Dodanie obrazowania optoakustycznego (OA) do ultrasonografii (US) może poprawić diagnostykę raka piersi, zgodnie z ustaleniami multidyscyplinarnego zespołu badawczego z Cambridge w Wielkiej Brytanii. Połączenie umożliwia wizualizację czynnościowych naczyń krwionośnych z nałożonymi cechami strukturalnymi piersi.
Aby przyspieszyć kliniczne zastosowanie tej połączonej techniki, zespół opracował prosty zestaw funkcji, wykorzystując dane OA o pojedynczej długości fali ze zintegrowanego systemu obrazowania OA-US, który może identyfikować złośliwe zmiany piersi na podstawie ich wzorców naczyniowych. Naukowcy opisują swoje odkrycia w: Fotoakustyka.
Niedrogie urządzenie OA-US wykorzystujące ten zestaw funkcji może zwiększyć liczbę wczesnych diagnoz raka piersi, szczególnie u kobiet żyjących w krajach o niskich dochodach, gdzie wskaźnik przeżycia raka piersi wynosi mniej niż 40% (w porównaniu z 80% w krajach o wysokim krajów o dochodach). Proponowane urządzenie może również rozszerzyć badania przesiewowe raka piersi w populacjach z ograniczonym dostępem do mammografii.
Samo obrazowanie ultrasonograficzne ma zwykle niską czułość w wykrywaniu raka piersi i nie zawsze umożliwia odróżnienie zmian łagodnych od złośliwych. Obrazowanie OA – potencjalnie niedroga technika oparta na wzbudzaniu optycznym i wykrywaniu akustycznym – jest oceniane w badaniach klinicznych w diagnostyce raka piersi, ale obecny proces analizy jest dość złożony.
Główny śledczy Sara Bohndiek, Uniwersytetu Cambridge Instytut Badań nad Rakiem w Wielkiej Brytanii, Instytut Cambridge i Wydział Fizyki, wyjaśnia, że celem naukowców było uproszczenie pozyskiwania danych OA-US i stworzenie prostego zestawu funkcji obrazowania, który byłby łatwy do nauczenia i wykonalny klinicznie.
Zespół wygenerował zestaw funkcji, korzystając z obrazów z 96 zmian w piersiach u 94 pacjentów z łagodnymi, nieokreślonymi lub podejrzanymi nieprawidłowościami piersi w Szpitale Uniwersyteckie w Cambridge NHS Foundation Trust. Pierwsze 38 zmian (w tym 14 złośliwych i XNUMX łagodnych) wykorzystano do opracowania zestawu cech; pozostałe zostały użyte do walidacji.
Wszystkie pacjentki objęte badaniem zostały poddane mammografii, USG piersi i obrazowaniu OA – wykonane za pomocą urządzenia OA, które zawierało również tomografię tomograficzną o niskiej częstotliwości. Naukowcy wykorzystali falę wzbudzającą o długości 800 nm, która minimalizuje wchłanianie przez wodę i lipidy, aby stworzyć obrazy przedstawiające morfologię naczyń krwionośnych otaczających litą zmianę piersi. Zastosowanie pojedynczej długości fali uprościło przetwarzanie i wizualizację obrazu OA, oferując możliwość przyszłego uproszczenia systemu i redukcji kosztów.
Naukowcy analizowali obrazy OA i US oddzielnie i łącznie, szukając wzorów naczyń krwionośnych reprezentujących zdrową tkankę piersi, łagodną chorobę i nowotwór. Zmiany łagodne nie wykazywały unaczynienia ani naczyń, które obejmowały zmianę bez penetracji. Złośliwe zmiany miały nieregularne naczynia odżywiające, które penetrowały zmianę i/lub niezorganizowany nieregularny wzór wokół nich. Wygląd wewnętrzny zmian nie różnicował zmian łagodnych i złośliwych i nie był stosowany.
Badacze wybrali trzy cechy złośliwości, które zaklasyfikowałyby każdą litą zmianę do klasyfikacji BI-RADS 5 (wysoce sugerujące złośliwość): nieregularny kapelusz, nieregularne naczynie żywieniowe i znak pazurów. Obecność łagodnych cech – brak naczyń lub naczyń rozłożonych na naczyniu ze zmianą – obniżyłaby ocenę zmiany do BI-RADS 2 (łagodna).
Dwóch radiologów piersi potwierdziło zestaw cech, niezależnie interpretując obrazy walidacyjne OA-US (31 zmian złośliwych i 13 niezłośliwych zmian litych). Zajęło im tylko 20 minut szkolenia, aby osiągnąć biegłość w korzystaniu z zestawu funkcji. Poproszono ich o wykorzystanie cech do klasyfikacji zmian według kategorii BI-RADS, a także klasyfikację diagnostycznych badań ultrasonograficznych pacjentów i obrazów mammograficznych.
Radiolodzy piersi zinterpretowali obrazy OA-US z czułością 96.8% i swoistością 84.6%, z jednym fałszywie ujemnym i dwoma fałszywie dodatnimi dla każdego czytelnika. Dla porównania, mammografia dała trzy fałszywie negatywne i dwa fałszywie pozytywne wyniki dla każdego czytelnika, a USG dało jeden fałszywie negatywny oraz sześć i siedem fałszywie pozytywnych. Co ważne, wszystkie fałszywie ujemne wyniki mammografii i USG zostały prawidłowo zidentyfikowane jako dodatnie przez OA.
Głębokie uczenie przyspiesza obrazowanie fotoakustyczne w super rozdzielczości
Bohndiek wskazuje, że OA-US wymaga praktycznego doświadczenia, aby zoptymalizować standardową procedurę operacyjną i uzyskać wysokiej jakości dane obrazu, iz tego powodu przyszłe wieloośrodkowe badania walidacyjne powinny uwzględniać zależność operatora i niezależną kalibrację.
„Przeprowadzamy badania walidacyjne urządzenia OA-US w kontekście opracowywania stabilnych obiektów testowych (fantomów), które mogą być wykorzystywane przez fizyków medycznych do QA/QC, gdy urządzenia są rutynowo używane w klinice” – mówi. Świat Fizyki. „Planujemy również w przyszłości zastosować system do monitorowania odpowiedzi na radioterapię raka piersi”.
