Datortomografi lasermammografi


Datortomografi lasermammografi ( CTLM ) är varumärket för Imaging Diagnostic Systems, Inc. (IDSI, USA) för sin optiska tomografiteknik för kvinnlig bröstavbildning.

Denna medicinska avbildningsteknik använder laserenergi i det nära infraröda området av spektrumet för att upptäcka angiogenes i bröstvävnaden. Det är optisk molekylär avbildning för hemoglobin både syresatt och syrefattigt. Tekniken använder laser på samma sätt som datortomografi använder röntgenstrålar, dessa strålar färdas genom vävnad och lider av dämpning.

En laserdetektor mäter intensitetsfallet och data samlas in när laserdetektorn rör sig över bröstet och skapar en tomografibild. CTLM-bilder visar hemoglobinfördelning i en vävnad och kan detektera områden av angiogenes som omger maligna tumörer, som stimulerar denna angiogenes för att erhålla näringsämnen för tillväxt.

Historia

Bröstcancer drabbar 1 av 8 kvinnor, och uppskattningsvis 27% av människor lever minst 5 år efter att ha diagnostiserats med stadium IV-cancer enligt National Cancer Institute. Mammografi är den vanligaste metoden för att screena för cancer, men det finns tre stora nackdelar. Den första är joniserande strålning. Eftersom mammografi använder lågenergiröntgen för att avbilda bröstet, utsätts bröstet för joniserande strålning. För mycket upprepad exponering kan öka risken för cancer på vägen. Den andra nackdelen är felaktighet. Mammografi har låg specificitet och detta kan leda till falska positiva, som upptäcker avvikelser som aldrig utvecklas till att orsaka symtom eller död och även falska negativa, särskilt i tät bröstvävnad , när det är särskilt svårt att upptäcka tumörer. 60 till 80 av 100 biopsier som utförs efter mammografi är faktiskt negativa för cancer. Och slutligen är smärta en stor nackdel med mammografi. 23-95 % upplever obehag och smärta är en betydande hämmare för att återbesöka screening.

CTLM utvecklades därför som ett alternativ till röntgenmammografi. Dess teknologi är baserad på två viktiga principer:

  1. Olika vävnader har olika absorptionskoefficienter
  2. Maligna tumörer har höga frekvenser av neovaskularisering

Neovaskularisering är den naturliga bildandet av nya blodkärl.

I slutändan finns det flera fördelar med denna utvecklande teknik. Den är snabb, tar bara 15-20 minuter per bild och den använder icke-joniserande nära-infrarött ljus, vilket gör att patienter kan ta upprepade bilder. Det suspenderar också bröstet, vilket förhindrar smärta vid bildtagning.

För närvarande genomgår det FDA-godkännande, och det föreslås som ett komplement till mammografi.

Mekanism

CTLM är ett icke-invasivt praktiskt system som använder nära-infrarött laserljusutbredning genom vävnaden för att bedöma dess optiska egenskaper. Den bygger på två grundläggande principer: olika vävnadskomponenter har unika spridnings- och absorptionsegenskaper för varje våglängd och den maligna tumörtillväxten kräver neovaskularisering för att växa över 2 mm i storlek. Vid nybildande tumörer ökar blodflödet och CTLM letar sedan efter höga hemoglobinkoncentrationer (angiogenes) i bröstet som är strukturellt och funktionellt onormala, och för att upptäcka neovaskularisering, som kan döljas i mammografibilder, särskilt i täta bröst. Denna neovaskularisering, som resulterar i en större volym hemoglobin i ett begränsat område, kan visualiseras med hjälp av absorptionsmätningar av laserljus. Maligna lesioner kommer att upptäckas baserat på deras högre optiska dämpning jämfört med den omgivande vävnaden, vilket huvudsakligen är relaterat till ökningen av ljusabsorption genom deras högre hemoglobinhalt.

CTLM-enheten använder en laserdiod som avger laserljus vid en våglängd på 808 nm i NIR-spektrumet som matchar övergångspunkten för stark absorption av både syresatt och syrefattigt hemoglobin. Vid denna våglängd kan vatten, fett och hud endast svagt absorbera ljus, vilket har liten effekt på datainsamlingen. 808 nm laserstrålen kan penetrera bröstvävnad av vilken densitet som helst, och kan därför fungera lika bra vid undersökning och avbildning av extremt tät och heterogen bröstvävnad. CTLM letar efter områden med hög absorption, där det finns en hög hemoglobinkoncentration som indikerar ett rikt nätverk av blodkärl, eller angiogenes. Angiogenesområdet är i allmänhet mycket större än själva tumören, och därför kan CTLM upptäcka små tumörer som ibland är osynliga om man använder andra bildbehandlingsmetoder, såsom mammografi. Emellertid kan spridningen av fotoner i vävnaden, även om den är säker, skapa ett problem i förutsägelsen av ljusets väg i vävnaden på grund av spridning. För att lösa detta problem använder CTLM-systemet ett stort antal käll- och detektorpositioner för att ta hänsyn till diffusionsapproximationen av ljusutbredning i vävnad, och för att visa platsen för den ökade vaskulariteten i bröstet.

Datainsamlingen av CTLM är mycket lik standard CT. Den stora skillnaden är att CTLM använder nära-infrarött ljus, inte röntgen, för att producera bilderna. Patienten ligger på ett vadderat bord i bukläge med ett bröst upphängt i skanningskammaren utan att något är i kontakt med det hängande bröstet. Bröstet omges av laserkälla-detektorenheten som består av en brunn som innehåller två ringar med vardera 84 detektorer och en enda laser monterad på en cirkulär plattform. Denna arbetsgrupp av CTLM-enhet roterar 360 grader runt bröstet och tar cirka 16 000 absorptionsmätningar per skiva. Den går sedan ner för att skanna nästa nivå efter varje rotation, vilket skapar en skiva vid varje steg med en tjocklek på 2 eller 4 mm, beroende på storleken på bröstet. Totalt erhölls minst 10 skivor och undersökningens varaktighet varierade från 10 till 15 minuter för en patient av medelstorlek.

Rekonstruktion av CTLM-bilderna utförs bit för bit. Frammodellen, en uppskattning av den genomsnittliga optiska absorptionen, beräknas för varje skiva, med användning av diffusionsapproximationen av transportekvationen. Den jämförs sedan med den beräknade tomografiska mätningen av fläktstrålen av de absorberande störningarna i skivan. Dessa störningsdata rekonstrueras sedan till segmentbilder med hjälp av en mycket modifierad proprietär filtrerad bakprojektionsalgoritm som omvandlar fan-beam-data till sinografi. Den korrigerar också för geometriska förvrängningar på grund av bulkljus-vävnadsinteraktion, och kompenserar för en rumsligt variant suddighetseffekt som är typisk för diffus optisk avbildning.

Visualisering av 3D-bilder är tillgänglig direkt efter datainsamling. De områden som innehåller välperfunderade strukturer med hög hemoglobinkoncentration visualiseras i vitt eller ljusgrönt, och områdena utan vaskularisering ses som matt gröna eller svarta. Matematiska algoritmer rekonstruerar 3-dimensionella genomskinliga bilder som kan roteras längs vilken axel som helst i realtid. I 3D-rymden analyseras bilderna i två olika projektioner, maximal intensitetsprojektion (MIP) och front-to-back-projektion (FTB), även känt som ett Surface Rendering Mode. Dessa två kombinerade lägen används för att utvärdera vaskulariseringsmönstren och för att skilja ett normalt kärl från en onormal vaskularisering. Även om vissa benigna lesioner också visade angiogenes, observerades ökad absorption signifikant oftare hos maligna än i benigna lesioner. Studier har visat att formen och strukturen av angiogenes i CTLM-bilder är betydande egenskaper för att skilja malignitet eller benigna lesioner. En datorstödd diagnosram som innehåller tre huvudstadier, volym av intresse (VOI), funktionsextraktion och klassificering, används för att förbättra radiologens prestanda vid tolkningen av CTLM-bilder. 3D Fuzzy segmenteringsteknik har implementerats för att extrahera VOI.

Ansökan

Bildtolkning

Computed tomography laser mammography images.jpg

Tre oberoende vyer erbjuds: koronala, sagittala och tvärgående vyer. Dessa vyer kan också bilda en sammansatt 3D-vy. Eftersom bröstkärlen är anordnad radiellt, förstoras kärlen i en parallell vy, men blir smala i en vinkelrät vy. En omvänd faktor appliceras på bilden så att områdena med hög kärl verkar vita på bilden medan de svarta områdena är relativt avaskulära segment. Benigna lesioner och implantat visualiseras vanligtvis inte.

Två rekonstruktionslägen erbjuds med CTLM: Front to Back Reconstruction och Maximal Intensity Projection. Dessa två lägen används för att utvärdera vaskulariseringsmönstren för att avgöra om bilderna har normal eller onormal vaskularisering. Eftersom tumörneovaskulatur inte är begränsad till tumörens anatomiska gräns kommer CTLM också att avslöja alla rekryterade artärer och områden med ökad cirkulation. Detta är en fördel för att identifiera mycket små tumörer.

Klinisk prövning

Dr Eric Milne genomförde en liten lokal studie med CTLM som komplement till mammografi, och han upptäckte att av 122 fall minskade antalet biopsier som krävs från 89 till 47. Dessutom är känsligheten för CTLM lika med mammografi, men har mycket större specificitet.

Enheter

Imaging Diagnostic Systems är ett Florida-baserat företag som har skapat en CTLM-avbildningsenhet. Men 2011 klassificerades den som en medicinteknisk produkt av klass III och den håller fortfarande på att godkännas.

Jämförelse med andra modaliteter

CTLM använder en nära infraröd laser med våglängd ~808 nm som inte hindras av den täta bröstvävnaden. Känsligheten för mammografi, CTLM och mammografi+CTLM var 34,4 %, 74,4 % respektive 81,57 % bland extremt täta bröst och 68,29 %, 85,00 % respektive 95,34 % bland heterogent täta bröst. Kombinationen av CTLM och mammografi kan skilja mellan benigna och maligna tumörer med högre noggrannhet.

Fördelar

  • Den använder inte joniserande strålning som i fallet med mammografi, SPECT.
  • Den har högre känslighet och specificitet för avbildning av tät bröstvävnad.
  • Det kräver inget kontrastmedel till skillnad från MRT.
  • Patientens obehag minimeras. Ingen bröstkompression krävs.
  • Den är enkel och billig att använda.

Nackdelar

  • Radiolog kräver särskilda färdigheter för att tolka och särskilja blodkärl i CTLM-bilderna, vilket är tidskrävande och komplicerat på grund av olika former av angiogenes.
  • Denna teknik väntar på FDA-godkännande.

Se även

Vidare läsning

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Computed_tomography_laser_mammography&oldid=1052573236 "