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OCT和OCM基于光學(xué)對比度識別乳腺良性病變和惡性病變的多尺度變化
乳腺癌是世界女性患者死亡的主要原因。如果可以早期發(fā)現(xiàn)，目前的治療策略能夠治愈70 - 80%的患者。影像引導(dǎo)下的核心活檢和手術(shù)切除活檢常用于乳腺病變的診斷檢查。與開放式手術(shù)活檢相比，核心活檢的侵入性較小，因此被認(rèn)為是診斷乳腺癌的金標(biāo)準(zhǔn)。然而，核心活檢的缺點是由于組織采樣的限制而導(dǎo)致假陰性結(jié)果。觸診引導(dǎo)和立體定向引導(dǎo)下的核心活檢的假陰性率分別為0%-13%和0.2%-8.9%。超聲引導(dǎo)下的核心活檢已被證明可將假陰性率降低至0%-3.6%。成像技術(shù)提供更準(zhǔn)確的實時采樣能力是提高核心活檢診斷性能的理想選擇。
三維(3D)組織成像方法有望改善癌癥的外科治療。在這項工作中，研究了光學(xué)相干斷層掃描(OCT)和光學(xué)相干顯微鏡(OCM)兩種三維成像技術(shù)的可行性，基于內(nèi)在光學(xué)對比度來觀察人類乳房標(biāo)本。具體而言，使用實驗室開發(fā)的集成OCT和OCM系統(tǒng)對44例離體乳腺標(biāo)本進(jìn)行了成像，其中包括34例良性病變和10例惡性病變。該系統(tǒng)支持4毫米軸向分辨率(OCT和OCM)， 14毫米(OCT)和2毫米(OCM)橫向分辨率。將OCT和OCM圖像與相應(yīng)的組織學(xué)切片進(jìn)行比較，以在多分辨率尺度上識別乳腺良惡性病變的特征。OCT和OCM提供組織微觀結(jié)構(gòu)的互補信息，從而顯示脂肪組織、纖維間質(zhì)、乳腺小葉和導(dǎo)管、囊腫和微囊腫、原位癌和浸潤性癌的模式。OCT和OCM的3D成像能力為單獨的2D圖像提供了補充信息，從而允許從不同層次跟蹤特征，以識別難以單獨從單個圖像中欣賞的低對比度結(jié)構(gòu)。我們的研究結(jié)果為未來使用OCT和OCM對乳腺組織進(jìn)行體內(nèi)光學(xué)評估奠定了基礎(chǔ)，這有可能指導(dǎo)核心針活檢、評估手術(shù)邊緣和評估乳腺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。
使用OCT和OCM分別掃描正常乳腺組織，發(fā)現(xiàn)能夠識別脂肪組織，乳腺小葉以及血管等結(jié)構(gòu)。脂肪組織在OCT和OCM圖像上很明顯，呈圓形低散射單形圓形結(jié)構(gòu)。大血管和/或小葉間管也很容易被識別為具有高散射壁的長低散射管。大多數(shù)正常乳腺組織由纖維間質(zhì)組成，膠原蛋白含量高，具有雙折射性。因此，松散的纖維間質(zhì)在OCT/OCM圖像中表現(xiàn)為高對比度的成角黑白短線性網(wǎng)狀。與纖維間質(zhì)相比，上皮細(xì)胞核具有較低的后向散射。因此，正常乳腺末端導(dǎo)管小葉單位(TDLU)在OCT圖像中表現(xiàn)為相對均勻的蒼白區(qū)域。
通過對22例患者的44例乳腺樣本進(jìn)行實驗，對34例乳腺良性標(biāo)本進(jìn)行了影像學(xué)檢查。良性診斷包括纖維腺瘤(n=4)、良性纖維囊性病變(n=13)、脂肪壞死(n=3)、導(dǎo)管增生(n=4)和正常乳腺實質(zhì)(n=14)。結(jié)果顯示了乳腺良性病變的幾個代表性特征，低倍鏡下OCT圖像顯示邊界清晰的結(jié)節(jié);界面由光滑的邊界組成，分離出高散射致密的纖維組織；脂肪壞死的特征性特征在OCT圖像中可以清晰地識別不同大小的壞死(低散射)脂肪細(xì)胞。此外，OCT和OCM圖像也可以識別囊腫和微囊腫。
通過對10例惡性乳腺癌樣本進(jìn)行OCT和OCM掃描，包括浸潤性導(dǎo)管癌(n=5)、浸潤性小葉癌(n=4)、粘液癌(n=1)、導(dǎo)管原位癌(DCIS, n=5)，小葉原位癌(LCIS; n=2)。典型黏液性癌是一種罕見的浸潤性癌，約占所有2%至3%。解剖黏液的“浮動"特征腫瘤細(xì)胞清晰地反映在OCT圖像上。圖4B為浸潤性導(dǎo)管癌，可見(淡色)腫瘤細(xì)胞浸潤周圍脂肪組織。圖4C顯示高級別浸潤性導(dǎo)管癌，清晰可見邊界不規(guī)則的(淡色)侵入細(xì)胞浸潤周圍的超散射(深色)纖維間質(zhì)。在另一例高級別浸潤性導(dǎo)管癌(圖4D)，浸潤性腫瘤，在OCT成像中邊界清晰可見。
通過OCT和OCM掃描可區(qū)分原位導(dǎo)管癌，原位小葉癌和浸潤性癌。圖5A顯示OCT圖像中浸潤性導(dǎo)管癌合并DCIS(箭頭)。在高散射間質(zhì)組織背景下，基底膜清晰地看出DCIS的區(qū)域。此外，圖5B的OCM圖像也顯示小簇浸潤性癌。在圖5C和D中，OCT和OCM成像可以觀察到浸潤性小葉癌的線狀浸潤特征。雖然在OCT和OCM圖像中不能直接看到單個浸潤性癌細(xì)胞，但在OCT和OCM圖像中，特征性細(xì)胞浸潤周圍的基質(zhì)變化以單個直超散射線(箭頭)的形式突出顯示，反映了浸潤性小葉癌的組織學(xué)特征。OCM圖像也觀察到微血管(V)為雙線(圖5D)，它與組織學(xué)切片上看到的血管相關(guān)。
本研究是一項初步調(diào)查，有限的樣本數(shù)量使我們無法對使用OCT和/或OCM診斷乳腺癌的敏感性和特異性進(jìn)行準(zhǔn)確的統(tǒng)計分析。為了評估與這些新成像技術(shù)相關(guān)的檢測準(zhǔn)確性，有必要進(jìn)行更大樣本隊列和盲法評估的前瞻性研究。
綜上，研究者發(fā)現(xiàn)OCT和OCM能夠基于光學(xué)對比度識別乳腺良惡性病變的特征性影像學(xué)特征。OCT和OCM在多分辨率尺度上提供了組織微觀結(jié)構(gòu)的互補信息，顯示了脂肪組織、纖維間質(zhì)、正常乳腺小葉和導(dǎo)管、囊腫、原位癌和浸潤性癌的模式。3D成像功能允許從不同層次跟蹤特征，以識別難以從單個圖像中觀察到的3D結(jié)構(gòu)和低對比度結(jié)