ohne sie zu durchdringen. Bösartige Läsionen wiesen unregelmäßige Versorgungsgefäße auf, die in die Läsion eindrangen, und/oder ein unorganisiertes unregelmäßiges Muster um sie herum. Das innere Erscheinungsbild der Läsionen ermöglichte keine Unterscheidung zwischen gutartigen und bösartigen Läsionen und wurde nicht herangezogen.
Die Forscher wählten drei Malignitätsmerkmale aus, die jede solide Läsion in die BI-RADS-5-Klassifizierung einstufen würden (starker Hinweis auf Malignität): unregelmäßige Kappe, unregelmäßiges Speisegefäß und Krallenzeichen. Das Vorhandensein gutartiger Merkmale – keine Gefäße oder über das Läsionsgefäß verteilte Gefäße – würde eine Läsion auf BI-RADS 2 (gutartig) herabstufen.
Zwei Brustradiologen validierten den Funktionsumfang durch unabhängige Interpretation der OA-US-Validierungsbilder (31 bösartige und 13 gutartige solide Läsionen). Es dauerte nur 20 Minuten Schulung, bis sie die Funktionen beherrschen konnten. Sie wurden gebeten, die Funktionen zur Klassifizierung von Läsionen nach BI-RADS-Kategorie sowie zur Klassifizierung der diagnostischen Ultraschalluntersuchungen und Mammographiebilder der Patienten zu verwenden.
Die Brustradiologen interpretierten die OA-US-Bilder mit einer Sensitivität von 96.8 % und einer Spezifität von 84.6 %, mit einem falsch negativen und zwei falsch positiven Ergebnissen für jeden Leser. Im Vergleich dazu ergab die Mammographie drei falsch negative und zwei falsch positive Ergebnisse für jeden Befunder, und die Ultraschalluntersuchung ergab ein falsch negatives und sechs bzw. sieben falsch positive Ergebnisse. Wichtig ist, dass alle falsch negativen Mammographie- und Ultraschallergebnisse von OA korrekt als positiv identifiziert wurden.
Deep Learning beschleunigt die superauflösende photoakustische Bildgebung
Bohndiek weist darauf hin, dass OA-US praktische Erfahrung erfordert, um das Standardverfahren zu optimieren und qualitativ hochwertige Bilddaten zu erhalten. Aus diesem Grund sollten zukünftige multizentrische Validierungsstudien die Abhängigkeit des Bedieners und die unabhängige Kalibrierung berücksichtigen.
„Wir haben Validierungsstudien des OA-US-Geräts im Zusammenhang mit der Entwicklung stabiler Testobjekte (Phantome) durchgeführt, die von Medizinphysikern zur Qualitätssicherung/Qualitätskontrolle verwendet werden können, sobald die Geräte routinemäßig in der Klinik eingesetzt werden“, erzählt sie Physik-Welt. „Wir planen auch, das System in Zukunft zur Überwachung des Ansprechens auf eine Strahlentherapie bei Brustkrebs einzusetzen.“
