Как узнать, злокачественная ли опухоль груди? Это не тот вопрос, на который можно ответить в одиночку с помощью ультразвука и рентгеновских лучей или даже магнитно-резонансного сканирования.
Врачам часто приходится извлекать образцы тканей из пораженного участка тонкой иглой для подробного исследования. Такой вид биопсии часто проводится с помощью ультразвука, когда врачи наблюдают за экраном для направления иглы.
К сожалению, около 30 процентов всех опухолей невидимы для ультразвукового исследования. В некоторых случаях для правильного введения иглы используется магнитно-резонансная томография (МРТ).
Этот процесс включает в себя два этапа: собственно визуализацию, которая происходит внутри сканера МРТ, и введение иглы для биопсии, для чего пациента необходимо вынуть из аппарата, чтобы точно ввести иглу. Этот процесс часто повторяется несколько раз перед окончательным отбором пробы.
Это утомляет пациентов, а также является дорогостоящим, поскольку процедура занимает у МРТ сканер значительный период времени.
В совместном проекте MARIUS (Магнитно-резонансная томография с использованием ультразвука – системы и процессы для мультимодальной МР-визуализации) эксперты из Института биомедицинской инженерии Фраунгофера IBMT в Санкт-Петербурге.
Ингберт и Институт медицинской обработки изображений им. Фраунгофера MEVIS в Бремене работают вместе над созданием более быстрой и щадящей альтернативы.
Разумное сочетание методов визуализации
Новый метод потребует всего одного сканирования всей грудной клетки пациента в начале процедуры, а это означает, что пациенту нужно войти в сканер только один раз.
Последующая биопсия проводится под контролем УЗИ; система преобразует исходное МРТ-сканирование и точно отображает его на экране. Врачи будут иметь как живое ультразвуковое сканирование, так и соответствующее МРТ-изображение, чтобы направлять иглу биопсии и точно отображать, где находится опухоль.
Самая большая проблема заключается в том, что МРТ выполняется, когда пациентка лежит на животе, а во время биопсии она лежит на спине. Это изменение положения меняет форму груди пациента и значительно смещает положение опухоли. Чтобы точно отслеживать эти изменения, исследователи применили хитрый трюк: пока пациент находится в камере МРТ во время сканирования, ультразвуковые датчики, похожие на электроды ЭКГ, прикрепляются к коже пациента, чтобы обеспечить последовательность ультразвуковых изображений. Это дает два сопоставимых набора данных с помощью двух разных методов визуализации.
Когда пациенту делают биопсию в другом кабинете, ультразвуковые датчики остаются прикрепленными и непрерывно записывают объемные данные и отслеживают изменения формы груди. Специальные алгоритмы анализируют эти изменения и соответствующим образом обновляют МРТ. МРТ изображение изменяется аналогично ультразвуковому сканированию.
Когда игла для биопсии вводится в ткань груди, врач может видеть согласованное МРТ-сканирование вместе с ультразвуковым изображением на экране, что значительно повышает точность наведения иглы по направлению к опухоли.
Ультразвуковое оборудование, подходящее для использования в сканере МРТ
Чтобы реализовать это видение, исследователи Fraunhofer разрабатывают ряд новых компонентов. «В настоящее время мы работаем над ультразвуковым устройством, которое можно использовать в сканере МРТ», – говорит менеджер проекта IBMT Штеффен Третбар. «Эти сканеры генерируют сильные магнитные поля, и ультразвуковое устройство должно работать надежно, не влияя на результаты МРТ.«Ультразвуковые датчики, которые можно прикрепить к телу для получения трехмерных ультразвуковых изображений, также разрабатываются командой в рамках проекта.
Программное обеспечение, разработанное для этой техники, также совершенно новое. «Мы разрабатываем способ отслеживания движений в режиме реального времени с помощью ультразвукового отслеживания», – объясняет руководитель проекта MEVIS Маттиас Гюнтер. «Это распознает растянутые структуры на ультразвуковых изображениях и отслеживает их движение.
Нам также необходимо сопоставить широкий спектр данных датчиков в режиме реального времени.«Некоторые датчики собирают данные о положении и ориентации прикрепленных ультразвуковых датчиков, в то время как другие отслеживают положение пациента.
Команда представит всю концепцию и первоначальный демонстратор технологии в ноябре на выставке MEDICA 2013 в Дюссельдорфе на объединенном стенде Fraunhofer (зал 10, стенд F05). Следующая версия должна быть завершена в следующем году. В то время как команда IBMT разрабатывает оборудование и новые ультразвуковые методы, рабочая группа MEVIS концентрируется на программном обеспечении.
Основная цель MARIUS – разработать ультразвуковое отслеживание для облегчения биопсии груди. Тем не менее, разработанные компоненты могут быть использованы и в других приложениях. Например, система MARIUS и ее программное обеспечение для отслеживания движений могут позволить использовать методы медленной визуализации, такие как МРТ или позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), для точного отслеживания движений органов, которые смещаются, даже когда пациент лежит неподвижно. Помимо печени и почек, которые меняют форму и положение во время дыхания, сюда входит сердце, сокращения которого также вызывают движение.
Благодаря методике, применяемой для восстановления изображения, сердце будет выглядеть хорошо определенным на МРТ вместо размытого. Совместно разработанная технология также может применяться для лечения с использованием рентгеновских лучей или частиц.
Для опухолей, расположенных в движущемся органе или на нем, новая технология может направлять лучи так, чтобы они следовали за движением.Эти лучи могут поразить опухоль с большей точностью, чем это возможно в настоящее время, и уменьшить повреждение здоровых окружающих тканей.