Att lägga till optoakustisk (OA) avbildning till ultraljud (USA) kan förbättra diagnosen bröstcancer, enligt resultat från ett multidisciplinärt forskarlag i Cambridge, Storbritannien. Kombinationen möjliggör visualisering av funktionell blodkärl med strukturella egenskaper hos bröstet.
För att påskynda den kliniska tillämpningen av denna kombinerade teknik, utvecklade teamet en enkel funktionsuppsättning med OA-data från en våglängd från ett integrerat OA-US-bildsystem som kan identifiera maligna bröstlesioner baserat på deras vaskulära mönster. Forskarna beskriver sina fynd i Fotoakustik.
En billig OA-US-enhet som använder denna funktionsuppsättning kan öka antalet tidiga bröstcancerdiagnoser, särskilt hos kvinnor som bor i låginkomstländer, där överlevnaden för bröstcancer är mindre än 40 % (jämfört med 80 % i höginkomstländer). inkomstländer). Den föreslagna enheten skulle också kunna utöka screening av bröstcancer i populationer med begränsad tillgång till mammografi.
Enbart ultraljudsundersökning tenderar att ha låg känslighet för upptäckt av bröstcancer och kan inte alltid skilja mellan benigna och maligna lesioner. OA-avbildning – en potentiellt lågkostnadsteknik baserad på optisk excitation och akustisk detektion – utvärderas i kliniska studier för diagnos av bröstcancer, men den nuvarande analysprocessen är ganska komplex.
Huvudutredare Sarah Bohndiek, vid University of Cambridge's Cancer Research UK Cambridge Institute och institutionen för fysik, förklarar att forskarnas mål var att förenkla förvärvet av OA-US-data och skapa en enkel bildbehandlingsfunktion som var lätt att lära sig och kliniskt genomförbar att implementera.
Teamet skapade funktionsuppsättningen med hjälp av bilder från 96 bröstskador hos 94 patienter med godartade, obestämda eller misstänkta bröstavvikelser vid Cambridge University Hospitals NHS Foundation Trust. De första 38 lesionerna (inklusive 14 maligna och åtta benigna) användes för att utveckla funktionsuppsättningen; de andra användes för validering.
Alla patienter i studien genomgick mammografi, bröstultraljud och OA-avbildning – utförd med hjälp av en OA-enhet som också inkluderade lågfrekvent tomografiskt ultraljud. Forskarna använde en excitationsvåglängd på 800 nm, vilket minimerar absorption av vatten och lipider, för att skapa bilder som visar morfologin hos blodkärlen som omger en solid bröstskada. Användningen av en enda våglängd förenklade OA-bildbehandling och visualisering, vilket ger möjlighet till framtida systemförenklingar och kostnadsminskningar.
Forskarna analyserade OA- och US-bilderna separat och i kombination och letade efter mönster av blodkärl som representerade frisk bröstvävnad, benign sjukdom och malignitet. Benigna lesioner visade ingen vaskularitet eller kärl som draperades över lesionen utan att penetrera den. Maligna lesioner hade oregelbundna matningskärl som trängde in i lesionen och/eller ett oorganiserat oregelbundet mönster runt dem. Det inre utseendet på lesionerna skilde inte åt godartade och maligna lesioner och användes inte.
Forskarna valde ut tre särdrag av malignitet som skulle uppgradera alla fasta lesioner till en BI-RADS 5-klassificering (som mycket tyder på malignitet): oregelbunden mössa, oregelbunden matningskärl och klotecken. Förekomsten av godartade egenskaper – inga kärl eller kärl utspridda över lesionskärlet – skulle nedgradera en lesion till BI-RADS 2 (benign).
Två bröstradiologer validerade funktionsuppsättningen genom att oberoende tolka OA-US-valideringsbilderna (31 maligna och 13 benigna solida lesioner). Det tog bara 20 minuters träning för dem att bli skickliga i att använda funktionerna. De ombads att använda funktionerna för att klassificera lesioner efter BI-RADS-kategori, samt att klassificera patienternas diagnostiska ultraljudsundersökningar och mammografibilder.
Bröstradiologerna tolkade OA-US-bilderna med en sensitivitet på 96.8 % och en specificitet på 84.6 %, med en falsk negativ och två falska positiva för varje läsare. I jämförelse gav mammografi tre falska negativa och två falska positiva för varje läsare, och ultraljud genererade en falsk negativ och sex och sju falskt positiva. Viktigt är att alla falska mammografi- och ultraljudsnegativa identifierades korrekt som positiva av OA.
Djup inlärning påskyndar fotoakustisk bildbehandling med superupplösning
Bohndiek påpekar att OA-US kräver praktisk erfarenhet för att optimera standardproceduren och få högkvalitativ bilddata, och av denna anledning bör framtida multicentervalideringsstudier beakta operatörsberoende och oberoende kalibrering.
"Vi har genomfört valideringsstudier av OA-US-enheten i samband med att utveckla stabila testobjekt (fantomer) som kan användas av medicinska fysiker för QA/QC när enheterna används rutinmässigt på kliniken", säger hon Fysikvärlden. "Vi planerar också att tillämpa systemet i framtiden för att övervaka svaret på strålbehandling vid bröstcancer."
