ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ СДВИГА ВОЛНЫ В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКЕ ПЛОТНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ: СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ VIRTUAL TOUCH QUANTIFICATION И VIRTUAL TOUCH IQ

 Возможность измерения 2D-SWS Virtual Touch IQ является полезным диагностическим инструментом для дифференциальной диагностики злокачественных от доброкачественных плотных образований молочной железы. Мы получили более информативные результаты с Virtual Touch IQ техникой, чем с количественной Virtual Touch Quantification, хотя разница была незначительной в тех случаях, когда результаты были получены с помощью обоих методов, поэтому, необходимы более подробные исследования. Соответствующие пороговые значения должны быть определены путем уточнения гистологических особенностей ложноотрицательных и ложноположительных поражений на примере большого количества клинических случаев

 MITSUHIRO TOZAKI, MASAHIRO SAITO, MITSUHIRO TOZAKI, JOHN BENSON, LIEXIANG FAN, SACHIKO ISOBE

 Центр заболеваний молочной железы, Kameda медицинский центр, Чиба, Япония; отдел сотрудничества, клиническая группа, Mochida Siemens Medical Systems Company, Ltd., Токио, Япония; отдел ультразвуковых исследований, Siemens Medical Solutions USA, Inc, Иссака, Вашингтон, США и отдел ультразвуковых исследований, Kameda медицинский центр, Чиба, Япония

 АННОТАЦИЯ

В этом исследовании проведено сравнение диагностической эффективности методов измерения скорости сдвига волны у 81 пациентов с 83 плотными поражениями молочной железы. Методику Virtual Touch Quantification, которая обеспечивает возможность одноточечного измерения скорости сдвига волн (single-point shear wave speed – SP-SWS), сравнивали с Virtual Touch IQ, новым методом 2-D визуализации сдвига волн с возможностью многоточечного измерения скорости сдвига волны (2D-SWS). С помощью SP-SWS, скорость сдвига волны измеряется внутри поражения (”внутреннее” значение) и краевых областях (”краевые” значение). При 2D-SWS была получены самые высокие показатели скорости. Краевые значения, полученные при помощи SP-SWS и 2D-SWS методов были значительно выше для злокачественных и доброкачественных поражений, соответственно (р˂0,0001). Чувствительность, специфичность и точность составила 86% (36/42), 90% (37/41) и 88% (73/83), соответственно для SP-SWS, и 88% (37/42), 93% (38/41) и 90% (75/83), соответственно для 2D-SWS. Мы пришли к выводу, что методика 2D-SWS является полезным диагностическим инструментом для дифференциальной диагностики злокачественных поражений от доброкачественных плотных образований молочной железы. (E-mail:e-tozaki@keh.biglobe.ne.jp).

ВВЕДЕНИЕ

 Эластография – это новый метод ультрасонографии, который характеризует поражения молочной железы более детально, чем ультразвуковое исследование в B-режиме. В настоящее время доступны три типа 2-D эластографической визуализации молочных желез: эластографическая визуализация деформации, акустическая лучевая импульсная визуализация – acoustic radiation force impulse (ARFI) визуализация смещения и эластографическая визуализация сдвига волны.

Эластографическая визуализация деформации – методика на основе смещения ткани от внешнего источника или самого пациента, используя прием «free-hand» компрессии (Hitachi Medical, Токио, Япония). Эластографическая визуализация деформации использует метод покадровой корреляции ультразвуковых изображений в В-режиме для генерирования данных эластографического изображения в режиме реального времени, которые изображают реакцию упругой деформации тканей. Реакция упругой деформации отражает то, насколько по-разному деформируются ткани вдоль каждой оси ультразвукового луча в пределах поля зрения (region of interest – ROI) под воздействием механической компрессии. При внешней компрессии, ткани, которые являются более упругими, деформируются больше, чем более плотные (жесткие) ткани. Относительная степень деформации ткани отображается в виде серой шкалы или цветного изображения в ROI. Этот метод имеет ограничения: (а) степень деформации зависит от глубины; таким образом, сила давления, применяемого к ткани с помощью внешней компрессии больше на небольших глубинах, чем в тканях, расположенных глубже; (в) этот метод сканирования может быть зависимым от исследователя и системы, что требует практики и квалификации оператора для получения оптимальных результатов; (с) деформация ткани является нелинейной величиной; (д) внешние  условия внешних, такие как 3-D размер и форма датчика, и внутренние условия, такие как форма и тип компонентов ткани, могут привести к артефактам на эластограмме.

Эластографический метод акустической лучевой импульсной визуализация – acoustic radiation force impulse (ARFI) (Virtual Touch Imaging; Siemens Medical Solutions, Mountain View, Калифорния, США) является ультрасонографической техникой смещения ткани, которая использует сфокусированные толчковые импульсы, вместо ручной компрессии, что позволяет максимизировать транзиторную эластическую реакцию ткани в центре поля зрения (ROI). Этот метод автоматически оптимизирует соотношение контраст-шум на ARFI изображениях для конкретного положения ROI и его размера. Методы эластографической визуализации деформации и ARFI позволяют проводить качественную оценку относительной эластичности поражения по сравнению с окружающими тканями. Полуколичественные измерения, такие как отношение деформации и отношение размера изображения эластограмма/B режим (E/B) могут быть выполнены как при эластографической визуализации деформации, так и ARFI методике визуализации. Соотношение деформации обеспечивает числовыми данными отношения пространственной производной смещения (деформации) между поражением и жировой тканью вокруг молочной железы. Большая разница, или соотношение, между деформацией поражения и деформацией окружающей жировой ткани, может означать, что поражение является злокачественным. К тому же, высокие показатели отношения E/B являются чувствительными индикаторами злокачественных поражений. Тем не менее, эффективность этих измерений за пределами диагностической эластографии молочной железы изучены не достаточно.

Также доступны методы количественной эластографии, которые имеют потенциал для более широкого применения. Один из таких методов – метод количественной визуализации ARFI (Virtual Touch Quantification; Siemens Medical Solutions), обеспечивает одноточечное измерение скорости сдвига волны (single-point shear wave speed – SP-SWS). Толчковый импульс и определяющая пульсовая последовательность генерирует, а затем регистрирует сдвиг волн, которые распространяются со скоростью, прямо пропорциональной модулю сдвига ткани. Сдвиговые волны распространяются быстрее в тканях с более высоким модулем сдвига (жесткие), чем в тканях с более низким модулем сдвига (мягкие). Для получения измерения SP-SWS, лучевой силовой импульс передается с частотой 4 МГц и с длительностью 175ms. При определении последовательности импульсов, один набор полученных эхосигналов не подвергается дальнейшей передачи, а используется в качестве уровня шума при приеме сигналов. Измерение скорости сдвига при помощи SP-SWS основано на кривой времени до пика, которое оценивается в каждом сигнале, который распространяется через ROI, при этом рассчитывается коэффициент корреляции между оцениваемой линейной кривой и исходными данными времени до пика для оценки скорости сдвига волн в диапазоне от 0,5 до 8,4 м/с. Когда этот коэффициент ниже, чем 0,8, расчетная скорость сдвига считается недействительной и отображается в виде результата X.XX на экране. Результаты количественной визуализации ARFI при диффузном поражении печени оказались обнадеживающими. Однако, при эластографии молочной железы, существуют проблемы, связанные с этой техникой. Например, отображение скорости зависит от места измерения, даже в пределах одного и того же поражения, что часто приводит к результату X.XX, или к невозможности проведения измерения. Методика использует достаточно большие измерения ROI 5 мм на 5 мм при исследовании молочной железы. Скорость сдвига волны не может быть вычислена (X,XX) при помощи количественной визуализации ARFI, когда скорость между ультразвуковыми лучами чрезмерно меняется (неоднородность), или при низкоамплитудных результатах сдвига волны при низком соотношении сигнал-шум. При плотных поражениях молочной железы, которые значительно ослабляют распространение ультразвуковых волн или при поражениях, которые имеют гетерогенный модуль сдвига в пределах большого ROI, может быть трудно провести успешное измерение скорости сдвига волны, что приводит к результату X.XX.

Сдвиговолновая эластография (SuperSonic Imagine, Aixen-Provence, France) задействует толчковый импульс, что дополняет информацию, которая была получена в B-режиме ультрасонографии для дифференциальной диагностики поражений молочной железы. Методика сдвиговолновой эластографии основана на сочетании лучевого силового импульса, который индуцируется в ткани с помощью ультразвуковой плоской волны и способности захватывать ультра-быстрые последовательности изображений распространения результирующей сдвига волн в режиме реального времени. Количественные измерения могут быть проведены в нескольких местах в пределах ROI сдвиговолновых изображений, используя переменный размер измерительных инструментов. Результаты могут быть отображены как скорости сдвига волн до 10 м/с, или, с некоторыми допущениями, как модули Юнга до 180 кПа.

По состоянию на март 2012 года, ультрасонографическая система ACUSON S3000 использует новую форму 2-D сдвиговолновой визуализации – Virtual Touch IQ (Siemens Medical Solutions), которая может быть установлена в качестве опции программного обеспечения и, которая получила одобрение и прошла сертификацию Фармацевтического надзора и Агентства медицинского оборудования Японии. Термин IQ относится к способности визуализировать 2-D сдвиговолновые изображения и выполнять локальные количественные измерения скорости сдвига волны. Virtual Touch IQ отображает цветное 2-D изображение сдвига волн, используя до 256 пространственно распределенных толчковых импульсов ARFI с последующей регистрацией импульсной последовательности, что позволяет измерять локальные скорости сдвига волн от 0,5 до 10 м/с в нескольких местах в пределах ROI сдвиговолнового изображения с помощью измеряющего курсора размером 2мм на 2мм (2-D сдвиговолновая скорость [2D-SWS]). Пользователю доступны дополнительные возможности, которые позволяют отображать сдвиговолновое изображение в нескольких формах, в том числе скорость сдвиговой волны (рис. 1а), качество сдвиговой волны (рис. 1 b), время сдвига волны (рис. 1с) и сдвиговолновое смещение (рис. 1 d).

Рис. 1. Четыре типа сдвиговолновой визуализации при Virtual Touch IQ: (А) скорость сдвиговой волны; (В) качество сдвиговой волны; (С) время сдвига волны; (D) сдвиговолновое смещение.

Качество сдвиговой волны указывает на то, является ли достаточной величина сдвига волны и отношение сигнал-шум (SNR) для точной оценки скорости сдвига волны, при этом зоны с высоким качеством отображаются зеленым, зоны низкого качества – оранжевым, а пограничные зоны отображаются желтым цветом. Время сдвига волны предоставляет информацию об изменениях скорости сдвига волны между определяемыми лучами для улучшения визуализация границ поражений с высокими градиентами модуля деформации, используя тот же цвет, который используется для кодирования отображения скорости сдвига волны. Сдвиговолновое смещение отражает относительные различия величины сдвига волны в рамках сдвиговолнового изображения. Каждый из типов изображения, когда они коррелированы, помогает пользователю в оценке диагностической достоверности изображений сдвига волны и получения количественных измерений скорости сдвига волны. Лучевой силовой импульс передается с частотой 4.44 МГц и с длительностью 158 мс, а также с частотой 5.71 МГц с продолжительностью 123 мс в двух различных местах в режиме 2D-SWS. Для обнаружения импульсов, один набор полученных эхосигналов не подвергается дальнейшей передачи, а используется в качестве уровня шума при приеме сигналов. Соотношение сигнал/шум SNR вычисляется для каждого обнаруженного импульса с учетом уровня шума и используется на высококачественном дисплее при 2D-SWS. Когда SNR меньше, чем 30 дБ, то, скорее всего, оцениваемый результат будет считаться недействительным, и скорость сдвига не будет отображаться в цветовых наложениях.

Наше исследование было проведено с целью оценки эффективности Virtual Touch IQ для дифференциальной диагностики злокачественных и доброкачественных плотных поражений молочной железы и сравнения диагностической эффективности 2D-SWS (Virtual Touch IQ) и SP-SWS (Virtual Touch Quantification) измерений у пациентов с солидными поражениями молочной железы.

МЕТОДЫ

Сравнение точности измерений при SP-SWS и 2D-SWS на эластографическом фантоме

Чтобы проверить достоверность исходных измерений при SP-SWS и 2D-SWS, проводились измерения скорости сдвига волны эластографического фантома на основе пяти стандартных фантомов (CIRS, Норфолк, Вирджиния, США) с равномерными значениями модуля эластичности Юнга – 5, 10, 20, 40 и 80 кПа. Фантомы были созданы из имитирующего биологические ткани материала, который называется Zerdine – полимерный гидрогель, акустические свойства которого можно изменить путем манипулирования концентрацией воды в гидрогеле и добавлением различных компонентов в смесь. Упругое постоянство материала в значительной степени определяется концентрацией воды в гидрогеле; частицы, размером в микрометр, смешиваются для того, чтобы обеспечить контрастность для обратного рассеивания лучей.

Для сравнения результатов, полученных при обеих методиках Virtual Touch IQ и Virtual Touch Quantification, были проведены независимые измерения в одной и той же зоне фантома для каждого режима. Пять повторений измерений SP-SWS были получены в одних и тех же зонах фантома с усиленным центрированием в ROI SP-SWS в том же пространстве, как и при ROI 2D-SWS. Измерения на фантоме проводились на трех глубинных позициях (колонках) и трех боковых направлениях (ряды), как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Средние измерения скорости фантома (м/с) для сравнения одноточечной скорости сдвига волны и 2-D скорости сдвига волны.

 Проведено сравнение среднего значения, полученного при 2D-SWS измерениях, со средним значением, полученным при SP-SWS, также было вычислено стандартное отклонение при 2D-SWS.

 Пациенты и критерии включения

В период с марта 2012 года по май 2012 года, ультрасонография в B-режиме, SP-SWS и 2D-SWS измерения были выполнены на 100 плотных образованиях молочной железы у 96 пациентов. При исследовании в В-режиме ультрасонографии пациенты были BI-RADS 4 категории (n=84) или 5 категории (n =16). Среди этих 100 плотных образований молочной железы, поражения, которые были подвергнуты гистологическому анализу ткани (кор-биопсии или вакуум ассистированной биопсии) или цитологическому исследованию, а также поражения, которые ранее были исследованы, по крайней мере, на протяжении предшествующих 2 лет, приняты как таргетные поражения в данном исследовании.

Все пациенты дали письменное информированное согласие на использование их медицинских записей и изображений. Этот ретроспективный обзор проспективно полученных данных был одобрен этическими комитетами.

Ультрасонография молочной железы, SP-SWS (Virtual Touch Quantification) и 2D-SWS (Virtual Touch IQ)

Ультрасонографию молочной железы проводили с использованием ультразвуковой системы Acuson S3000, которая оснащена широкоформатным 50-мм линейным датчиком с полосой пропускания 6-18 МГц. SP-SWS с Virtual Touch Quantification и 2D-SWS с Virtual Touch IQ проводили с использованием линейного датчика (9L4, Siemens Medical Solutions) с полосой пропускания 4-9 МГц. В обоих режимах SP-SWS (Virtual Touch Quantification) и 2D-SWS (Virtual Touch Quantification), определяющие импульсы передаются с частотой 6.15 МГц с частотой повторения импульсов в диапазоне от 7 до 10 КГц в зависимости от глубины. Общая продолжительность трекинга около 10 мс для каждого возбуждения сдвига волн.

Направление датчика устанавливали таким образом, чтобы кожа, очаг поражения и грудная стенка были перпендикулярны, а исследование выполнялось таким образом, чтобы свести к минимуму компрессию датчиком, так как давление, оказываемое датчиком на поверхность кожи, влияет на получение данных о сдвиге волны.

 Оценка данных

Ультрасонография молочной железы и измерение скорости сдвига волны (SP-SWS и 2D-SWS) проводились одним из двух лабораторных техников, которые специализировались в ультрасонографии молочной железы и имели 7 или более лет опыта ультразвукового исследования молочной железы. Полученные данные оценивались экспертами, которые не имели клинической информации, данных маммографии и результатов патологоанатомического исследования пациентов.

 Измерение скорости сдвига волны при SP-SWS

Три ROI были выбраны в пределах поражения. Измерение скорости сдвига волны проводилось три раза в каждом ROI (“внутреннее” значение). Три ROI были выбраны латерально на той же глубине в краевой зоне поражения и окружающих тканях при визуализации в B-режиме, а скорость сдвига волны измерялась три раза в каждом из этих трех ROI (”краевые” значения), когда проведение измерения было возможно. Среднее трех измерений было использовано в качестве значения скорости сдвига волны для этого исследования.

 Измерение скорости сдвига волны при 2D-SWS

Площадь, позволяющая провести стабильную оценку скорости сдвига волны в очаге поражения (зеленая зона), визуально подтверждалась с помощью визуализации качества сдвига волны (рис. 3В). При визуализации качества сдвига волны адекватная величина сдвига волны и значение SNR определяются зеленым цветом, а низкая величина и низкое значение SNR – оранжевым. На дисплее, скорость сдвига волны, которая определяется красным, означает наивысшие показатели, а синий – самые низкие скорости. Затем площадь с наивысшими показателями скорости сдвига волны (красная зона) визуально подтверждается при измерении скорости сдвига волны, при этом 2-мм квадратный измерительный курсор перемещается в эту область для того, чтобы измерить показатели скорости сдвига волны (рис. 3С). Таким образом место измерения скорости сдвига волны располагается в зеленой зоне, используя визуализацию качества сдвига волны. В случаях, когда зеленая зона представляет только часть области внутри новообразования, измерение скорости сдвига волны ограничивается этой зеленой зоной.

Рис. 3. Изображения инвазивной протоковой карциномы у женщины 45лет. (А) В режим изображения показывает гипоэхогенное образование с микро-дольчатыми краями (стрелки). (В) Визуализация качества сдвиговой волны при Virtual Touch IQ показывает хорошую скорость сдвига волны, которая оценивается через все поражение. (С) Зона наивысшей скорости сдвига волны (красная зона) был визуально подтверждена при визуализации скорости сдвига волны, а 2-мм квадратный измерительный курсор был перемещен в эту область для того, чтобы измерить скорость сдвига волны. Скорость сдвига волны составила 8,4 м/с.

 Для SP-SWS и 2D-SWS возможность дифференциальной диагностики злокачественных от доброкачественных поражений на основе данных скорости сдвига волны оценивали с помощью анализа кривой рабочей характеристики приемника (receiver operating characteristic – ROC). Оптимальные пороговые значения (а – для SP-SWS и b – для 2D-SWS) были получены с помощью индекса Youden  (чувствительность + специфичность – 1) при анализе ROC кривой. Были рассчитаны чувствительность, специфичность, положительная прогностическая ценность (ППЦ), отрицательная прогностическая ценность (ОПЦ) и точность диагностики на основе пороговых значений.

Сравнение SP-SWS и 2D-SWS.

Было проведено сравнение значений для каждого пациента на основе данных SP-SWS и 2D-SWS. Также было исследовано соотношение между ложноотрицательными и ложноположительными поражениями при обоих методах.

Статистический анализ

Все статистически значимые различия между доброкачественными и злокачественными поражениями были протестированы с помощью U-теста Манна- Уитни. Различия между ”внутренними” и ”краевыми” значениями, а также различия между значениями, полученными с помощью SP-SWS и 2D-SWS в одном и том же повреждении, были изучены с помощью суммарного теста Вилкоксона. Значение р, менее 0,05, считалось статистически значимым. Статистический анализ был выполнен с помощью программы SPSS для Microsoft Windows, Версия 16.0 (SPSS, Чикаго, Иллинойс, США).

РЕЗУЛЬТАТЫ

 Сравнение измерений при SP-ЗС и 2D-SWS на эластографическом фантоме

Статистический анализ SP-SWS и 2D-SWS измерений был проведен с помощью MATLAB (The Mathworks, Натик, штат Массачусетс, США) z-тест функции. Из 45 пар данных в таблице 1а-е, 43 из них прошли z-тест при уровне значимости, установленном на 1%. В двух случаях не удалось пройти z-тест; ряд 2, колонка 1 в фантоме 40-кПа (3,42 м / с по сравнению с 3,32 м/с), и ряд 1, колонка 1 в фантоме 80-кПа (4.64 м/с по сравнению с 5.01 м/с). Все парные данные в этих двух случаях имели средний диапазон ошибки менее 10%, что находится в пределах ±10% погрешности точности калибровки производителем фантома.

 Таблица 1а. Статистический тест с 5-kPa фантомом

SP-SWS = одноточечная скорость сдвига волны; 2D-SWS = 2-D скорость сдвига волны; SD = стандартное отклонение.

 Таблица 1b. Статистический тест с 10-kPa фантомом

SP-SWS = одноточечная скорость сдвига волны; 2D-SWS = 2-D скорость сдвига волны; SD = стандартное отклонение.

 Таблица 1с. Статистический тест с 20-kPa фантомом

SP-SWS = одноточечная скорость сдвига волны; 2D-SWS = 2-D скорость сдвига волны; SD = стандартное отклонение.

 Таблица 1d. Статистический тест с 40-kPa фантомом

SP-SWS = одноточечная скорость сдвига волны; 2D-SWS = 2-D скорость сдвига волны; SD = стандартное отклонение.

 Таблица 1е. Статистический тест с 80-kPa фантомом

SP-SWS = одноточечная скорость сдвига волны; 2D-SWS = 2-D скорость сдвига волны; SD = стандартное отклонение.

 Измерения SP-SWS и 2D-SWS in vivo

Данные 15 пациентов, в общей сложности 17 плотных образований молочной железы, не подвергались анализу образцов ткани или цитологической оценке и диагностической ультрасонографии в течение предыдущих 2 лет (диапазон: 0-16 мес, среднее: 4 мес), и были исключены из анализа. Как результат, 81 пациент (возрастной диапазон: 20- 84 года, среднее: 49 лет) с 83 плотными образованиями молочной железы были проанализированы в этом исследовании (таблица 2).

 Таблица 2. Критерии включения.

Среди 83 плотных образований молочной железы, 65 из них были опухолевыми поражениями (23 доброкачественных и 42 злокачественных), для которых диагнозы были подтверждены гистологически. Пять поражений были признаны доброкачественными при тонкоигольной аспирационной биопсии под ультрасонографическим контролем, 13 опухолевых поражений, которые не проявляли никаких изменений при ультрасонографии на протяжении 2-х летнего наблюдения, также были определены как доброкачественные (Таблица 2).

Результаты 67 из 83 плотных образований молочной железы были классифицированы в соответствии с ACR BI-RADS 4, а результаты для других 16 образований, как категория 5. Все 13 поражений, которые  не имели никаких изменений при ультрасонографии на протяжении 2-х летнего наблюдения были классифицированы как категория 4а.

Остальные 28 доброкачественных поражений были классифицированы как категория 4 в / 4с. Средний размер 41 доброкачественных образований был 13 мм (диапазон: 4.1-30 мм), в то время как у 42 злокачественных поражений размер был 19 мм (диапазон: 5.6-44 мм).

На основании гистологической оценки, 23 поражения были определены как доброкачественные, 42 как злокачественные (таблица 3).

 Таблица 3. Размер опухоли всей патологии.

 Среди 23 доброкачественных опухолей, 20 были классическими доброкачественными поражениями и 3 – промежуточными поражениями. Классические новообразования: фиброаденома (n =18), псевдоангиоматозная стромальная гиперплазия ( n =1) и пролиферативный процесс (n =1). Промежуточными поражениями были внутрипротоковая папиллома (n =2) и  аденомиоэпителиома (n =1). Гистологические типы злокачественных образований включали протоковую карциному in situ (ductal carcinoma in situ – DCIS) (n =9), инвазивную протоковую карциному (n =31), инвазивную лобулярную карциному (n =1) и коллоидный рак ( n =1).

 Измерения скорости сдвига волны при SP-SWS.

Скорость сдвига волны можно было измерить в пределах поражения в 38 (93%) из 41 случаев при доброкачественных поражениях, со средним значением внутренней скорости – 2,34 м/с (диапазон: 1.1-4.38, стандартное отклонение [SD]: 0,75). С другой стороны, краевое значение было 2,43 м/с, в среднем (диапазон: 1.03-5.37, SD: =0,78). При этом не выявлено статистически значимой разницы между внутренними и краевыми значениями. В остальных 3 случаях, только краевые значения скорости сдвига волны могли быть измерены (среднее: 4.02 м/с, диапазон: 3.71-4.35, SD: 0,32).

Скорость сдвига волны можно было измерить в поражениях в 5 (12%) из 42 пациентов со злокачественными новообразованиями; среднее значение скорости в поражениях было 4.21 м/с (диапазон: 1.74-8.28, SD: 2,96), и краевое значение 3,29 м/с, в среднем (диапазон: 1.44-5.75, SD: 1.71). В остальных 37 случаях (88%), лишь краевое значение скорости сдвига волны можно было измерить, при этом среднее краевое значение было 5,15 м/с (диапазон: 2.4-7.14, SD: 1,19).

Что касается дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных поражений, была зарегистрирована статистически значимая разница в значениях краевой скорости сдвига волны между 41 доброкачественными поражениями (в среднем 2,54 м/с, диапазон: 1.03-5.37, SD 0,86) и 42 злокачественными поражениями (в среднем: 4.93 м/с, диапазон 1.44-7.14:, SD: 1,38) (р ˂ 0.0001) (Таблица 4).

Таблица 4. Скорости сдвига волны 83 поражений

SP-SWS = одноточечная скорость сдвига волны; 2D-SWS = 2-D скорость сдвига волны; SD = стандартное отклонение.

 Пороговое значение SP-SWS (а) для диагностики злокачественных поражений было определено, как 3,42 м / с. При этом пороговом значении чувствительность, специфичность, ППЦ, ОПЦ и точность измерений SP-SWS для диагностики новообразований молочной железы составили 86% (36/42), 90% (37/41), 90% (36/40), 86% (37/43) и 88% (73/83), соответственно (рис. 4). Кроме того, чувствительность, специфичность, ППЦ, ОПЦ и точность измерений были – 82% (37/45), 92% (35/38), 93% (37/40), 81% (35/43) и 87% (72/83), соответственно, для трех промежуточных поражений (аденомиоэпителиома и внутрипротоковая папиллома), которые были расценены, как потенциально злокачественные поражения.

 Измерения скорости сдвига волны при 2D-SWS

Это исследование было осуществимо во всех случаях измерения скорости сдвига волны в пределах каждого поражения. Что касается дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных поражений, была выявлена статистически значимая разница в скорости сдвига волны между 41 доброкачественными поражениями (среднее 2,77 м/с, диапазон: 1.4-7.11, SD: 1,12) и 42 злокачественными поражениями (среднее: 6.69 м/с, диапазон 2.38-8.82:, SD: 1,94) (р =0.0001) (Таблица 4).

Пороговое значение 2D-SWS (β) для диагностики злокачественных поражений было определено, как 4,14 м/с. При этом пороговом значении чувствительность, специфичность, ППЦ, ОПЦ и точность измерений 2D-SWS для диагностики новообразований молочной железы были 88% (37/42), 93% (38/41), 93% (37/40), 88% (38 /43) и 90% (75/83), соответственно (рис. 4).

Рис. 4. Рабочая характеристика приемника, сравнение эффективности одноточечного измерения скорости сдвига волны (SP-SWS) и 2-D скорости сдвига волны (2D-SWS).

 Кроме того, чувствительность, специфичность, ППЦ, ОПЦ и точность измерений были – 89% (40/45), 100% (38/38), 100% (40/40), 88% (38/43) и 94% (78/83), соответственно, для трех промежуточных поражений (аденомиоэпителиома и внутрипротоковая папиллома), которые были расценены, как потенциально злокачественные поражения.

 Сравнение SP-SWS и 2D-SWS

В тех случаях, когда не было возможным измерить внутренние значения скорости сдвига волны (что обозначается как X.XX) при SP-SWS, мы сравнили краевые значения скорости сдвига волны при SP-SWS с аналогичными измеренными значениями 2D-SWS у каждого пациента. Значения скорости сдвига волны, измеренные с помощью 2D-SWS были несколько выше, чем краевые значения, полученные при SP-SWS в случае доброкачественных поражений (p =0.047), в то время как в случае злокачественных поражений, значения скорости сдвига волны, измеренные при 2D-SWS были значительно выше, чем краевые значения, полученные при помощи SP-SWS (р ˂0,0001) (рис. 5).

Рис. 5. Диаграмма типа “ящик с усами” скорости сдвига волны была рассчитана с использованием одноточечной скорости волны сдвига (SP-SWS) и 2-D метода скорости сдвига волны (2D-SWS). Скорости сдвига волны, измеренные при 2D-SWS были немного выше, чем краевые значения, полученные при SP-SWS в случае доброкачественных поражений (p =0.047, суммарный тест Вилкоксона), в то время как в случае злокачественных поражений, значения скорости сдвига волны, измеренные с помощью 2D-SWS были значительно выше, чем краевые значения, полученные при SP-SWS (р < 0,0001, суммарный тест Вилкоксона). Ящик = значения от нижнего к верхнему квартилю, центральные линии = медианы, точки = выпадающие показатели. Усы простираются от минимального до максимального значений.

 Ложноотрицательные результаты были получены при обеих техниках SP-SWS и 2D SWS, в том числе для четырех DCIS поражений (рис. 6 и 7) и четырех инвазивных протоковых карцином (таблица 5).

Рис. 6. Изображения протоковой карциномы in situ у 57-й женщины. (А) В-режим изображения показывает гипоэхогенное, очаговое опухолевое поражение (стрелками). (В) Скорость сдвига волны оценена внутри поражения методом одноточечного измерения скорости сдвига волны (SP-SWS), значение внутренней скорости = 2,54 м/с. (С) краевая величина скорости сдвига волны при SP-SWS 2,55 м/с. (D) Визуализация качества сдвига волны при Virtual Touch IQ (слева) указывает на хорошее качество определяемой скорости сдвига волны во всем поражении. Значение скорости сдвига волны, полученное с помощью 2-D метода определения скорости сдвига волны (2D-SWS) (справа) было 3,19 м/с.

Рис. 7. Изображения протоковой карциномы in situ у 45-й женщины. (А) В-режим изображения показывает гипоэхогенное образование с микродольчатыми краями (стрелки). (В) Значение внутренней скорости сдвига волны не рассчитывается (отображается как X.XX) с помощью одноточечного метода оценки скорости сдвига волны (SP-SWS). (С) Величина краевой скорости сдвига волны при SP-SWS = 2,31 м/с. (D) Качество сдвига волны отображается при Virtual Touch IQ (слева) и указывает на хорошее качество определяемой скорости сдвига волны во всем поражении. Значение скорости сдвига волны, полученное с помощью 2-D метода определения скорости сдвига волны (2D-SWS) (справа) было 4,35 м/с.

 Таблица 5. Средняя скорость сдвига волны ложноотрицательных поражений при SP-SWS или 2D- SWS

SP-SWS = одноточечная скорость сдвига волны; 2D-SWS = 2-D скорость сдвига волны

 Также ложноположительные результаты были получены, в том числе для двух фиброаденом, двух внутрипротоковых папиллом (рис. 8), одной аденомиоэпителиомы (рис. 9) и еще одного другого доброкачественного поражения (Таблица 6). Средний размер восьми ложноотрицательных поражений был 13 мм (диапазон: 5.6-24 мм), а шесть ложноположительных поражений имели размер 13 мм (диапазон: 7-20 мм).

Рис. 8. Изображения внутрипротоковой папилломы у 42-й женщины. (А) В-режим изображения показывает гипоэхогенное образование с микродольчатыми краями (стрелки). (В) Скорость сдвига волны оценена внутри поражения методом одноточечного измерения скорости сдвига волны (SP-SWS), значение внутренней скорости = 3,11 м/с. (С) Величина краевой скорости сдвига волны при SP-SWS = 2,43 м/с. (D) Качество сдвига волны отображается при Virtual Touch IQ (слева) и указывает на хорошее качество определяемой скорости сдвига волны во всем поражении. Значение скорости сдвига волны, полученное с помощью 2-D метода определения скорости сдвига волны (2D-SWS) (справа) было 5,39 м/с.

Рис. 9. Изображения аденомиоэпителиомы у 55-летней женщины. (А) В-режиме изображение отображает гипоэхогенное, дольчатое опухолевое поражение (стрелки). (В) Значение внутренней скорости сдвига волны не рассчитывается (отображается как X.XX) с помощью одноточечного метода оценки скорости сдвига волны (SP-SWS). (С) Величина краевой скорости сдвига волны при SP-SWS была 4.94 м/с. (D) Качество сдвига волны отображается при Virtual Touch IQ (слева) и указывает на хорошее качество определяемой скорости сдвига волны во всем поражении. Значение скорости сдвига волны, полученное с помощью 2-D метода определения скорости сдвига волны (2D-SWS) (справа) было 7.11 м/с.

 Таблица 6. Средняя скорость сдвига волны ложноположительных поражений при SP-SWS или 2D- SWS

* Доброкачественная опухоль: диагноз по данным тонкоигольной аспирационной биопсии. Эти баллы выделены жирным шрифтом и показывают  ложноположительные значения

 ОБСУЖДЕНИЕ

 Сорок три пары данных из сорока пяти измерений на фантомах в таблице 1а-е прошли z-тест на уровне значимости 1%. Два случая провалили данный тест. Все парные данные в этих двух неудачных случаях имели средний диапазон погрешности меньше, чем 10%. Эти погрешности могли быть вызваны несовершенным соответствием зоны ROI между SP-SWS и 2D-SWS или неравномерностью материала фантома в зоне ROI SP-SWS, но за пределами ROI 2D-SWS. В целом, тесты показывают, что результаты SP-SWS и 2D-SWS существенно не отличаются.

В отношении измерений скорости сдвига волны in vivo при SP-SWS, во многих случаях скорость не может быть измерена внутри поражения (X.XX), что приводит к различию между доброкачественными и злокачественными поражениями при использовании этого комплекса. Измерение скорости сдвига волны в пределах поражения при SP-SWS не возможно было провести в 88% (n =37) злокачественных образований в настоящем исследовании. Как возможную причину результата X.XX для измерений скорости сдвига волны в плотных образованиях молочной железы при SP-SWS, некоторые исследователи рассматривают тот факт, что гетерогенные ткани поглощают значительное количество ультразвуковой энергии. Также возможно, что настоящая методика измерений является недостаточной для разграничения высокой скорости сдвига волны, даже во время прохождения через твердые ткани.

Во всех случаях, описанных здесь, в том числе образований с результатом Х.ХХ при SP-SWS, измерения скорости сдвига волны в каждом поражении были возможны при 2D-SWS. Это, вероятно, связано с алгоритмом, который используется для 2D-SWS измерений скорости сдвига волны. При 2D-SWS, скорость распространения сдвига волны измеряется каждый раз, когда сдвиговая волна генерируется последовательностью толчковых импульсов, с максимумом определения 256 импульсов, что создает прекрасную линейную плотность в ROI с максимальной шириной 38 мм. С другой стороны, при SP-SWS, скорость сдвига волны оценивается по времени распространения сдвига волны через ширину ROI (5 мм); в то время, как 2D-SWS измеряет время распространения сдвига волны в пределах чрезвычайно коротких расстояний, при этом множество повторений захвата данных в пределах 2-D пространства минимизируют эффекты затухания, рассеивания и рефракции, вызванные неоднородностью тканей при сдвиге волны. Таким образом, можно предположить, что алгоритм измерения 2D-SWS лучше подходит для оценки образований, которые имеют неоднородную структуру внутри, особенно злокачественной природы.

Это различие между SP-SWS и 2D-SWS может также объяснить более высокие средние значения для обоих доброкачественных и злокачественных поражений для 2D-SWS.

Сопоставление данных SP-SWS и 2D-SWS для каждого пациента показало статистически значимо более высокие значения скорости сдвига волны при 2D-SWS, чем для краевых значений SP-SWS. Наблюдаемые отличия были едва заметными, в частности, для доброкачественных поражений (p =0.047), в то время они были значительными для злокачественных поражений (р ˂ 0,0001). Более высокие значения скорости сдвига волны, полученные при 2D-SWS по сравнению с SP-SWS, даже для доброкачественных поражений, как полагают, были получены за счет следующего: (I) 2D-SWS метод включает измерение скорости сдвига волны в меньшей зоне (выше пространственное разрешение скорости) с 2-мм площадью измеряющего курсора, по сравнению с SP-SWS, с диаметром ROI – 5 мм; (II) место максимальной скорости сдвига волны визуально идентифицируется с помощью методики Virtual Touch IQ графического отображения скорости сдвига волны, а затем скорость сдвига волны измеряется в этом месте.

Дифференциальная диагностика между злокачественными и доброкачественными поражениями была практически возможна во всех случаях при SP-SWS при использовании краевых значений поражения, которые были значительно выше для злокачественных новообразований (n=42, в среднем: 4.93 м/с) чем для доброкачественных поражений (n=41, в среднем: 2.54 м/с) (Р˂0,0001). Точно так же, значения скорости сдвига волны при 2D-SWS были значительно выше при злокачественных поражениях (n=42; в среднем 6,69 м/с), чем для доброкачественных (n=41; в среднем 2,77 м/с) (р˂0,0001). Кроме того, чувствительность, специфичность, ППЦ, ОПЦ и точность, определяемые при ROC анализе, составили 86% (36/42), 90% (37 /41), 90% (36/40), 86% (37/43) и 88% (73/83), соответственно для SP-SWS, и 88% (37/42), 93% (38/41), 93% (37/40), 88% (38/43) и 90% (75/83), соответственно для 2D-SWS. Таким образом, по отношению к точности дифференциальной диагностики злокачественных и доброкачественных заболеваний, лучшие результаты были получены с помощью метода 2D-SWS Virtual Touch IQ, хотя различие в точности между двумя методами было довольно незначительным в тех случаях, когда результаты можно было получить с помощью двух методов. Дальнейшее детальное исследование в большой исследуемой популяции является необходимым для сравнительной оценки превосходства в диагностической эффективности между SP-SWS и 2D-SWS.

Выявлено в общей сложности восемь поражений с ложноотрицательными результатами (4 DCIS и 4 инвазивных протоковых карцином), в том числе шесть поражений исследованы при SP-SWS, и пять исследованы при 2D-SWS. Поражения с ложноотрицательными результатами, полученными при 2D-SWS, характеризовались средним диаметром в В-режиме 9,7 мм (диапазон: 5,6-14 мм), что несколько меньше по сравнению с поражениями с ложноотрицательными результатами, полученными при SP-SWS (13 мм). Выявлено, в общей сложности, шесть поражений с ложноположительными результатами (2 фиброаденомы, 2 внутрипротоковых папилломы, 1 аденомиелоэпителиома и 1 другое доброкачественное поражение), в том числе четыре поражения, полученные при SP-SWS и три, полученные при 2D-SWS. Оба поражения с ложноположительными результатами, полученные только при 2D-SWS, были внутрипротоковыми папилломами размером 7 и 11 мм. То, что эти два поражения, несмотря на небольшой размер, имели положительный результат на злокачественность, говорит о существующей тенденции в пользу ложноположительных результатов для внутрипротоковых папиллом. Аденомиелоэпителиома представляет собой опухоль молочной железы, которая описана в рамках классификации Всемирной организации здравоохранения в качестве: «пролиферация слоев миоэпителиальных клеток вокруг линейных эпителиальных пространств». Существует также тенденция к ложноположительным результатам у этой редкой опухоли, когда она оценивается при помощи SP-SWS и/или 2D-SWS. То, что поражения, оцененные как ложноположительные по 2D-SWS, были только промежуточного строения и не включали ни одного классического доброкачественного, может быть использовано для их характеристики при 2D-SWS. Из-за их повышенного злокачественного потенциала, эти поражения промежуточного строения, обычно, удаляются во многих центрах. Таким образом, клинически ценно то, что аденомиелоэпителиома и внутрипротоковая папиллома могут быть обнаружены из-за их повышенной плотности. Дополнительные исследования необходимы для того, чтобы исследовать взаимосвязь этой патологии с размером и гистологическими признаками, накопленных случаев поражений с ложноотрицательными и ложноположительными результатами при SP-SWS и / или 2D-SWS. Мы также считаем, что определение областей поражения, отображаемых при 2D-SWS пиком скорости сдвига волны, и сравнения между этими самыми областями и гистологическими особенностями – актуальная тема для будущих исследований. К тому же, в результате изучения вышеуказанных проблем, мы считаем, что в перспективе будет возможным включать множество факторов, в том числе внутренние цветные характеристики и многократные измерения, а также оценивать данные 2D-SWS во многих учреждениях, проводить крупномасштабные многоцентровые исследования сдвиговолновой эластографии.

Мы обнаружили, что методика 2D-SWS проще в использовании и обеспечивает более убедительными результатами, чем SP-SWS в рутинной клинической практике. Получение изображений проходит быстрее при 2D-SWS, при этом необходимо меньшее количество повторений для проведения сравнения скоростей сдвига волны в пределах самого поражения и окружающих тканей. Настоящее исследование, однако, имеет некоторые ограничения. Количество обследованных пациентов для сравнения этих двух диагностических приложений было недостаточным. В частности, было только 23 гистологически подтвержденных, доброкачественных образований, что указывает на необходимость переоценки ложноположительных и пороговых значений при большем количестве случаев. Во-вторых, поражения только 4 и 5 категории BI-RADS были включены в это исследование. Необходимо включать поражения 2 и 3 категории BI-RADS для получения более точной и эффективной чувствительности и специфичности. Третье ограничение связано с недостаточным развитием использования метода 2D-SWS. В этом исследовании мы проводили измерения скорости сдвига волны, используя изображения после подтверждения качества изображения сдвига волны. Мы не использовали два других вида визуализации: время сдвига волны и сдвиговолновое смещение. Использование этих способов визуализации и их диагностическое значение еще должны быть оценены. В то же время, мы считаем, что необходимо будет провести оценку 2D-SWS на стандартном фантоме с целью изучения и определения клинической значимости всех четырех способов визуализации. Наконец, главной целью данного исследования было определить эффективность 2D-SWS путем сравнения двух методик, SP-SWS и 2D-SWS. Тем не менее, из-за того, что зоны измерений для SP-SWS и 2D-SWS отличались, невозможно сделать простое сравнение этих двух методик. В будущем, необходимо провести исследование, в котором зоны измерений будут одинаковыми. Тем не менее, значения, которые используются в настоящем исследовании, являются «результатами обследования», которые получены с помощью SP-SWS и 2D-SWS. Мы считаем, что они могут послужить в качестве справочного материала для будущих исследований для сравнения значений в реальной клинической практике.

 ВЫВОДЫ

 Возможность измерения 2D-SWS Virtual Touch IQ является полезным диагностическим инструментом для дифференциальной диагностики злокачественных от доброкачественных плотных образований молочной железы. Мы получили более информативные результаты с Virtual Touch IQ техникой, чем с количественной Virtual Touch Quantification, хотя разница была незначительной в тех случаях, когда результаты были получены с помощью обоих методов, поэтому, необходимы более подробные исследования. Соответствующие пороговые значения должны быть определены путем уточнения гистологических особенностей ложноотрицательных и ложноположительных поражений на примере большого количества клинических случаев. Для проведения исследований рекомендуем использовать аппарат от компании GE Voluson E8.