Прорывная техника изображений опухолей груди в 3-D с большой ясностью и уменьшенной радиацией

Как и очистка туманных линз пары очков, ученые теперь могут использовать технику, разработанную исследователями UCLA и их европейскими коллегами, для получения трехмерных изображений ткани груди, которые в два-три раза более резкие, чем те, которые сделаны с использованием текущих КТ-сканеров в больницах. Этот метод также использует более низкую дозу рентгеновского излучения, чем маммограмма.
Эти изображения более высокого качества могли бы выявлять опухоли молочной железы раньше и с гораздо большей точностью. У каждой из восьми женщин в Соединенных Штатах будет диагностирован рак молочной железы во время ее жизни.
Исследование опубликовано неделю 22 октября в раннем издании журнала «Труды Национальной академии наук».
Самый распространенный метод скрининга на рак молочной железы, используемый сегодня, называется двухмерным цифровым маммографическим методом, но он не всегда успешно идентифицирует опухоли, сказал Jianwei (John) Miao, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Калифорнии NanoSystems Institute UCLA.

Прорывная техника изображений опухолей груди в 3-D с большой ясностью и уменьшенной радиацией

«Хотя обычно используется, ограничение состоит в том, что он обеспечивает только два изображения ткани груди, что может объяснить, почему 10-20 процентов опухолей молочной железы не обнаруживаются на маммограммах», – сказал Мяо. «Трехмерное изображение груди может быть вызвано КТ, но это не часто используется клинически, так как для этого требуется большая доза излучения, чем маммограмма. Очень важно поддерживать дозу низкой, чтобы предотвратить повреждение этой чувствительной ткани во время скрининга ».
Признавая эти ограничения, ученые пошли в новом направлении. В сотрудничестве с Европейским фондом синхротронного излучения во Франции и университетом Людвига Максимилиана в Германии международные коллеги Мяо использовали специальный метод обнаружения, известный как фазово-контрастная томография, к рентгеновскому снимку человеческой груди под разными углами.
Затем они применяли одинаково наклонную томографию, или EST – прорывный вычислительный алгоритм, разработанный командой UCLA Miao, который обеспечивает высококачественную реконструкцию изображения – до 512 из этих изображений для получения трехмерных изображений груди с более высоким разрешением, чем когда-либо прежде. Процесс требовал меньше излучения, чем маммограмма.
В слепой оценке пять независимых радиологов из Университета Людвига Максимилиана оценили эти изображения как имеющие более высокую четкость, контрастность и общее качество изображения, чем трехмерные изображения ткани груди, созданные с использованием других стандартных методов.
«Даже небольшие детали опухоли молочной железы можно увидеть с помощью этой техники», – сказал Максимилиан Райзер, директор отделения радиологии Университета Людвига Максимилиана, который внес свой медицинский опыт в исследование.
Технология, широко используемая сегодня для маммограмм или визуализации костей пациента, измеряет разницу в интенсивности рентгеновского излучения до и после его прохождения через тело. Но фазовая контрастная рентгеновская томография, используемая в этом исследовании, измеряет разницу в том, как рентгеновский луч осциллирует через нормальную ткань, а не через слегка более плотную ткань, такую ​​как опухоль или кость. В то время как очень маленькая опухоль груди может не поглощать много рентгеновских лучей, способ изменения осцилляции рентгеновского излучения может быть довольно большим, сказал Мяо. Фазовая контрастная томография отражает эту разницу в колебаниях, и каждое изображение, сделанное с использованием этого метода, способствует общему трехмерному изображению.
Вычислительный алгоритм EST, разработанный командой UCLA Miao, является основным драйвером этого продвижения. Трехмерные реконструкции, как и те, которые были созданы в этом исследовании, создаются с использованием сложного программного обеспечения и мощного компьютера для объединения многих изображений в одно трехмерное изображение, так же как различные фрагменты апельсина можно объединить, чтобы сформировать целое. Переосмыслив математические уравнения используемого сегодня программного обеспечения, группа Miao разработала более мощный алгоритм, который требует меньше «срезов», чтобы получить более четкое общее трехмерное изображение.
«Технология, используемая для скрининга на маммограмме, существует уже более 100 лет», – говорит Паола Коан, профессор рентгеновской визуализации в Университете Людвига Максимилиана. «Мы хотим видеть разницу между здоровой тканью и раком с помощью рентгеновских лучей, и эту разницу можно очень трудно увидеть, особенно в груди, используя стандартные методы. Идея, которую мы использовали здесь, заключалась в том, чтобы объединить фазовую контрастную томографию с EST, и эта комбинация дала нам гораздо более качественные трехмерные изображения, чем когда-либо прежде ».
Хотя эта новая технология похожа на ключ в замке, дверь будет открываться только открывающейся – с трехмерного изображения высокого разрешения с синхротронного объекта в клинику – с дальнейшими технологическими достижениями, сказал Альберто Бравин, управляющий физикой биомедицинских исследований лаборатория на Европейском синхротронном радиационном объекте. Он добавил, что технология все еще находится в стадии исследования и не будет доступна пациентам в течение некоторого времени.
«Высококачественный источник рентгеновского излучения является абсолютным требованием для этой техники», – сказал Бравин. «Хотя мы можем продемонстрировать мощь нашей технологии, источник рентгеновского излучения должен исходить из небольшого достаточно устройства, чтобы он стал широко использоваться для скрининга рака молочной железы. Многие исследовательские группы активно работают над созданием этого меньшего источника рентгеновского излучения. Как только это препятствие будет устранено, наши исследования готовы оказать большое влияние на общество ».”