ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА VIRTUAL TOUCH IQ СДВИГОВОЛНОВОЙ ЭЛАСТОГРАФИИ В УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЦЕНКЕ ПОРАЖЕНИЙ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ

Качественный и количественный метод эластографии Virtual Touch IQ имеет большой потенциал для углубленной характеристики злокачественных поражений молочной железы, обнаруженных в В-режиме, увеличивает специфичность методики и сокращает число ненужных биопсий

Victor Ianculescu a, Laura Maria Ciolovan a, Ariane Dunant b, Philippe Vielh c, Chafika Mazounid, Suzette Delalogee, Clarisse Dromaina, Alexandru Blidaru f, Corinne Balleyguier a,g,∗

 ∗

a – Радиологическое отделение, Гюстав Русси, Вильжюиф, Франция

b – Кафедра статистики, Гюстав Русси, Вильжюиф, Франция

c – Кафедра биопатологии, Гюстава Русси, Вильжюиф, Франции

d – Отделение хирургии, Гюстав Русси, Вильжюиф, Франция

e – Кафедра онкологии, Гюстава Русси, Вильжюиф, Франции

f – Отделение хирургии, Бухарест Институт онкологии, Бухарест, Румыния

 РЕЗЮМЕ

Цель

Определить диагностическую эффективность акустической лучевой импульсной визуализация – acoustic radiation force impulse (ARFI) Virtual Touch IQ сдвиговолновой эластографии в дифференциальной диагностике доброкачественных и злокачественных поражений молочной железы.

Материалы и методы

Обычная визуализация в В-режиме и эластография были использованы для оценки 110 поражений молочной железы. Эластографическая оценка патологии тканей молочной железы была основана на использовании сдвиговолновой техники, Virtual Touch IQ, и реализована на ультразвуковой машине Siemens Acuson S3000. Механические свойства ткани были интерпретированы как двумерные качественные и количественные цветные карты изображений относительной скорости сдвига волны. Измерения скорости волны в м/с проводилось экспертом в необходимом поле зрения. Патологоанатомический диагноз установлен на образцах, полученных с помощью пункционной биопсии под ультразвуковым контролем или тонкоигольной аспирационной биопсии.

Результаты

При оценке в B-режиме на основе BIRADS 48 доброкачественных и 62 злокачественных поражений мы достигли 92% чувствительности и 62,5% специфичности. Впоследствии, выполненная Virtual Touch IQ эластография, основанная на визуальной интерпретации накладываемого цветного изображения относительной скорости сдвига волны, показала схожие диагностические данные при автономном использовании – 92% чувствительность и специфичность – 64,6%. Были также рассчитаны значения скорости сдвига волны самого поражения и окружающих тканей, при этом было выявлено существенное различие между доброкачественными и злокачественными поражениями (тест Манна-Уитни, р <0,0001). Выбрав пороговое значение для поражений – 3,31 м/с, мы достигли 80,4% чувствительности и 73% специфичности. Применяя это пороговое значение только для BIRADS 4а опухолей, мы достигли общий уровень чувствительности – 92% и специфичности – 72,9%.

Вывод

Качественный и количественный метод эластографии Virtual Touch IQ имеет большой потенциал для углубленной характеристики злокачественных поражений молочной железы, обнаруженных в В-режиме, увеличивает специфичность методики и сокращает число ненужных биопсий.

  1. ВВЕДЕНИЕ

 В-режим ультрасонографии является признанным и мощным инструментом визуализации для диагностики патологии ткани молочной железы. Хотя использование класификации Американского колледжа радиологии (American College of Radiology – ACR) Breast Imaging Reporting and Data System (BIRADS) для характеристики поражений обеспечивает высокую степень чувствительности в дифференциальной диагностике злокачественности, ложноположительные результаты представляют собой большой недостаток. Эластография, как уже было доказано, улучшает специфичность ультразвуковой оценки опухолей молочной железы.

Это исследование направлено на определение диагностических данных, которые техника акустической лучевой импульсной визуализация – acoustic radiation force impulse (ARFI) Virtual Touch IQ сдвиговолновая эластография, предоставляет в дополнение к обычной информации при ультразвуковой оценке поражений молочной железы.

 2. ПРИНЦИПЫ ЭЛАСТОГРАФИИ

 Эластография использует такой же основной принцип, что и пальпация, которая определяет состояние тканей, оценивая их механическую жесткость. Увеличение жесткости ткани часто связано с развитием фиброзной ткани, которая окружает зону развития раковых клеток.

Эластографические методы изучают различия в механических свойствах структур путем применения внешней силы и мониторинга деформационной реакции тканей. Низкие показатели относительного смещения связаны со сниженной упругостью и злокачественным процессом.

Компрессионная (ручная) эластография использует неисчисляемые механические волны, которые генерируется либо силой руки, приложенной через датчик, или легкими дыхательными движениями для отображения показаний эластичности в виде цветной карты, соотношений размера или соотношений эластичности.

Целенаправленные методы импульсного излучения, такие как ARFI или Supersonic Shear Imaging (SSI), дают количественную оценку жесткости ткани на основе распространения сдвига волны и, таким образом, могут быть менее зависимы от оператора.

Siemens Virtual Touch IQ – метод, основанный на акустический лучевой энергии, который использует обработку последовательностей, состоящих из передачи, возбуждения и регистрации звуковых типов импульсов. Оба процесса, и передача, и регистрация импульсов использует обычные лучи в B-режиме, которые оценивают разницу между первоначально установленным контуром ткани и деформационной реакции на акустическую лучевую энергию, которая генерируется возбуждающими импульсами.

Относительное смещение оценивается путем регистрации деформации, которая развивается в области возбуждения (region of excitation – ROE), в то время как скорость сдвига рассчитывается путем выявления распространения сдвига волны в нескольких боковых зонах по отношению к ROE. Скорость волны пропорциональна корню квадратному из эластичности тканей, при этом более высокие значения скорости, характеризует более жесткие ткани.

В отличие от других количественных методик эластографии Siemens (например, Virtual Touch Quantification), которые обеспечивают только одноточечными данными скорости, программное обеспечение Virtual Touch IQ синтезирует информацию из 256 последовательных лучевых линий регистрируемых внутри двумерного, определяемого пользователем, поля зрения (ROI) для отображения качественной и количественной карты сдвиговолновых скоростей в диапазоне между 0,5 и 10 м / с, а также качественных карт для отображения качества сдвиговой волны, времени распространения и смещения ткани.

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

  Это проспективное исследование, проведенное в период с марта по июль 2012 года, было утверждено этическим и научным наблюдательным советом нашего ВУЗа. Устное информированное согласие было получено от всех участвующих женщин.

И обычное ультразвуковое исследование, и эластография были использованы для 110 пациентов, которым проведена диагностическая оценка поражения молочной железы в Институте Рака им. Гюстава Русси, Вильжюиф, Франция, в мультидисциплинарном отделении патологии молочной железы. Вся патология ткани молочной железы была обнаружена и проанализирована с помощью обычной сонографии в B-режиме, а затем проведена оценка дополнительных характеристик поражения при Virtual Touch IQ эластографии.

Наше отделение патологии молочной железы – специализированное отделение, посвященное раку молочной железы. Оно включает в себя многопрофильный набор сотрудников, а именно: хирург-маммолог, врач-рентгенолог, с субспециализацией в визуализации молочной железы, патологоанатом и онколог, который принимает одного пациента, устанавливает диагноз и принимает решение о назначении дальнейших исследований и динамического наблюдения.

Патологоанатомический диагноз устанавливался с помощью тонкоигольной аспирационной биопсии с цитологическим исследованием для кистозных поражений (N = 13) или кор-биопсии под ультразвуковым контролем иглой 14G (Магнум, Bard) с последующей гистологической оценкой для жестких образований (N = 97) (таблица 1).

 Таблица 1. Гистологические результаты

Из-за семейного фона или тревожного синдрома пациентов, BIRADS поражениям 2 и 3 категории была выполнена биопсия в нашем отделении патологии молочной железы, даже если не было никаких подозрений на злокачественность при обычной ультрасонографии или эластографии.

Обычное ультразвуковое исследование проводили с использованием стандартного 10-15 МГц датчика. Новый режим сдвиговолновой эластографии с 9L4 датчиком (акустической лучевой импульсной визуализации – acoustic radiation force impulse, Virtual Touch IQ, Siemens) был использован для эластографии. Этот новый режим сдвиговолновой эластографии доступен на ультразвуковом аппарате Siemens Acuson S3000. Программное обеспечение (v. 400.0.016, system SN: 205605) было основано на кодированных цветом качественных и количественных картах, построенных на скорости сдвига волны в тканях, со следующей цветовой шкалой: скорость волны варьирует от красного до зеленого, где красный цвет присвоен высоким относительным величинам, а зеленый – низким. ROI может определяться самим пользователем, что позволяет измерять значения скорости в интересующей области. Также были доступны карты качества сдвига волны (хорошее – зеленый, пограничное – желтый, плохое – красный) и цветная карта, которая отражает индуцированное смещение тканей (темно-синий для незначительного смещения, светло-голубое для значительного смещения) (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Инвазивная протоковая карцинома в B-режиме (А) BIRADS 4с гипоэхогенная опухоль. Virtual Touch IQ в режиме смещения (В) показала области с низкой деформацией поражения, что отображается темно-синим цветом. Virtual Touch IQ цветное наложение скорости (D) отображает относительные скорости сдвига волны в соответствии с прилегающим цветовым спектром, красные области соответствуют более высоким значениям. Скорость сдвига волны, измеренная в поражении – V = 7,72 м/с – и окружающей ткани – V = 2,25 м/с, V = 1,01 м/с – при использовании 3 поля зрения, которое определил эксперт. Высокое качество генерируемой сдвиговой волны (С) подтверждает общие выводы.

Рис. 2. Фиброма молочной железы, классифицированная как BIRADS категории 3 в B-режиме (А) показывает умеренные свойства смещения (В) и значения скорости сдвига волны – V = 1,90 м/с, V = 1,85 м/с – аналогично окружающей ткани – V = 0,94 м/с (D). Были зарегистрированы генерируемые волны умеренного качества (С).

 И обычное ультразвуковое исследование и эластография проводились одним и тем же специалистом с, по крайней мере, 15 летним опытом визуализации патологии молочной железы. Результаты маммографии, и клинические данные были уже известны на период проведения исследования.

Изображения в В-режиме были проанализированы в соответствии с критериями ACR для ультрасонографии и опухолей молочной железы и были поделены на соответствующие категории BIRADS – 2, 3, 4а/в/с и 5.

Virtual Touch IQ исследование оценивало три параметра: цветная кодировка индуцированного сдвиговолнового смещения (высокая/низкая/такая же), цветная кодировка относительной скорости сдвига волны (высокая/низкая/такая же), значения скорости волны сдвига самого поражения и окружающих тканей. Как минимум пограничное (желтый цвет) качество сдвига волны определено для всех исследований молочной железы.

Мы не использовали какие-либо конкретные шаблоны для интерпретации цветных карт Virtual Touch IQ. Преобладающий цвет кодирует Virtual Touch IQ характеристики для каждого качественного дискретного режима (т.е. относительная скорость, смещение) и определяет свойства поражения в соответствующую категорию (высокая/низкая/такая же).

Путем корреляции с патологоанатомическим диагнозом мы проанализировали отдельно диагностическую эффективность традиционного ультразвукового и Virtual Touch IQ режимов. Значение скорости сдвига волны опухоли, которое было измерено при помощи Virtual Touch IQ, с соответствующими уровнями чувствительности и специфичности, выступало в качестве независимого порогового значения между доброкачественными и злокачественными поражениями. Используя это пороговое значение скорости для того, чтобы понизить категорию опухолей, обнаруженных только в В-режиме и классифицированные как BIRADS 4а, мы определили влияние на общую диагностическую эффективность B-режима.

Статистический анализ проводили с использованием программного обеспечения STAT / SAS версии 9.1. Мы использовали U тест Манна-Уитни для сравнения значений скорости доброкачественных и злокачественных поражений, а также мы построили кривую рабочей характеристики приемника (Receiver Operating Characteristic – ROC) с целью определения допустимого порогового значения для измеряемой скорости волны. Уровень значимости принят, как 0,05.

 4. РЕЗУЛЬТАТЫ

 Мы оценили 110 поражений молочной железы, из которых 48 были доброкачественными (44%) и 62 были злокачественными (56%). Пятьдесят шесть поражений пальпировались (51%), а остальные 54 не имели клинических проявлений. Размеры варьировали между 4 и 44 мм (в среднем 12 мм).

В-режим исследования достиг 92% чувствительности, 62,5% специфичности, а диагностическая точность составила 79,1%. Подозрительные образования были классифицированы в соответствии с критериями ACR в соответствующие BIRADS категории 4а, b, c / 5 (Таблица 2).

 Таблица 2. Изображения в В-режиме классификации BIRADS доброкачественных и злокачественных поражений тканей молочной железы.

Примечание: цифры в скобках являются процентами от 110 исследованных опухолей молочной железы. NPV – отрицательная прогностическая ценность; PPV – положительная прогностическая ценность.

 Положительная прогностическая ценность (ППЦ) была рассчитана на уровне 76% (57/75) и отрицательная прогностическая ценность (ОПЦ) – на уровне 85,7% (30/35).

Virtual Touch IQ эластография была последовательно выполнена на поражениях, которые были выявлены при ультразвуковом исследовании. При этом была оценена её диагностическая эффективность в изолированном варианте (рис. 3).

Рис. 3. Virtual Touch IQ цветная кодировка качественной оценки относительной скорости сдвига волны и ее смещения доброкачественных и злокачественных образований. Подстрочные цифры в скобках являются процентами от 110 обследованных опухолей молочной железы.

 Дискретный режим Virtual Touch IQ смещения показал 90,3% чувствительность, 64,6% специфичность и точность 79,1%. Патология была оценена «как имеющая злокачественные характеристики» при небольшом индуцированном сдвигововолновом смещении, что выражалось в виде темно-синего цвета кодировки на цветной карте дисплея (ППЦ = 76,7%, ОПЦ = 83,7%).

Дискретный режим скорости с повышенной относительной скоростью сдвига волны отображался в виде кодировки красного цвета на цветной карте Virtual Touch IQ. При этом получена 92% чувствительность, 64,6% специфичность и 80% точность диагностики. Увеличение относительной скорости было связано с более жесткими, чем окружающие ткани, качественными характеристиками эластичности и более высоким риском злокачественности (ППЦ = 77%, ОПЦ = 86,1%).

Значения скорости сдвига волны были измерены на обоих уровнях очага поражения и окружающих тканей (рис. 4).

Рис. 4. Диаграмма «ящик-и-усы», представляющяя данные поражений и дельта значения скорости сдвига волны тканей поражений (м/с) доброкачественных и злокачественных результатов. Тест Манна-Уитни показал наличие значительной разницы между двумя группами (р <0,0001). Ящик = значения от нижнего до верхнего квартиля, центральные линии – средние значения, усы простираются от минимального до максимального значений.

 Доброкачественные поражения имели среднюю скорость 2,6 м/с (мин = 1,3 м/с, макс = 7,7 м/с) и среднее значение разницы между поражением и окружающими тканями – 1 м/с (мин = 0 м/с, макс = 5,5 м/с). Злокачественные данные имели среднюю скорость 5,3 м/с (мин = 1,9 м/с, макс = 8,4 м/с) и среднее значение разницы между поражением и окружающими тканями – 3,5 м/с (мин = 0,3 м/с, макс = 7,1 м/с).

ROC кривые были построены для того, чтобы определить скорость и/или значение дельта-скорости, которые могут выступать в качестве порогового значения, дифференциальной диагностики злокачественных поражений молочной железы (рис. 5).

Рис. 5. ROC кривые для скорости сдвига волны поражения и для разницы скорости поражения и окружающих тканей (дельта). Подчеркиваются выбранные пороговые значения и их соответствующая диагностическая эффективность.

Сокращения: v – скорость сдвига волны поражения; Delta v – скорость дельта; Se – чувствительность; Sp – специфичность; PPV – положительная прогностическая ценность; NPV – отрицательная прогностическая ценность.

 Значение скорости сдвига волны опухоли 3,31 ± 0,5 м/с (р <0,05) было связано с 80,4% чувствительностью, 73% специфичностью и площадь под ROC кривой (under the curve – AUC), равной 0,84. Для значения разницы между поражением и окружающими тканями 1.57 ± 0.4 м/с (р <0,05) получены 80% чувствительность и 65,2% специфичность, с соответствующей AUC – 0,82.

Мы выбрали пороговое значение скорости в 3,31 м/с и применили его только для опухолей BIRADS 4а. Пять доброкачественных поражений (45,4%, 5/11), ранее определенные, как BIRADS 4а, были реклассифицированы как BIRADS 3. При использовании этого диагностического подхода к патологии ткани молочной железы в В-режиме, ППЦ поднялась с 76% (57/75) до 81,4% (57/70), и при этом мы достигли общего уровня чувствительности – 92% и специфичности – 72,9%.

5. ОБСУЖДЕНИЕ

  Изображения в В-режиме дают характеристику поражениям на основе его акустических свойств, которые интерпретируются в соответствии с существующими BIRADS дескрипторами и, следовательно, классифицируются в соответствующую категорию. Низкая ППЦ, особенно связанная с BIRADS 4а (<9.3%) и 4b (<42%), приводит к увеличению числа ложноположительных результатов по этим категориям и ненужным биопсиям. Это может, по крайней мере частично, касаться умеренного согласования между исследователями относительно ультразвуковых дескрипторов, таких как: край поражения, задние акустические особенности поражения (к = 0,40 для обоих) и эхо-тип (к = 0,29) [9].

Эластография внедрена как дополнение к обычной ультрасонографии, обеспечивая понимание механических свойств самого поражения. Либо с помощью 5 балльной шкалы оценки типа ассоциированной деформации, либо с помощью интерпретации размера или соотношения упругости, эта методика помогает врачу в определении злокачественной патологии тканей. Эластографические изображения имеют потенциал для улучшения специфичности B-режима с сохранением общего уровня чувствительности.

Ложноположительные результаты могут регистрироваться при доброкачественных состояниях, которые имеют низкую эластичность, такие как рубцовая ткань или фиброаденомы с преимущественным фиброзным компонентом. С другой стороны, муцинозный рак молочной железы или отдельные злокачественные поражения, связанные с воспалительными изменениями стромы, могут иметь высокую эластичность и привести к ложноотрицательным результатам. Особенности эластичности тканей должны интерпретироваться в контексте уже установленной морфологии в В-режиме.

Одна из целей совершенствования диагностической эффективности является использование точных и менее зависимых от операторов методов визуализации. Из-за того, что компрессионная эластография использует индуцированные оператором механические волны, полученные только качественные или полуколичественные результаты могут быть подвергнуты определенной степени вариабельности.

Virtual Touch IQ автоматически генерирует акустическую лучевую импульсную энергию (ARFI) для того, чтобы вызвать сдвиг волны в указанной области. Следовательно, методика не полагается на способности исследователя генерировать соответствующее механическое давление на ткани. Virtual Touch IQ также преодолевает ограничения традиционной эластографии, предлагая количественную информацию о рассматриваемых структурах, такую как значения скорости распространения волн, измеряемые в м/с, а также их отображения на двумерной цветовой карте.

Методика сдвиговолновой эластографии показала хорошую воспроизводимости с внутригрупповой корреляцией (intraclass correlation – ICC) – 0,80, используя тот же основной принцип сфокусированных импульсов для генерирования сдвига волны, но, опираясь на различные алгоритмы для оценки её распространения, что, в свою очередь, дает возможность количественной оценки жесткости ткани в кПа.

Мы отобразили скорости сдвига волны поражений и окружающих тканей в диапазоне доброкачественных и злокачественных поражений и обнаружили значительную разницу между этими двумя категориями (критерий Манна-Уитни, р <0,0001). Перекрытие доброкачественных и злокачественных значений скорости, как оказалось, в основном происходит в B-режиме при патологии BI-RADS категории 4b и 4c. Режим определения скорости при Virtual Touch IQ (цветное кодирование) выполняется аналогичным обычному ультразвуковому исследованию образом, с незначительными улучшениями показателя специфичности (64,6% против 62,5%) и неизменными показателями чувствительности. Тогда как мы не использовали анализ разных типов цветных карт, Tozaki др. с проведением 5-балльной системы оценки и пороговым значением скорости поражения – 3,59 м/с, достигли значений чувствительности и специфичности – 91% и 93% соответственно, в исследовании, которое включало 161 опухоль молочной железы. Сообщается, что пороговые значения скорости волны между 2,89 и 3,59 м/с, также были отмечены в результатах других исследований, которые использовали подобную ARFI количественную технику.

Мы проанализировали кривую ROC, которая отображала чувствительность и специфичность результатов, связанных с измерением значений скорости 110 поражений молочной железы и выбрали пороговое значение скорости волны – 3,31 м/с. Опираясь на это пороговое значение для дифференциальной диагностики доброкачественной и злокачественной патологи, мы достигли специфичности – 73% (выше на 10,5% по сравнению с B-режимом), а чувствительность упала до 80,4% (ниже на 11,6% по сравнению с B-режимом).

Стремясь улучшить диагностическую эффективность, воспользовавшись повышенной специфичностью и, в то же время, учитывая потерю чувствительности, мы решили применить 3.31 м/с пороговое значение только для BIRADS опухолей категории 4а, из-за более низкой частоты злокачественности (21,4%) и большого количества ложнопозитивных результатов (11/14, 78,6%), связанных с этой категорией. Таким образом нам удалось увеличить на 10,4% общую специфичность в В-режиме (72,9% против 62,5%) и на 5,4% общую ППЦ в В-режиме (81,4% против 76%), не влияя на уровни чувствительности. Если было подозрение на патологию ткани молочной железы BIRADS категории 4b и 4c, необходимо соблюдать осторожность для её реклассификации. Мы наблюдали менее характерные значения скорости для таких доброкачественных и злокачественных поражений, вероятно, из-за их сложной структуры. Стремиться к повышению специфичности было бы также неразумно, так как шансы получить ложноотрицательные результаты при этом возрастают, и, как мы выяснили, имеют относительно высокую ППЦ: 55,5% (4d) и 88,8% (4с).

Одним из ограничений, стоящих перед нашим исследованием, были заведомо известные данные маммографии пациента для эксперта, который проводил исследования, что могло привести к изменениям в интерпретации ультразвуковых и Virtual Touch IQ характеристик таргетных поражений молочной железы. Кроме того у нас был только 14 доступных поражений, классифицированных BIRADS в категорию 4а после исследования в В-режиме. Такое относительно небольшое количество, возможно, не отражает точную картину значения скорости сдвига волны, которая связанна с этими отклонениями в характеристике ткани с пограничными ультразвуковыми признаками. Поэтому статистическая значимость может быть уменьшена, а значение нашей оценки Virtual Touch IQ патологи BIRADS категории 4а должно быть дополнительно изучено.

 6. ВЫВОДЫ

 Наше клиническое исследование 110 поражений молочных желез показало, что Virtual Touch IQ эластография с использованием как количественной, так и качественной оценки механических свойств ткани, соответствует обычному ультразвуковому исследованию в ракурсе диагностической эффективности. Значение скорости сдвига волны, которое рассчитывается на одной и той же глубине тканей, как было доказано, значительно отличается между доброкачественными и злокачественными новообразованиями. При использовании порогового значения скорости волны в опухоли при Virtual Touch IQ – 3.31 м/с, мы достигли высоких результатов специфичности по отношению к B-режиму. При выборочном применении этого порогового значения, только для BIRADS 4а опухолей, мы показали потенциал для дальнейшей характеристики таких образований и уменьшения ложноположительных результатов при ультразвуковом исследовании, при этом, не оказывая негативного влияние на уровень чувствительности, тем самым уменьшая количество ненужных биопсий. Для проведения исследований рекомендуем использовать аппарат от компании GE Voluson E8.