乳腺肿瘤的非接触式弥散相关断层扫描介绍

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研究背景

当前乳房筛查的临床标准是 X 射线乳房 X 光检查，最近的证据证实乳房 X 光检查为早期癌症检测提供了实质性的好处。然而，乳房 X 线照相术受到显着的假阳性率的阻碍，对于乳房组织致密的女性来说，假阳性率尤其高。致密乳房人群是女性的一个特别重要的子集，因为她们因疾病而经历更高的发病率和死亡率。其他影像学方法如CT、MRI等非常昂贵且通常只提供低特异性的肿瘤形态学信息。最近，一种新型 NIR 漫相关光谱 (DCS) 技术，用于直接测量深层组织中的血流指数 (BFI)。但早期的基于探针-组织接触的 DCT 方法应用于组织模型体内时，由于压缩引起的血流动力学改变而处于劣势。此研究首次应用了一种新研发的非接触式DCT系统，无需接触组织即可实现深层组织血流分布的三维 (3-D) 成像。
 

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研究方法
 

2.1、实验被试

实验招募了2名患有低度乳腺癌的女性，一名59岁，一名49岁。
 

2.2、实验材料

板状和乳房状组织，见图1。

图1. 实验所用组织的俯视图和纵切面。
 

2.3、实验流程

本实验使用商用 3-D 相机获取乳房表面几何形状，然后将其转换为实体体积网格以进行 ncDCT 图像重建。进行了计算机模拟以表征 ncDCT 系统的性能，该系统用于在不同表面边界下的组织体积内对具有不同流动对比度和深度的异常（肿瘤）进行成像。然后使用 ncDCT 探头扫描人类乳房内的恶性肿瘤（通过超声成像确定），并在重建图像中观察到肿瘤与正常血流的高对比度。患者呈仰卧位，放射科医生在光学测量之前使用超声成像确定乳房内的主要肿瘤病变。在超声图像上标记沿放射方向的肿瘤肿块边缘。ncDCT 探头由步进电机驱动，以围绕乳房乳头旋转扫描乳房肿瘤区域。分别采用 15 和 21 次扫描步骤来覆盖两个乳房中的肿瘤区域。在 ncDCT 测量之后，测量三个不同位置的乳房组织的 μs（中位减少散射系数）和 μa（中位吸收系数）。多个站点上的平均 μs和 μa 用作流图像重建的初始输入。
 

2.4 数据采集和处理

使用商用频域组织血氧计（Imagent，ISS）测量μs和 μa。
 

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研究结果
 

3.1、计算机模拟ncDCT

ncDCT在模拟中以相似的精度恢复了板状和乳房状组织体积内的异常，且当异常位于漫射光的敏感区域内时，在模拟中实现更高的重建精度。
 

3.2、人体内的ncDCT与血氧检测

体内成像结果与计算机模拟结果一致，当肿瘤位于漫射光敏感区域内时，可以准确地恢复肿瘤中心位置。与周围组织相比，肿瘤区域的血流对比度更高。峰值和平均肿瘤血流对比度在两位被试中分别为 8.3 倍和 5.9 倍，以及14.0倍和10.6倍。
 

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实验结论

ncDCT 系统的非接触式设计有可能用于对软组织和脆弱组织中的血流分布进行成像，而不会扭曲组织的血流动力学。

He, L., Lin, Y., Huang, C., Irwin, D., Szabunio, M.M. and Yu, G., 2015. Noncontact diffuse correlation tomography of human breast tumor. Journal of biomedical optics, 20(8), p.086003.

DOI: 10.1117/1.JBO.20.8.086003