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首页医源资料库在线期刊中华现代外科学杂志2009年第6卷第1期

双模式光散射乳腺成像系统的临床应用

来源:《中华现代外科学杂志》
摘要:【摘要】目的探讨双模式光散射乳腺成像系统(OPTIMUS系统)在乳腺疾病检查中的临床应用价值。方法应用OPTIMUS系统,在高频超声探头引导定位下利用光学系统(即光子漫散射技术采用785nm、830nm双波段激光)对肿物内部生理信息进行功能成像,将光学参数连同部分超声信息参数综合起来得出量化结果。结论OPTIM......

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【摘要】  目的 探讨双模式光散射乳腺成像系统(OPTIMUS系统)在乳腺疾病检查中的临床应用价值。方法 应用OPTIMUS系统,在高频超声探头引导定位下利用光学系统(即光子漫散射技术采用785 nm、830 nm双波段激光)对肿物内部生理信息进行功能成像,将光学参数连同部分超声信息参数综合起来得出量化结果。结果 69例患者中,3例被评为4A级以上,其中病理结果恶性2例,良性1例;66例被评为3级或3级以下,即为良性,均与病理相符。结论 OPTIMUS系统就乳腺疾患,尤其是乳腺癌的早期诊断,为临床提供了更多的参考信息,减少了不必要的活检,在提高患者的生存质量方面显示出重大价值,具有广阔的应用前景。

【关键词】  乳腺癌;光散射技术;双模式成像

Clinical application of dual modality ultrasound/optical diffusion image system in mammary gland disease

    YE Yong-min,GUO Li-sha,LIU Shu-na.Nanjing Military Region Air Force Sanatorium Medical Examination Center,Hangzhou 310013,China

    [Abstract]  Objective  To discuss the real clinical value of the dual modality ultrasound/optical diffusion image system (OPTIMUS system) on examining the diseases of breast cancer.Methods  Through the application of the OPTIMUS,we imaged from the parameter of the mass inside by using the optical system (785 nm and 839 nm duble wave photons) located by the high frequency ultrasound probe,and then got the results from the optical paramenter together with some parts of the ultrasound information parameter.Results  In the 69 cases,3 of them were over grade 4A,2 malignant and 1 benign on the diagnosis conclusion;66 of them were grade 3 or under it,they meaned benign according with diagnosis conclusion.Conclusion  OPTIMUS system can supply more clinical information for our reference on the diagnosis of breast diseases,especially on the earlier diagnosis of breast cancer.It shows very important value on increasing the patients’ s urvival quality and avoiding unnecessary biopsy as possible and has good position on the application.

    [Key words]  breast cancer;optical diffusion technology;dual modality image

    据世界卫生组织统计,去年全球确诊乳腺癌的人数超过了120万,乳腺癌已成为严重威胁人类生命健康的恶性肿瘤之一。在中国,乳腺癌发病率呈逐年增高趋势,其发病率已跃居为我国女性恶性肿瘤的第2位,且趋于年轻化。乳腺疾病具有发病率高、危害大、疗程长、患者费用承受能力强四大特点。早发现、早诊断、早治疗是成功治疗乳腺疾病的关键所在,本文就双模式光散射乳腺成像系统(OPTIMUS系统)在乳腺疾病检查中的临床应用价值进行了深入探讨。

    1  对象与方法

    1.1  研究对象  2007年10月10日~11月10日期间,在杭州空军疗养院体检中心特诊科进行了997例乳腺检查,被检者来自浙江省各地区,年龄21~79岁。

    1.2  仪器和方法

    1.2.1  仪器  我院引用新奥博为技术有限公司的OPTIMUS—Ⅱ型系统。OPTMUS系统为一项双模式融合技术,从功能上可以划分为两个子系统:光散射成像子系统和超声成像子系统。在超声子系统的扫描定位下,用光散射子系统进行光学信息采集成像,对乳腺组织和肿瘤的变化具有高特异性及敏感性,在不同性质的乳腺肿瘤中,血氧及血流量值有着明显的微量改变是根据“癌组织内部高含血流量、低氧含量”的特征,以及“氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白在近红外光区域内的不同程度吸收特性”为理论基础设计而成。系统将超声子系统取得的超声截面参数信息和光散射子系统采集到的病灶生理信息参数用严密的数学算法进行交互融合,最终为临床提供出量化结果。用于辅助检测乳腺肿块的良、恶性改变,对患者无损伤。也可以用于普查、筛查与治疗监测。

    1.2.2  检测步骤  (1)患者仰卧位,双手抱头,充分暴露双侧乳腺,将可疑肿块组织显示在超声图像的中心位置;(2)保证超声图像清晰,光学探头不漏光;(3)采集患侧光学数据;(4)采集健侧乳房光学数据(即患侧乳房病灶的镜像位置采集数据);(5)进行光学重建;(6)打印检测报告。

   2  结果

    接受OPTIMUS系统检查者共计997例,基本均为每年参加常规体检的对象。检出病变132例(不同程度增生未列入该范围),其中69例已经手术证实。乳腺囊肿15例,纤维瘤27例,导管扩张4例,良性结节17例,脂肪瘤4例,浸润性导管癌1例,黏液癌1例。69例患者中,3例被评分4A级以上,其中病理结果恶性2例,良性1例;66例被评分3级或3级以下,即为良性,均与病理相符。

    光散射的探测通过反映组织内部对光的吸收率,计算血红蛋白的成分,推测出肿瘤组织中的血氧成分,从而为乳腺肿瘤内部组织成分的判断奠定了基础。恶性肿瘤一般均依赖于肿瘤内新生血管的生长,血管总面积增大,血流速度变慢,癌细胞代谢旺盛,耗氧量大,造成了乳腺恶性肿瘤内部呈现“血含量高、氧含量低”的特殊现象。

    69例患者的病灶生理参数信息指数见图1。超声光射检测参数见图2。

    SO2值:>1.2→正常;0.95~1.2→中等;0.7~0.95→偏低;0~0.7→异常

    图1  光学系统参数(病灶生理参数信息指数)

    SDI值是将超声系统参数与光学系统参数进行信息交互,经过严密的数学算法得出,并将SDI值归入北美放射协会制定的BI-RADS分级,系统自动给出量化结果,为临床医生提供了更多的临床诊断信息。

    图2中可以看出系统的HBT值病灶内部组织的血红蛋白总量由三角标注,其值均大于140,属于疑似异常或异常的范围,因为融入了超声子系统的超声参数,这些参数并不支持病灶疑似异常或异常,所以系统最终归入BI-RADS分级的SDI值,提示病灶的疑似异常程度会降低。

    病例分析:第11号病例为假阳性,OPTMUS系统诊断为4B级,HBT值为139,提示该病灶的含血量并不高,SO2值0.96,含氧量属于中等标准,光学信息并没有达到疑似异常的标准。但因为超声截面信息Orien为23≥20,肿瘤呈纵向生长,Form1为0.6≥0.4,形态极不规则;pEcho为1.3<1.5,后方回声衰减,给了较高的异常指标,由于超声信息提示异常值较高,故系统在进行光学信息与超声信息交互时,超声信息的良性提示权重较大,在信息融合后SDI值达180,提示中度疑似异常。病理证实为纤维瘤,瘤体形态不规则,肿瘤中心伴有少量液化坏死,追问病史,患者发现肿瘤17个月,近2个月发现明显变大,伴隐隐撕痛来诊。

    3  讨论

    3.1  各种乳腺检查手段的对比  目前乳腺检查的主要手段有触诊、红外线、X线钼靶、超声、CT、MRI、PET。体格检查中的触诊,具有直观的优点,但是临床经验为重要因素,检查结果因检查者不同而有差异。X线钼靶检查对人体产生电离辐射,尽管X线钼靶对乳腺癌的早期诊断意义很大,但其中的电离辐射损伤不适于乳房小的年轻人。在我国年龄在35岁以下的女性不被提倡将乳腺X线钼靶作为常规检查,同时X线钼靶平片的诊断也依赖于阅片者的主观情况。超声检查对腺体多、深面的年轻女性效果良好且无损伤,可重复性强,但也存在着其操作结果因人而异的弊端。CT检查利用X线作为能量,具有电离辐射,且对年轻女性、致密型乳腺显示效果差。MRI检查时间长、需要注意增强对比剂、操作繁琐,检查费用较高、不适合普查体检。PET/CT属于双模式检查,性能高,但检查费用较高。尽管有如此多的检查方法,但能够真正、有效的用于临床普查的设备很难选择,“任何单项成像技术都不可能准确检测所有的乳腺异常”,“最佳的检测可能在于使用几种不同的技术”[1]。新奥博公司的OPTIMUS系统为一项双模式融合技术,该仪器系根据“癌组织内部高含血流量、低氧含量”的特征,以及“氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白在近红外光区域内的不同吸收特性”为理论基础设计而成。用于检测乳腺肿块的良、恶性改变,对患者无损伤[2]。先通过医用彩色超声诊断仪实时动态的特性来确定病灶的位置,定位后再利用低功率激光系统对病灶光学成像,然后根据图像特征进行数据重组最终得出诊断数值。OPTIMUS系统提取了传统超声的结构性成像信息和光散射系统的功能性成像信息,并对两种完全不同的信息进行了完美的结合。实现了“光子学”与“生物学”的交叉。

    3.2  乳腺良、恶性肿块的超声特征[3]  (1)边缘和轮廓:良性肿块边缘整齐、光滑、多有侧方声影,而恶性肿块边界不整、粗糙、侧方声影罕见。(2)包膜:良性肿块有包膜,而恶性肿瘤通常无包膜。(3)病灶回声:乳腺内肿块和恶性的病灶回声的高或低,乃是与邻近组织的声波回声性比较而得,所以肿瘤的声波性须与脂肪的声波回声比较,而不是与纤维腺体组织作比较[4]。(4)后方回声:良性肿块后方回声增强或无改变,恶性肿块后方回声多有衰减。(5)皮肤及组织浸润:恶性肿瘤组织常见向皮肤呈典型的蟹足样浸润。(6)肿块的纵/横径比值(H/W值):恶性肿瘤的纵径往往大于横径。日本学者Nishimura等[5]开始对乳腺肿瘤的纵横比值(H/W)进行研究,报道良恶性肿瘤的H/W值分别为0.67±0.25和0.94±0.24,以H/W>0.8作为恶性肿瘤的特征鉴别良恶性,敏感性和特异性都在70%以上。(7)微小钙化:据报道[6],病理学观察66%~85%的乳腺癌可见到钙化灶。肿块伴钙化者患乳腺癌的相对危险性是没有钙化的4.5倍。钙化分良、恶性两种,恶性钙化常呈针尖状、泥沙状、易呈簇状分布,良性钙化灶常较粗大,为圆形斑块状或弧形。

    从以上超声图像信息提取出:形状因子、纵横比、后方回声比等参数。

    3.3  OPTIMUS系统在超声定位下利用光学系统采集信息  近年来的研究证实,多种恶性肿瘤的生长和转移,均依赖于肿瘤内血管的生长。乳腺恶性肿瘤的血管呈网球状改变[7],血管总截面大,血流速度慢,瘤细胞代谢旺盛,耗氧量大,造成了乳腺恶性肿瘤内部呈现“血含量高、氧含量低”的特殊现象[8]。OPTIMUS系统在超声定位下利用光学系统采集病变的HBT、SO2等生理参数再综合提取的超声子系统信息出具初步结果。即先用复合探头中的超声探头进行扫描,发现病灶后在超声定位下用复合探头中的光学探头对病灶部位进行光学数据采集。

    3.3.1  超声系统参数(超声界面信息指数)  肿瘤方向:显示数字为Orien,Orien≥20→非水平。Orien<20→水平。肿瘤形状:显示数字为Form1,是评判肿瘤形状的主参数,Form1≥0.4→不规则,Form1<0.4,Form2≥5→欠规则。Form1<0.4 & Form 2<5→规则,后方回声:显示数字为pEcho,pEcho≥3.8→后方回声增强,pEcho≥1.5 & pEcho<3.8→后方回声无变化,pEcho<1.5→后方回声衰减。

    3.3.2  光学系统参数(病灶生理参数信息指数)  HBT(血红蛋白)值:0~140正常;140~200中等;200~235偏高;>235异常。SO2(氧饱和度)值:>1.2正常;0.95~1.2中等;0.7~0.95偏低;0~0.7异常。在不同性质的乳腺肿瘤中,血氧及血流量值有着明显的微量改变是根据“癌组织内部高含血流量、低氧含量”的特征,在检测乳腺恶性肿瘤明显“高血”现象与“低氧”现象,光学信息会提示疑似恶性。

    3.3.3  双模式指数  系统将双模指数归入北美放射学会的乳腺影像报告及数据系统(breast imaging reportiong and data system,BI-RADS)分型标准,给出量化结果。

    双模态指数即用SDI表示,是将光学系统测得的病变内部生理参数信息再折合病灶超声截面参数信息后的一个双模态综合指数。

    双模式数SDI值是系统将超声子系统取得的超声截面参数信息和近红外激光子系统采集到的病灶生理参数信息用严密的数学算法进行交互融合得出。

    SDI值说明:0~140→正常;140~235疑似异常;>235异常。SDI值归入BI-RADS分级中的具体标准:SDI<100为2级以下;100

    3.4  评价标准  光学分级参照北美放射学会的BI-RADS分型标准[4]具体解释如下:0级:不完整的评估,需其他影响检查评估。1级:阴性,依病人年龄作常规追踪。2级:良性,依病人年龄作常规追踪。3级:可能为良性,须在短期间内追踪,通常建议隔6个月追踪。4级:疑似异常,须取得组织标本检查。4A级:低度疑似异常:建议针吸检查或活检。4B级:中度疑似异常,建议活检。4C级:高度疑似异常,建议活检。5级:高度怀疑异常,需取得组织标本检查并采取适当的措施,但不除外特殊类型肿物。

    3.5  OPTIMUS系统在乳腺疾病检查中的临床价值  如果能够早期发现乳腺的异常,早期对身体异常的情况进行诊断,早期治疗,病人在一期的5年生存可以达到90%,而在晚期发现疾病,再做治疗,其生存率不足10%。光学系统是通过无损的低功率激光扫描来测定组织对光谱的吸收(采用的是785 nm、830 nm双波段激光光谱),通过建立光学吸收系数与生理参数之间的关系模型,实现了对组织内部生理参数的定量测量。OPTIMUS系统特点:双模式成像,既具有超声的形态学成像又有光学系统的功能成像;无创、无电离辐射,对病人和医生都是安全的;比较舒适,患者不用受挤压痛苦、X线的辐射等;方便、快捷,系统操作类似超声,简单、快捷,常规检测5~10 min/人,对周围环境要求也比较低,不用暗室操作;量化结果,系统可以智能融合分析,提供定性信息,能够提供早期新血管形成信息,将组织的血红蛋白、血氧饱和度等功能信息和超声信息相融合得出双模式指数SDI值,归入BI-RADS分级给出诊断报告,为进一步的乳腺病诊断提供新的生理学信息,待临床诊断使用病例积累达到临床统计意义,可以降低活检良性率。OPTIMUS系统将超声与光学系统完美的结合在临床应用中,表明OPTIMUS系统比超声单独使用提高了医生诊断的准确性,特别是中低水平医生的准确性。进一步提高了临床诊断的符合率。同样OPTIMUS系统也会像其他所有成像系统(MRI、PET、CT、数字钼靶)一样在今后继续进行改进和增加新的功能,具有广阔的应用前景。

【参考文献】
  1 美国医疗学会在“钼靶及其未来”(Mammography and Beyon)报告,2001-3-8.

2 Petit JY,Garusi C,Greuse M,et al.One Hundred and eleven cases of the European Institute of Oncology (Milan).Tumor,2002,88(1):41-47.

3 张缙熙,姜玉新.浅表器官及组织超声诊断学.北京:科学技术文献出版社,2001,182.

4 赵子杰.实用乳腺超声波:技术判读、鉴别诊断.北京:人民军医出版社,2006,457.

5 Nishimura S,Matsusue S,Koizumi S,et al.Size of breast cancer on ultrasonography,cut-surface of resected specimen and palpation.Ultra Med Bio,1988,14(sup11):139.

6 徐开.乳腺疾病影像诊断与治疗学.上海:上海科技教育出版社,1996,8994.

7 金宗浩.乳腺增生与乳腺.上海:上海科学技术文献出版社,2002,169-208.

8 金宗浩.当代乳腺癌的诊断和治疗.上海:上海科学技术文献出版社,2000,149-160.


作者单位:浙江杭州,南京军区杭州空军疗养院体检中心特诊科 河北廊坊,新奥博为技术有限公司

作者: 2009-8-24
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