La interferometría de rejilla podría permitir la detección más temprana del cáncer de mama – Physics World

La interferometría de rejilla podría permitir la detección más temprana del cáncer de mama – Physics World

Marca de tiempo: 8 de agosto de 2023 5:00 a.m.

Michał Rawlik y Marco Stampanoni
Desarrollo diagnóstico Michał Rawlik (izquierda) y Marco Stampanoni están investigando un nuevo método de obtención de imágenes por rayos X que esperan mejore decisivamente el diagnóstico del cáncer de mama. (Cortesía: Instituto Paul Scherrer/Markus Fischer)

Se ha demostrado que la mamografía reduce la mortalidad por cáncer de mama. Pero las mamografías están lejos de ser perfectas: un estudio encontró que sólo el 46% de los cánceres detectados fueron verdaderos positivos, mientras que el 22% de los casos de cáncer genuinos se pasaron por alto. El problema surge porque el tejido blando de la mama proporciona un contraste radiológico limitado y la proyección bidimensional utilizada en la mamografía no logra representar claramente la compleja estructura de la mama.

La tomografía computarizada (TC) de mama dedicada proporciona datos volumétricos, eliminando así los desafíos que surgen de la superposición de tejidos y la compresión de la mama. Pero no resuelve el límite de contraste fundamental de las imágenes de rayos X basadas en atenuación. Para superar este límite, los investigadores han recurrido a las imágenes de rayos X de contraste de fase, una técnica que explota los efectos de refracción e interferencia para crear imágenes con un contraste y una resolución significativamente mayores. Estas mejoras podrían ayudar a detectar tumores en una etapa más temprana y mejorar las posibilidades de supervivencia.

Hasta la fecha, las imágenes de rayos X de contraste de fase se han visto limitadas por la necesidad de fuentes de rayos X altamente coherentes, como los sincrotrones. Otro enfoque es la TC de contraste de fases basada en interferometría (GI-CT), que funciona con tubos de rayos X convencionales pero requiere altas dosis de rayos X. Ahora, un equipo de investigación dirigido por el Instituto Paul Scherrer (PSI) y ETH Zurich ha desarrollado una técnica GI-CT que es más eficiente en dosis que la TC convencional para imágenes mamarias en condiciones casi clínicas,

Interferometría de rejilla (que fue demostrado por primera vez en PSI) funciona colocando una serie de rejillas de difracción, con una separación entre líneas de unos pocos micrómetros, entre la fuente de rayos X y el detector. Las rejillas introducen un patrón de interferencia en el haz de rayos X, que luego se distorsiona cuando el haz pasa a través de la muestra. La refracción en estructuras de gran escala hace que el patrón se desplace lateralmente (el contraste de fase), mientras que la refracción en estructuras pequeñas que no se pueden resolver desdibuja el patrón (la señal de campo oscuro). Por lo tanto, el análisis del patrón distorsionado produce tres imágenes potenciales: basadas en la atenuación, el contraste de fase y la señal de campo oscuro.

Evaluación del desempeño

Marco Stampanoni, profesor de imágenes de rayos X en ETH Zurich y jefe del grupo de investigación en PSI, y sus colegas construyeron un sistema GI-CT basado en una fuente de rayos X de ánodo de tungsteno (que funciona con una energía típica de TC de mama de 70 kVp), un detector de conteo de fotones con un área activa de 195 x 19.2 mm y un interferómetro Talbot-Lau basado en rejillas disponibles comercialmente con un paso de 4.2 µm.

Los investigadores utilizaron el dispositivo, descrito en óptica, para obtener imágenes de una muestra de mama humana, con una dosis promedio administrada que oscila entre 5.5 y 219 mGy. Reconstruyeron imágenes utilizando atenuación y contraste de fase y descubrieron que la calidad visual de ambos contrastes aumentaba con la dosis administrada. Con la dosis más baja, la imagen de contraste de fase parecía inferior a la imagen de contraste de atenuación; sin embargo, para la dosis más alta, la imagen de la PC parecía superior.

Para resolver eficazmente la morfología de la mama se necesita una relación contraste-ruido (CNR) de cinco entre el tejido adiposo y glandular. Para disminuir el CNR a ese valor, los investigadores filtraron los volúmenes reconstruidos con un núcleo gaussiano. Para cada imagen, determinaron el tamaño del núcleo (un límite inferior de resolución) necesario para lograr esta CNR y la dosis necesaria a esta resolución.

Descubrieron que el requisito de dosis aumentaba más rápidamente para las imágenes basadas en atenuación que para las basadas en fase. Con una resolución de 214 µm o superior, las imágenes de contraste de fase eran más nítidas que las imágenes derivadas únicamente de la atenuación a la misma dosis.

Los investigadores también compararon GI-CT con la TC convencional basada en atenuación. Aunque GI-CT sólo utiliza la mitad del flujo de fotones, la fusión de las señales de atenuación y contraste de fase proporcionó información suficiente para compensar esta pérdida. "Demostramos que obtenemos más información de la refracción de la que perdemos debido a que la rejilla del analizador absorbe la mitad de los fotones", explica el autor principal. Michał Rawlik.

Para una resolución espacial mejor que 263 µm y una dosis absorbida de 16 mGy (ambas dentro de rangos clínicos), GI-CT superó a la TC convencional. Para los granos más afilados, GI-CT mostró un beneficio cada vez mayor; por ejemplo, requirió solo el 53 % de la dosis a 150 µm. El objetivo del equipo es reducir la dosis en un factor de dos a tres en comparación con los rayos X convencionales, manteniendo la misma resolución. Como la sensibilidad de GI-CT está limitada por la fabricación de la rejilla, las mejoras en la tecnología de fabricación deberían acercar a GI-CT a ese límite y, con pasos de rejilla más pequeños, posiblemente más allá.

Como este estudio examinó una muestra de tejido mamario sin tumor ni microcalcificaciones, los investigadores no incorporaron la señal de campo oscuro en sus análisis. Los estudios futuros sobre muestras patológicas les permitirán investigar el beneficio de la señal de campo oscuro para la TC de mama. También planean examinar el impacto de la densidad mamaria y cómo el aumento del CNR se correlaciona con la precisión del diagnóstico.

Los investigadores señalan que GI-CT es compatible con los escáneres de TC convencionales, lo que lo hace adecuado para un uso generalizado en hospitales y de aplicación inmediata a sistemas de TC de mama dedicados. Ahora han desarrollado dos dispositivos de investigación clínicos basados ​​en el sistema gastrointestinal, incluido un sistema de mamografía 2D adaptado con un interferómetro de rejilla instalado en el Hospital Universitario de Zúrich. Este dispositivo ha recibido la aprobación de Swissmedic y está previsto iniciar un estudio clínico este año. El otro es un dispositivo de TC de mama con contraste de fase, que el equipo está actualmente poniendo en marcha en el laboratorio de ETH Zurich, cuya aprobación del dispositivo está prevista para finales de 2024.

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