Диагностика рака молочной железы, грань будущего

    По данным публикации в журнале Медицинской Визуализации(Journal of Medical Imaging) за январь 2018 - Review of quantitative multiscale imaging of breast cancer / Обзор количественной многоуровневой визуализации рака молочной железы - внешняя ссылка

    Количественная многоуровневая визуализация молочных желез(КМВМЖ) является быстро развивающейся областью, которая включает в себя как технологии, позволяющие проводить исследования, так и информационные, клинические потребности, которые их стимулируют. Она пересекается со многими методами визуализации молочных желез и подходами к анализу, что актуально как для клиницистов, так и для инструментальных диагностов. В этом обзоре основное внимание уделяется технологическим проблемам и преимуществам КМВМЖ. Тем не менее, существует множество дополнительных проблем, с которыми сталкиваются технологии КМВМЖ перед клиническим внедрением. Как и с любой новой технологией визуализации, методы КМВМЖ, рассматриваемые для клинического использования, подлежат строгому тестированию и оценке надзорными органами. Другие важные клинические проблемы для КМВМЖ включают соотношение эффективности затрат к результату, доступности и простоте использования. Наконец, хотя этот обзор посвящен визуализации рака молочной железы, многие из тех же самых технологий, клинических потребностей и диагностических проблем применимы к многоуровневой визуализации других органов и заболеваний.

    Рак молочной железы является самой распространенной формой рака среди женщин и является второй по значимости причиной смерти от рака во всем мире. Лечение рака молочной железы является сложным, поскольку рак молочной железы имеет множество гено- и фенотипов, которые влияют на риск, диагностику, прогноз и ответ на лечение и эти различные типы рака может быть трудно количественно оценить с помощью современных методов медицинской визуализации. Количественная оценка рака молочной железы может в конечном итоге помочь диагностам ответить на сложные вопросы о том, почему такие различия существуют у пациентов в распространенности, агрессивности, лечении и исходах первичного и метастатического заболевания. Эта проблема актуальна на всех стадиях заболевания, так как опухоль пациента может эволюционировать в новые варианты под действием давления окружающей среды и эпигенетики, создавая опухоль с несколькими регионами, которые по-разному реагируют на терапию. Решение этой проблемы требует новых методов визуализации для измерения клеточных, структурных и морфологических различий, выражающих разные виды рака. Затем исследователи должны включить эти измерения в новые количественные модели рака для использования при классификации различных типов рака. Как таковые, улучшенные методы визуализации для количественной оценки тканей молочной железы желательны с точки зрения исследований и клинической перспективы, т.к. они возможно предложат лучшее понимание рака молочной железы и ухода за пациентами.

    Тем не менее, существует серьезный барьер для количественной характеристики рака молочной железы; биомедицинская визуализация имеет обратную зависимость между объемом, который может охватывать любая модальность визуализации (поле зрения и глубина проникновения), и степенью детализации(пространственное разрешение). Из-за этого, методы клинической визуализации часто ограничены одним диапазоном для комбинированния разрешения, полей зрения и глубин проникновения (пространственный масштаб). С практической точки зрения это означает, что данный способ визуализации обычно получает информацию либо на клеточном уровне, на уровне ткани, либо на уровне органа / животного. В нескольких областях, включая нейробиологию и онкологию, эти соответствующие пространственные масштабы называются микромасштабами, мезомасштабами и макромасштабами соответственно. Эти шкалы и определения все еще находятся в процессе развития, и ни в коем случае не абсолютны, но могут быть полезны для группирования/категоризации технологий визуализации.

    В контексте такой проблемы, как визуализация рака молочной железы, каждый масштаб визуализации может дать различное полезное понимание процесса заболевания.

    Микромасштабная визуализация выявляет клеточный состав опухоли, ее внеклеточный матрикс и доброкачественную ткань, окружающую ее; все они влияют на риск заболевания, развитие, прогрессирование и метастазирование. Однако для визуализации в микромасштабе требуются инвазивные процедуры, и она не характеризует всю опухоль. Мезомасштабная визуализация может дать полезную информацию во время операции, но в целом она находится в стадии разработки на доклинической стадии и не является широко распространенной. Макромасштабная визуализация является клинически преобладающей и может получать данные по всей опухоли или органу. Эти макромасштабные показатели используются в проспективных системах автоматизированного обнаружения (CADe) и компьютерной диагностики (CADx), которые помогают врачам в выявлении и характеристике рака. Аналогичным образом, показатели, основанные на плотности молочной железы и структуре фиброгландулярной ткани, являются важными факторами риска развивающегося рака молочной железы, играют существенную роль в диагностике рака и могут служить прогностическими биомаркерами для определенных методов лечения. Несмотря на это, макромасштабная визуализация не может различать небольшие различия и поэтому не может их обнаруживать в разных фенотипах рака(*т.е не может их дифференцировать). Визуализация в разных масштабах(многоуровневая) может преодолеть некоторые из этих ограничений и может дать более полное понимание биологии и развития рака молочной железы.

    Количественная визуализация - это «извлечение поддающихся количественному измерению признаков из медицинских изображений для оценки нормального состояния или степени тяжести, степени изменения, состояния заболевания, травмы или хронического состояния относительно нормы». На основании этого определения количественную визуализацию можно разделить на две категории. Первая - это количественный анализ данных на изображении, например, количественный анализ стандартной маммографии может давать значение, известное как процент маммографической плотности(percent mammographic density, PMD). PMD является мерой, связанной с размером фиброгландулярной ткани, и коррелирует с риском развития рака молочной железы. Однако стандартная маммография с PMD может только приблизительно оценить суммарный объем/пропорцию фиброгландулярной ткани в груди. Вторая категория количественной визуализации заключается в создании количественных измерений биологии(*видимо подразумевается анатомия). Объемная плотность груди, полученная с использованием количественной трехмерной (3-D) модальности или с помощью дополнительных маммографических методов(*Например, 3Д маммография), является прямым измерением фиброгландулярной ткани и поэтому может быть количественной по обеим категориям.

    КМВМЖ сталкивается со всеми обычными проблемами, связанными с количественной визуализацией отдельных методов визуализации, но также создает новые из-за сравнения и интеграции их в разных масштабах.

    Мультимодальная природа КМВМЖ дополнительно усложняет получение изображений из-за технических и процедурных требований для всех режимов. Среди новых проблем возникающих при этом: изображения могут быть сделаны в разные моменты времени, при деформациях тканей, которые должны быть скорректированы, могут использоваться разные контрастные агенты или изображения получены in vivo в одном методе и ex vivo в другом. Условия получения изображений могут меняться от одного сеанса к следующему, и человеческая ошибка или артефакты обработки могут вносить неизвестные изменения в характеристики изображения. Время визуализации также становится большой проблемой для построения моделей КМВМЖ in vivo. Суммарное время сканирования всех модальностей ограничивает временное разрешение исследования. Отрадно, что КМВМЖ добилась значительных успехов в последнее время благодаря разработке технологий и методов количественной визуализации, которые могут решить эти проблемы.

    В настоящее время для диагностики рака молочной железы используются модальности: КТ, УЗИ, МРТ; включая их применение на микроуровне, или высоком разрешении: микроКТ, микроУЗИ, микроМРТ.

    Авторы условно разделяют УЗИ на низко- и высокочастотное УЗИ, на основании барьера в 20МГц, т.е. УЗИ с датчиками больше 20МГц - высокочастотное УЗИ(ВЧ-УЗИ). Также авторы отмечают, что к сожалению в клиниках ВЧ-УЗИ пока почти не встречается.

    ВЧ-УЗИ имеет большой потенциал в КМВМЖ. Одно из планируемых применений - улучшение биопсию под контролем УЗИ. НЧ-УЗИ(*т.е. низкочастотное или обычное, макроУЗИ) не может оптимально визуализировать небольшие микрокальцинаты, что препятствует точному забору материала при биопсии образований, содержащих микрокальцификацию. Для сравнения, ВЧ-УЗИ имеет достаточно высокое разрешение для визуализации микрокальцификации. Однако ВЧ-УЗИ имеет гораздо меньшую глубину проникновения. Меньшую глубину проникновения можно преодолеть, комбинируя обычное УЗИ с ВЧ-УЗИ с датчиком-иглой. Cummins и соавт. (2015 - УЗ-микроскопия при биопси... ) разработал такой ВЧ-УЗИ-зонд и выполнил многомасштабную визуализацию, комбинируя ВЧ-УЗИ с одновременными НЧ-УЗИ(*Нас уже не удивить ЭндоУЗИ - проведению УЗИ при эндоскопии, УЗ-микроскопией кожи - УЗИ кожи - каким датчиком... а теперь еще и МикроЭндоУЗИ с датчиком в игле. Что дальше?! Представленная модель, совмещения/слияния двух УЗИ, УЗИ от двух датчиков, можно назвать фьюжен УЗИ, по аналогии с другим вариантом технологии слияния - Новые технологии не позво... ). Другие применения ВЧ-УЗИ включают лучшую оценку фантомов(*ультразвуковые фантомы - искусственные модели тканей для обучения врачей УЗИ), отслеживание гибели клеток от макро- до субмикроскопических масштабов, обнаружение метастатических областей в лимфатических узлах(*например, интраоперационно. Было бы здорово, эдакая микроскопия in vivo! Датчики для микроскопии кожи есть, вопрос лишь в желании это применить и, конечно, возможности - т.е. датчик для микроУЗИ еще надо иметь в наличии, а не в теории.), характеристику биораспределения контрастного вещества.

    Параметры, которые измеряет ВЧ-УЗИ, отражают микроструктуру ткани, которая важна для оценки развития и прогрессирования рака молочной железы. Такие параметры могут быть сопоставлены с другими микромодальностями, таким образом количественно определяя их чувствительность к микромасштабной структуре. Это может позволить УЗИ обнаруживать различные области в опухоли, которые могут по-разному реагировать на терапию. Кроме того, биомеханическая информация, которую может предоставить УЗ-эластография, имеет прямое значение для визуализации рака, например, гетерогенность опухоли, но также может поддерживать другие методы визуализации, улучшая модели регистрации изображений. Наконец, КМВМЖ также можно использовать для улучшения моделей, с использованием УЗИ при всех разрешениях, сравнивая их с модальностями, с биологическими изображениями в меньших масштабах. Эти факторы делают вероятным, что ВЧ-УЗИ в будущем станет одним из основных методов КМВМЖ.

    Далее авторы упоминают о классической оптической микроскопии, лазерной/флуоресцентной микроскопии, спектроскопии в ближней инфракрасной области, оптической когерентной томографии(*картинки которой почему-то очень напоминают УЗИ), фотоакустической томографии(*комбинация ультразвука и лазера), диффузионной оптической томографии, флуоресцентной и люминесцентной томографии. А также о комбинировании нескольких методов, посредством регистрации изображений, моделирования и т.д.

    *Вот такое будущее у диагностики. Фьюжен Фьюче(Fusion Future), т.е. нас ждут, а точнее не нас, а новое поколение инструментальных диагностов, технологии слияния "больших данных", короче очередной трикодер с перцептроном на гексаподе. :)

    *комментарии редактора