Å legge til optoakustisk (OA) avbildning til ultralyd (US) kan forbedre diagnosen brystkreft, ifølge funn fra et tverrfaglig forskerteam i Cambridge, Storbritannia. Kombinasjonen muliggjør visualisering av funksjonell blodkar overlagt med strukturelle trekk ved brystet.
For å hjelpe til med å akselerere den kliniske anvendelsen av denne kombinerte teknikken, utviklet teamet et enkelt funksjonssett ved bruk av enkeltbølgelengde OA-data fra et integrert OA-US-bildesystem som kan identifisere ondartede brystlesjoner basert på deres vaskulære mønstre. Forskerne beskriver funnene sine i Fotoakustikk.
En rimelig OA-US-enhet som bruker dette funksjonssettet kan øke antallet tidlige brystkreftdiagnoser, spesielt hos kvinner som bor i lavinntektsland, hvor overlevelsesraten for brystkreft er mindre enn 40 % (sammenlignet med 80 % i høy- inntektsland). Den foreslåtte enheten kan også utvide brystkreftscreening i populasjoner med begrenset tilgang til mammografi.
Ultralydbilde alene har en tendens til å ha lav følsomhet for påvisning av brystkreft, og kan ikke alltid skille mellom godartede og ondartede lesjoner. OA-avbildning – en potensielt rimelig teknikk basert på optisk eksitasjon og akustisk deteksjon – blir evaluert i kliniske studier for diagnose av brystkreft, men den nåværende analyseprosessen er ganske kompleks.
Hovedetterforsker Sarah Bohndiek, ved University of Cambridge's Cancer Research UK Cambridge Institute og avdeling for fysikk, forklarer at forskernes mål var å forenkle innhenting av OA-US-data og lage et enkelt bildefunksjonssett som var enkelt å lære og klinisk gjennomførbart å implementere.
Teamet genererte funksjonssettet ved å bruke bilder fra 96 brystlesjoner hos 94 pasienter med godartede, ubestemte eller mistenkelige brystavvik kl. Cambridge University Hospitals NHS Foundation Trust. De første 38 lesjonene (inkludert 14 ondartede og åtte godartede) ble brukt til å utvikle funksjonssettet; de andre ble brukt til validering.
Alle pasientene i studien gjennomgikk mammografi, brystultralyd og OA-avbildning – utført ved bruk av en OA-enhet som også inkorporerte lavfrekvent tomografisk ultralyd. Forskerne brukte en eksitasjonsbølgelengde på 800 nm, som minimerer absorpsjon av vann og lipider, for å lage bilder som viser morfologien til blodårene rundt en solid brystlesjon. Bruken av en enkelt bølgelengde forenklet OA-bildebehandling og visualisering, og gir mulighet for fremtidig systemforenkling og kostnadsreduksjon.
Forskerne analyserte OA- og US-bildene separat og i kombinasjon, og lette etter mønstre av blodkar som er representativt for sunt brystvev, godartet sykdom og malignitet. Godartede lesjoner viste ingen vaskularitet eller kar som ble drapert over lesjonen uten å penetrere den. Ondartede lesjoner hadde uregelmessige fødekar som trengte inn i lesjonen og/eller et uorganisert uregelmessig mønster rundt dem. Det indre utseendet til lesjonene skilte ikke godartede og ondartede lesjoner og ble ikke brukt.
Forskerne valgte ut tre trekk ved malignitet som ville oppgradere enhver solid lesjon til en BI-RADS 5-klassifisering (antyder sterkt malignitet): uregelmessig hette, uregelmessig fôringskar og klotegn. Tilstedeværelsen av godartede trekk – ingen kar eller kar spredt over lesjonskaret – ville nedgradere en lesjon til BI-RADS 2 (godartet).
To brystradiologer validerte funksjonssettet ved uavhengig å tolke OA-US-valideringsbildene (31 ondartede og 13 benigne solide lesjoner). Det tok bare 20 minutter med trening for dem å bli dyktige i å bruke funksjonssettet. De ble bedt om å bruke funksjonene til å klassifisere lesjoner etter BI-RADS-kategori, samt å klassifisere pasientenes diagnostiske ultralydundersøkelser og mammografibilder.
Brystradiologene tolket OA-US-bildene med en sensitivitet på 96.8 % og en spesifisitet på 84.6 %, med en falsk negativ og to falske positive for hver leser. Til sammenligning ga mammografi tre falske negative og to falske positive for hver leser, og ultralyd genererte en falsk negativ og seks og syv falske positiver. Det er viktig at alle falske mammografi- og ultralydnegativer ble korrekt identifisert som positive av OA.
Dyplæring akselererer fotoakustisk bildebehandling med superoppløsning
Bohndiek påpeker at OA-US krever praktisk erfaring for å optimere standard operasjonsprosedyre og oppnå bildedata av høy kvalitet, og av denne grunn bør fremtidige multisentervalideringsstudier vurdere operatøravhengighet og uavhengig kalibrering.
"Vi har gjennomført valideringsstudier av OA-US-enheten i sammenheng med å utvikle stabile testobjekter (fantomer) som kan brukes av medisinske fysikere for QA/QC når enhetene blir brukt rutinemessig i klinikken," forteller hun Fysikkens verden. "Vi planlegger også å bruke systemet i fremtiden til overvåking av respons på strålebehandling ved brystkreft."
