Grating interferometria pode permitir a detecção precoce do câncer de mama – Physics World

Foi demonstrado que o rastreio mamográfico reduz a mortalidade por cancro da mama. Mas as mamografias estão longe de ser perfeitas, com um estudo a concluir que apenas 46% dos cancros detectados foram verdadeiros positivos, enquanto 22% dos casos de cancro genuínos foram perdidos. O problema surge porque o tecido mole da mama fornece contraste limitado aos raios X e a projeção bidimensional usada na mamografia não consegue representar claramente a estrutura complexa da mama.

A tomografia computadorizada (TC) dedicada da mama fornece dados volumétricos, eliminando assim os desafios decorrentes da sobreposição de tecidos e da compressão da mama. Mas isso não resolve o limite de contraste fundamental da imagem de raios X baseada em atenuação. Para superar esse limite, os pesquisadores recorreram à imagem de raios X com contraste de fase, uma técnica que explora efeitos de refração e interferência para criar imagens com contraste e resolução significativamente maiores. Essas melhorias poderiam ajudar a detectar tumores numa fase mais precoce e melhorar as chances de sobrevivência.

Até o momento, a imagem de raios X com contraste de fase tem sido limitada pela necessidade de fontes de raios X altamente coerentes, como os síncrotrons. Outra abordagem é a TC de contraste de fase baseada em interferometria de grade (GI-CT), que funciona com tubos de raios X convencionais, mas requer altas doses de raios X. Agora, uma equipe de pesquisa liderada pelo Instituto Paul Scherrer (PSI) e ETH Zurich desenvolveu uma técnica GI-CT que é mais eficiente em termos de dose do que a TC convencional para imagens mamárias em condições quase clínicas,

Interferometria de grade (que foi demonstrado pela primeira vez no PSI) funciona colocando uma série de redes de difração, com espaçamento entre linhas de alguns micrômetros, entre a fonte de raios X e o detector. As grades introduzem um padrão de interferência no feixe de raios X, que é então distorcido quando o feixe passa pela amostra. A refração em estruturas de grande escala faz com que o padrão se desloque lateralmente (o contraste de fase), enquanto a refração em pequenas estruturas insolúveis desfoca o padrão (o sinal de campo escuro). A análise do padrão distorcido produz, portanto, três imagens potenciais: baseadas na atenuação, no contraste de fase e no sinal de campo escuro.

Avaliação de desempenho

Marco Stampanoni, professor de imagens de raios X na ETH Zurique e chefe do grupo de pesquisa da PSI, e colegas construíram um sistema GI-CT baseado em uma fonte de raios X de ânodo de tungstênio (operado com uma energia típica de TC de mama de 70 kVp), um detector de contagem de fótons com área ativa de 195 x 19.2 mm e um interferômetro Talbot-Lau baseado em grades disponíveis comercialmente com passo de 4.2 µm.

Os pesquisadores usaram o dispositivo, descrito em Optica, para obter imagens de uma amostra de mama humana, com uma dose média administrada variando de 5.5 a 219 mGy. Eles reconstruíram imagens usando atenuação e contraste de fase e descobriram que a qualidade visual de ambos os contrastes aumentava com a dose administrada. Na dose mais baixa, a imagem de contraste de fase parecia inferior à imagem de contraste de atenuação; entretanto, para a dose mais alta, a imagem do PC pareceu superior.

Para resolver efetivamente a morfologia da mama, é necessária uma relação contraste-ruído (CNR) de cinco entre tecido adiposo e glandular. Para diminuir o CNR para esse valor, os pesquisadores filtraram os volumes reconstruídos com um kernel gaussiano. Para cada imagem, eles determinaram o tamanho do kernel (um limite inferior na resolução) necessário para atingir esse CNR e a dose necessária nessa resolução.

Eles descobriram que a necessidade de dose aumentou mais rapidamente para imagens baseadas em atenuação do que para imagens baseadas em fase. Com uma resolução de 214 µm ou superior, as imagens de contraste de fase eram mais nítidas do que as imagens derivadas apenas da atenuação na mesma dose.

Os pesquisadores também compararam a GI-CT com a TC convencional baseada em atenuação. Embora o GI-CT utilize apenas metade do fluxo de fótons, a fusão dos sinais de atenuação e contraste de fase forneceu informações suficientes para compensar essa perda. “Demonstramos que obtemos mais informações da refração do que perdemos devido ao fato de metade dos fótons serem absorvidos pela rede do analisador”, explica o autor principal. Michael Rawlik.

Para resolução espacial melhor que 263 µm e dose absorvida de 16 mGy (ambas dentro da faixa clínica), a GI-CT superou a TC convencional. Para grãos mais afiados, o GI-CT exibiu benefícios crescentes, por exemplo, exigindo apenas 53% da dose a 150 µm. O objetivo da equipe é reduzir a dose em um fator de dois a três em comparação com os raios X convencionais, mantendo a mesma resolução. Como a sensibilidade do GI-CT é limitada pela fabricação da grade, as melhorias na tecnologia de fabricação devem aproximar o GI-CT desse limite e, com passos de grade menores, possivelmente além dele.

Imagens com contraste de fase podem melhorar o diagnóstico do câncer de mama

Como este estudo examinou uma amostra de tecido mamário sem tumor ou microcalcificações, os pesquisadores não incorporaram o sinal de campo escuro em suas análises. Estudos futuros em amostras patológicas permitirão investigar o benefício do sinal de campo escuro para TC de mama. Eles também planejam examinar o impacto da densidade mamária e como o aumento do CNR se correlaciona com a precisão do diagnóstico.

Os pesquisadores observam que o GI-CT é compatível com tomógrafos convencionais, tornando-o adequado para uso generalizado em hospitais e imediatamente aplicável a sistemas dedicados de tomografia computadorizada de mama. Eles desenvolveram agora dois dispositivos clínicos de investigação baseados em GI, incluindo um sistema de mamografia 2D adaptado com um interferômetro de grade instalado no Hospital Universitário de Zurique. Este dispositivo recebeu aprovação da Swissmedic e um estudo clínico está planejado para começar este ano. O outro é um aparelho de tomografia computadorizada de mama com contraste de fase, que a equipe está atualmente comissionando no laboratório da ETH Zurique, com aprovação do dispositivo planejada para o final de 2024.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/grating-interferometry-could-enable-earlier-detection-of-breast-cancer/