VIRTUAL TOUCH КВАНТИФІКАЦІЯ ТКАНИН З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕХНОЛОГІЇ АКУСТИЧНОЇ ПРОМЕНЕВОЇ ІМПУЛЬСНОЇ ВІЗУАЛІЗАЦІЇ (ACOUSTIC RADIATION FORCE IMPULSE)

Рак молочної залози є серйозною загрозою для здоров’я в усьому світі, а також вбивцею жінок номер один у Китаї. Для успішного лікування раку молочної залози є ключовим раннє його виявлення. Ультразвукове дослідження відіграє важливу і загальновизнану роль в оцінці мамографічних і пальпованих порушень в молочній залозі. 

 ПЕРШИЙ ДОСВІД КЛІНІЧНОГО ЗАСТОСУВАННЯ ДЛЯ СОЛІДНИХ ПУХЛИН МОЛОЧНОЇ ЗАЛОЗИ

Min Bai, MD, Lianfang Du, MD, Jiying Gu, MD, Fan Li, MD, Xiao Jia, MD

Мета. Метою даного дослідження було вивчення клінічного використання технології кількісної еластографії зсувної хвилі Virtual Touch квантифікації (VTQ, Siemens Medical Solutions, Mountain View, CA) на основі acoustic radiation force impulse (ARFI) для диференціальної діагностики доброякісних і злоякісних солідних утворень молочної залози.

Методи. Всього було вивчено 143 солідних утворень молочної залози за допомогою VTQ, а також були виміряні їх швидкості зсуву хвилі – shear wave velocity (SWV). З усіх солідних утворень, 30 були вивчені двома незалежними фахівцями для того, щоб оцінити відтворюваність результатів вимірювань VTQ. Всі солідні утворення були пізніше хірургічно видаленні, а гістологічні результати були зіставлені з результатами SWV. Крива ROC-curve була розрахована з метою оцінки діагностичної ефективності VTQ.

Результати. Всього 102 доброякісних ураження і 41 карцинома було діагностовано на підставі гістологічного дослідження. Вимірювання VTQ у виконанні двох незалежних фахівців дали коефіцієнт кореляції 0,885. При застосуванні граничного значення – 3,065 м / с, була виявлена значна різниця (р <0,001) між SWV утворень доброякісної (середній ± SD, 2,25 ± 0,59 м / с) і злоякісної (5,96 ± 2,96 м / с) природи. Чутливість, специфічність і площа під кривою робочої характеристики приймача для диференціальної діагностики доброякісних і злоякісних солідних утворень молочної залози були 75,6%, 95,1%, і 85,6%, відповідно. Коли цифровий результат вимірювань SWV неодноразово був X.XX, то це було позначено як показник злоякісності, з чутливістю, специфічністю і точністю – 63,4%, 100%, і 89,5%.

Висновки. Virtual Touch квантифікація тканин може дати відтворену і кількісну діагностичну інформацію про солідні утворення молочної залози, а також служити ефективним діагностичним інструментом для диференціальної діагностики доброякісних і злоякісних солідних утворень молочної залози.

Рак молочної залози є серйозною загрозою для здоров’я в усьому світі, а також вбивцею жінок номер один у Китаї. Для успішного лікування раку молочної залози є ключовим раннє його виявлення. Ультразвукове дослідження відіграє важливу і загальновизнану роль в оцінці мамографічних і пальпованих порушень в молочній залозі. Була доведена його ефективність в диференціальній діагностиці доброякісних і злоякісних солідних утворень.

На додаток до звичайних ультразвукових досліджень, еластографія, в даний час, використовується як допоміжний метод диференціальної діагностики, так як вона може давати інформацію не тільки про морфологічні характеристики, але і про тканинну еластичність новоутворень. Однак і ця техніка має свої власні обмеження: це якісний метод оцінки, при реалізації якого, отримання зображення деформації вимагає зовнішньої компресії тканин.

В даний час виник новий метод, при якому застосовується акустична променева імпульсна візуалізація (acoustic radiation force impulse (ARFI)) для проведення еластографії. Цей метод не потребує зовнішнього стиснення тканин і використовує короткочасні акустичні променеві імпульси для генерації локального зміщення тканини. Такі зміщення можуть бути зареєстровані на основі ультразвукової кореляції і пов’язані з в’язко-пружними локальними властивостями м’яких тканин. Таким чином, ARFI зображення дають можливість проводити якісні візуальні і кількісні вимірювання значень, і це також використовується в численних додатках для визначення меж структур в глибині тканин за допомогою їх в’язко-пружних характеристик.

Не так давно Virtual Touch квантифікація тканин (VTQ; Siemens Medical Solutions, Mountain View, CA), яка використовує ARFI технологію стала доступна для діагностики поверхневих уражень тканин. Однак, за нашими відомостями, ефективність такого підходу в діагностиці солідних утворень молочної залози ще не була оцінена.

Метою цього дослідження було вивчення клінічного використання Virtual Touch квантифікації тканин (VTQ) для диференціальної діагностики доброякісних і злоякісних солідних утворень молочної залози.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ

Пацієнти

Дослідження було схвалено відомчим комітетом і комітетом з етики першого народного шпиталю Шанхая, а всі учасники підписали форми інформованої згоди до початку дослідження. З січня 2011 по травень 2011 року, всього – 108 жінок (віковий діапазон – 19-87 років, середній вік – 44 роки) взяли участь в дослідженні. Всі пацієнти були включені в дослідження на тій підставі, що в усіх була підозра на наявність солідних утворень молочної залози при звичайному ультразвуковому дослідженні. Серед усіх хворих 83 мали поодинокі утворення, а 25 мали множинні ураження. При виявленні множинних уражень, оцінювалися вогнища більш, ніж 0,5 × 0,6 см. Таким чином, в цілому 143 утворення у 108 хворих виявили всі спостереження.

Звичайне ультразвукове дослідження і VTQ

Всі ехографічні дослідження були проведені одним з двох радіологів, кожен з яких мав не менше 11 років досвіду роботи в ультразвуковому дослідженні молочної залози і були добре навчені техніці VTQ. Дослідження 30 утворень були виконані обома радіологами для незалежної оцінки відтворюваності результатів VTQ. І традиційне ультразвукове, і дослідження VTQ проводилися на Acuson S2000 ультразвукової системи (Siemens Medical Solutions) з використанням лінійного багаточастотного датчика 9 МГц.

Virtual Touch квантифікація тканин відстежує поперечні хвилі в галузі дослідження, що переміщуються перпендикулярно напрямку імпульсу акустичного поштовху і обчислює швидкість хвилі в метрах в секунду. Чим щільніше тканини, тим більше буде швидкість зсуву хвилі (SWV). Таким чином, VTQ може забезпечити чисельними значеннями, пропонуючи кількісну інформацію про щільність тканини на підставі точного зображення анатомічної локалізації. В даний час VTQ може бути інтегрована в систему Acuson S2000, а сама методика виконується зі звичайним 9 МГц поверхневим датчиком в звичайному режимі ультразвукового обстеження без будь-якої спеціальної підготовки.

У ході дослідження, звичайна ультрасонографія була виконана для ретельного сканування молочної залози пацієнтки перед виміром VTQ. Був виміряний максимальний діаметр кожного утворення. Площина максимального діаметра обиралася для вимірювання VTQ.

Для вимірювання VTQ пацієнт повинен був лежати в положенні,  яке є ідентичним для звичайного ультразвукового дослідження. Датчик обережно ставиться разом з достатньою кількістю контактного гелю для того, щоб уникнути генерування артефактних ділянок щільності, які відбиваються від поверхні шкіри. Після активації VTQ датчик залишають, і пацієнтку просять затримати дихання під час вимірювання SWV.

Область обстеження (region of interest) VTQ було визначено в прямокутнику з фіксованими розмірами 0,5 × 0,6 см. Три області були локалізовані в 3 ділянках обраних площин, щоб оцінити середню щільність всього утворення. Кожне поле зору повністю знаходилося всередині утворення і не містило жодних великих вогнищ кальцифікації (Рис. 1).

Рис. 1. Область дослідження (Region of interest) повністю знаходиться в межах утворення і не включає вогнищ кальцифікації.

Відповідне поле зору було обрано в нормальній тканині молочної залози на тій же глибині, але не менше 0,5 см від утворення. Для кожного поля зору SWV оцінювалося принаймні 3 рази, щоб отримати 3 допустимих значення. При цьому тільки послідовні стабільні значення були використані в аналізі. Отже, 9 значень SWV було отримано з кожного утворення і 3 – з нормальної тканини молочної залози. Всі значення SWV для кожного утворення та відповідного поля зору нормальної тканини молочної залози були усереднені  із визначенням середньої SWV.

Статистичний аналіз

Дані виражали у вигляді середнього ± стандартне відхилення. Коефіцієнт кореляції розраховувався шляхом двовимірного кореляційного аналізу. Розмір утворення, її SWV і SWV відповідного поля зору нормальної тканини молочної залози були порівняні між доброякісними і злоякісними групами за допомогою U-тесту Манна-Уїтні. SWV утворень і відповідного поля зору нормальної тканини молочної залози були порівняні за допомогою парного аналізу t-тесту. Крива робочої характеристики приймача була розрахована для оцінки клінічної користі SWV. Всі аналізи були виконані за допомогою SPSS версії 11.0 Програмне забезпечення для Windows (SPSS Inc., Чикаго, Іллінойс). Двостороннє значення P <0,05 вважалося статистично значущим.

РЕЗУЛЬТАТИ

Всього 108 жінок з 143 солідними утвореннями в молочних залозах склали групу дослідження. Максимальні діаметри цих утворень були в діапазоні від 0,8 до 4,1 см (середнє ± SD = 1,84 ± 0,63 см). Після резекції було доведено, що всі утворення були щільними. Гістологічний аналіз показав наявність 102 доброякісних уражень молочної залози і 41 карциному молочної залози. Доброякісні ураження складалися з: фіброаденоми (n = 85), внутрішньопротокової папіломи (n = 5) і аденозу (n = 12). Злоякісні ураження включали: інвазивні протокові карциноми (n = 34), протокові карциноми in situ (n = 5), нейроендокринні карциноми (n = 1) і базальноклітинні карциноми (n = 1).

Відтворюваність результатів

Кореляція між VTQ-результатами вимірювань SWV, отриманих двома незалежними фахівцями показана на Рис. 2. Коефіцієнт кореляції склав 0,885, що свідчить про те, що вимірювання SWV добре відтворюються.

Рис. 2. Кореляція між VTQ-результатами вимірювань швидкості зсуву хвилі SWV, яка отримана двома незалежними фахівцями, перших 30 утворень (r = 0,885).

Доброякісні ураження

Максимальні діаметри доброякісних утворень варіювали від 0,8 до 3,5 см (в середньому 1,77 ± 0,56 см). Чисельні значення SWV були виміряні для всіх 102 утворень і відповідних тканин здорової молочної залози. Значення SWV цих доброякісних утворень коливалися від 1,27 до 4,88 м / с (середнє значення, 2,25 ± 0,59 м / с), в той час, як відповідні тканини здорової молочної залози – в діапазоні від 0,87 до 2,62 м / с (в середньому 1,54 ± 0,36 м / с). Різниця в значеннях SWV між доброякісними вогнищами і відповідною тканиною здорової молочної залози була значною (P <0,001).

Злоякісні новоутворення

Максимальні діаметри злоякісних утворень коливалися в діапазоні від 0,8 до 4,1 см (в середньому 2,01 ± 0,75 см). Для 15 карцином молочної залози (36,6%; 4 протокові карциноми in situ і 11 інвазивних протокових карцином), числові значення SWV були виміряні, в той час як для інших 26 (63,4%; 1 протокова карцинома, 1 нейроендокринна карцинома, 1 базальна карцинома і 23 інвазивні протокові карциноми), всі, або частина вимірювань SWV, показали нечислові результати, деякі з яких були виражені як X.XX. Як відомо, значення SWV встановлені системою, що являють собою значення щільності біологічної тканини для всіх вимірювань, повинні бути в діапазоні від 0 до 9,10 м / с. У нашому дослідженні, X.XX вимірювання твердих утворень були замінені на величину 9,10, і, таким чином, SWV злоякісних утворень були представлені в інтервалі значень від 1,17 до 9,10 м / с (в середньому, 5,96 ± 2,96 м / с).

Навпаки, всі SWV відповідних тканин здорової молочної залози мали числові значення, починаючи від 0,81 до 2,95 м / с (в середньому, 1,68 ± 0.54m / с). Зафіксована значна різниця у значеннях SWV між злоякісними утвореннями і відповідними тканинами здорової молочної залози (P <0,001).

Групи порівняння доброякісних і злоякісних утворень

Порівняння розмірів і значень SWV між групами доброякісних і злоякісних утворень наведено в таблиці 1. Значення SWV злоякісних утворень були значно вищими, ніж доброякісних (P <0,001; Рис. 3).

Таблиця 1. Порівняння розмірів і швидкості зсуву хвилі в групах доброякісних і злоякісних утворень

Дані представлені як середнє ± SD, розраховані на основі U тесту Манна-Уїтні. SWV вказує на швидкість зсуву поперечних хвиль.

Рис. 3. Значення швидкості поперечних хвиль (SWV) для доброякісного і злоякісного утворення. Стовпчики вказують значення від нижнього до верхнього квартилей (25 і 75-й процентилю); осьові лінії, медіана; вуса, мінімальне-максимальне значення і крапка – екстремум.

Діагностична ефективність

Коли утворення з усіма числовими значеннями SWV були визначені як доброякісні новоутворення і, з нечисловими значеннями SWV, повністю або частково, виражені в X.XX,, були позначені як злоякісні новоутворення, чутливість в диференціальній діагностиці злоякісних і доброякісних уражень була 63,4% ; специфічність – 100%; позитивна прогностична цінність – 100%; негативна прогностична цінність – 87,2% і точність – 89,5%.

Аналіз SWV кривої робочої характеристики приймача для диференціальної діагностики злоякісних і доброякісних щільних уражень молочної залози показав граничне значення 3,065 м / с. Коли утворення, значення SWV яких було менше, ніж 3,065 м / с, були позначені як доброякісні ураження, а ураження зі значенням SWV більше, ніж 3,065 м / с були позначені як злоякісні ураження, чутливість диференціальної діагностики досягла 75,6%, а специфічність, позитивна прогностична цінність, площа під кривою робочої характеристики приймача, негативна прогностична цінність і точність були 95,1%, 85,6%, 86,1%, 90,7% і 89,5%, відповідно (Рис.4 і 5).

Рис. 4. Крива робочої характеристики приймач швидкості поперечної хвилі (SWV), яка відображає відмінність злоякісних твердих ущільнень молочної залози. Чутливість, специфічність і площа під кривою були 75,6%, 95,1% і 85,6%, відповідно, при граничному значенні – 3,065 м / с.

Серед 5 доброякісних новоутворень, чиї значення SWV були вище граничного значення 3,065 м / с були знайдені: 2 фіброаденоми, 2 внутрішньопротокові папіломи і 1 аденоза. Для 10 злоякісних уражень із значенням SWV нижче граничного значення 3,065 м / с, було виявлено: 4 протокові карциноми in situ і 6 інвазивних протокових карцином.

Рис. 5. Розподіл значень швидкості зсуву хвилі (SWV) для доброякісних і злоякісних уражень. Пунктирна лінія являє собою граничне значення – 3,065 м / с.

Обговорення

В останні роки зріс інтерес до оцінки еластичних властивостей тканини за допомогою ультразвукового дослідження. Еластографія м’яких тканин заснована на деформації, яка генерується застосованою силою на необхідний орган. Ця техніка заснована на двох основних методах візуалізації. Перша – зображення еластичної деформації, яка також називається статичною еластографією, в тому числі в режимі реального часу тканинна еластографія (Hitachi Medical Systems, Токіо, Японія), eSie Touch (Siemens Medical Solutions) і еластографія, серед іншого. Реалізація цієї методики вимагає постійного притиснення тканин датчиком або зовнішнього механічного притиснення, внаслідок дихальних рухів і серцевої діяльності. Її основним недоліком є те, що сила стиснення не може бути визначена кількісно, і місце стиснення не може бути обмежене в конкретних ділянках відповідно з необхідністю дослідження, що призводить до руху мішені і спотворення результатів вимірювання. Другий тип – ультразвукова стрес-еластографія або динамічна еластографія, яка включає візуалізацію зсуву ультразвукової хвилі і ARFI візуалізацію, яка використовує короткочасний акустичний імпульс в зоні дослідження, не викликаючи переміщення всієї мішені. Крім того, акустична сила випромінювання може бути кількісно підрахована і сформульована у вигляді кількісної інформації. Ця техніка робить результати вимірювань менш залежними від навичок дослідника. Переваги цієї методики були описані в різних дослідженнях, а також у нашому.

Статична еластографія молочної залози має діагностичну ефективність, схожу зі звичайним ультразвуковим дослідженням для диференціальної діагностики доброякісних і злоякісних утворень молочної залози, але надійність цього методу може бути низькою через міжспостережливу варіабельність. У зв’язку з тим, що отримані показники в нашому дослідженні мають числові значення, така варіабельність навряд чи виникне.

У нашому дослідженні 63,4% (26 з 41) карцином молочної залози, всі або їх частина при вимірюванні SWV мали нечислові значення, виражені як X.XX. Існує дві основні причини для виникнення значень X.XX: по-перше, методика не відповідає стандарту біомеханічного тестування або поперечні хвилі не можуть генеруватися і поширюватися в органі-мішені; тобто сигнал не відповідає якості налаштування системи через значний рух мішені (наприклад, через дихання) під час дослідження, отримання результатів при цьому є ненадійними, або ж мета є простою рідиною, в якій не можуть генеруватися і поширюватися поперечні хвилі. По-друге, орган-мішень має таку високу щільність, що результати еластографії біологічних тканин виходять за межі 9,10 м / с, що встановлюється самою системою. У зв’язку з тим, що ми, використовували строгий підхід до нашого дослідження (наприклад, під час проведення дослідження, датчик чітко знаходився на місці, а пацієнти повинні були затримати подих, щоб отримати надійні вимірювання SWV) і піддавали всі тверді утворення гістологічному дослідженню, перша причина може бути надійно виключена. Значення X.XX реєструвалися, найбільш ймовірно, у зв’язку з наявністю патологічної тканини (наприклад, щільної фіброзної десмопластичної тканини). З цієї причини, заміна нами значення X.XX на значення 9,10 м / с може бути виправдане. Цей аргумент може бути підкріплений тим, що значення X.XX не з’являлося ні в одному доброякісному утворенні (при відсутності будь-якої вираженої кальцифікації), а були тільки зареєстровані в злоякісних ураженнях, зі специфічністю і прогностичної цінністю позитивного результату 100% (26 з 26). Такі результати показують, потенційне клінічне значення VTQ в диференціальній діагностиці злоякісних новоутворень.

Результати цього дослідження показали, що значення SWV доброякісних новоутворень були значно вищими, ніж у відповідної нормальної тканини молочної залози, але нижче, ніж при злоякісних ураженнях, що свідчить про те, що доброякісні ураження, як правило, щільніше, ніж нормальна тканина молочної залози, але м’якше, ніж злоякісні утворення, що співвідноситься зі всіма попередніми дослідженнями. Злоякісні ураження зазвичай були дуже щільними через щільну фіброзну  десмопластичну тканину. Наші результати продемонстрували клінічну можливість використання VTQ для кількісної оцінки відносної жорсткості тканини молочної залози. Крім того, ми показали, що значення SWV є дійсно корисним для диференціальної діагностики між доброякісними і злоякісними ураженнями молочної залози; в нашому дослідженні, значення SWV більше, ніж 3,065 м / с свідчить про злоякісну пухлину. Тим не менш, мали місце перехресні дані. П’ять доброякісних утворень були визнані злоякісними, так як їх значення SWV були вище граничного в 3,065 м / с. Гістологічне дослідження показало, що ці п’ять утворень містили в надмірній кількості фіброзну тканину, яка, можливо, сприяла високим значенням SWV. З іншого боку, 10 злоякісних утворень були неправильно діагностовані як доброякісні, оскільки їх значення SWV були нижче граничного 3,065 м / с. Гістологічне дослідження показало, що ці 10 утворень містили велику кількість епітеліальних клітин і в незначній кількості фіброзну тканину, що, можливо, призвело до більш низьких значень SWV. Варто також відзначити, що 80% (4 з 5) протокових карцином in situ мали значення SWV менш ніж 3,065 м / с, що вказує на те, що для виявлення цього конкретного типу злоякісних новоутворень VTQ техніка може є менш оптимальним методом.

Основними обмеженнями застосування VTQ в нашому дослідженні були: фіксований розмір квадрата галузі дослідження і його чутливість до артефактів руху. До того ж, наше дослідження було засноване на відносно невеликому числі і різноманітності злоякісних випадків. Для того, щоб додатково підтвердити переваги VTQ необхідний більший розмір вибірки.

На закінчення: VTQ може дати кількісну інформацію про жорсткість тканини твердих ущільнень (утворень) молочної залози і є легко відтворюваним способом. При граничному значенні SWV – 3,065 м / с, ми можемо досить точно визначити як доброякісні, так і злоякісні щільні утворення. Крім того, всі ураження зі значенням SWV – X.XX, розцінюються як злоякісні. Ми припускаємо, що повторне X.XX значення може слугувати індикатором злоякісності. Враховуючи ці обнадійливі результати, ми пропонуємо використовувати VTQ як ефективний діагностичний інструмент для диференціальної діагностики доброякісних і злоякісних солідних утворень молочної залози.