Объединение магнитного резонанса с ультразвуком для более быстрой и менее инвазивной биопсии рака молочной железы

Стартовал новый медицинский исследовательский проект по разработке более рентабельной техники биопсии, которая является одновременно более бережной и мягкой к пациентам.

Взятие образцов тканей у больных раком молочной железы – в большинстве случаев неприятный процесс. Существуют также значительные расходы, связанные с процедурой, когда используется магнитно-резонансная томография (МРТ). Исследователи представят новые альтернативные технологии и методы, объединяющие МРТ и ультразвуковую визуализацию на выставке MEDICA 2013, которая состоится с 20 по 23 ноября 2013 года в Дюссельдорфе (Германия).

МРТ-совместимая ультразвуковая исследовательская платформа для мультимодальной визуализации и сочетание преимуществ магнитно-резонансной и ультразвуковой визуализации для ультразвукового отслеживания перемещения внутренних органов во время МРТ (фото любезно предоставлено Институтом им. Фраунгофера IBMT Фраунгофера).

Определение, является ли опухоль молочной железы злокачественной – это не вопрос, на который могут ответить ультразвуковое и рентгеновское исследования в дополнение к МРТ. Порой врачи должны удалить образцы ткани из зараженного района при помощи тонкой иглы для детального изучения. Этот тип биопсии регулярно осуществляется с помощью ультразвука, при этом медики используют экран для наведения иглы. К сожалению, около 30% всех опухолей являются невидимыми для ультразвукового исследования. В некоторых случаях для обеспечения точного введения иглы используется МРТ. Эта процедура состоит из двух шагов: сама визуализация, которая происходит внутри томографа, и введение иглы для биопсии, при котором пациент должен быть извлечен из устройства для прецизионной вставки иглы. Процесс часто повторяется несколько раз, прежде чем образец, наконец, удается получить. Это утомляет пациентов и крайне дорого, потому что процедура занимает томограф в течение значительного периода.

В совместном проекте MARIUS (Magnetic Resonance Imaging Using Ultrasound – магнитно-резонансная томография с помощью ультразвука – системы и процессы для мультимодальных МРТ), специалисты из Института биомедицинской инженерии им. Фраунгофера IBMT (Санкт-Ингберт, Германия) и Института обработки медицинских изображений им. Фраунгофера MEVIS (Бремен, Германия) работают вместе в поисках более быстрой и мягкой альтернативы.

Новый метод требует только одного МРТ-сканирования всей грудной клетки пациента в начале процедуры, что означает, что пациент должен пройти через сканер только один раз. Последующая биопсия руководствуется ультразвуком, система будет преобразовывать первый МРТ-снимок и точно передавать его на экране. У медиков будут как снимки УЗИ, так и соответствующие изображения МРТ, доступные для наведения иглы для биопсии и отображения места, где расположена опухоль.

Самым большим препятствием для процедуры является то, что МРТ выполняется в положении, когда пациентка лежит лицом вниз, в то время как во время биопсии она лежит на спине. Это изменение положения меняет форму груди пациентки и значительно изменяет положение опухоли. Для точного мониторинга этих изменений исследователи применили оригинальный подход. В то время как пациент находится в МРТ-камере во время сканирования, к его коже прикрепляют ультразвуковые зонды, которые выглядят как ЭКГ-электроды, чтобы обеспечить последовательность ультразвуковых изображений. Это производит два сопоставимых набора данных из двух отдельных методов визуализации.

Когда пациент подвергается биопсии в другом процедурном кабинете, ультразвуковые зонды остаются зафиксированными и непрерывно записывают объем данных и отслеживают изменения формы молочных желез. Специальные алгоритмы анализируют эти изменения и соответствующим образом обновляют изображение МРТ. Аналогично УЗИ изменяется и изображение МРТ. Когда биопсийная игла вводится в ткань молочной железы, врач может увидеть согласованное изображение МРТ наряду с ультразвуковым изображением на экране, что значительно повышает точность подведения иглы к опухоли.

Чтобы выполнить эту задачу, исследователи из Института им. Фраунгофера разрабатывают ряд новых компонентов. "В настоящее время мы работаем над ультразвуковым устройством, которое может быть использовано вместе с томографом, — говорит менеджер проекта IBMT Штеффен Третбар (Steffen Tretbar). — Эти сканеры генерируют сильные магнитные поля, и ультразвуковое устройство должно работать надежно, не влияя на МРТ". Также в рамках проекта группой разрабатываются ультразвуковые датчики, которые могут быть прикреплены к телу, чтобы обеспечить трехмерное ультразвуковое исследование.

Программное обеспечение, разработанное для техники, также является совершенно новым. "Мы разрабатываем способ наблюдения за движением в режиме реального времени с помощью ультразвукового слежения, — пояснил менеджер проекта MEVIS Маттиас Гюнтер (Matthias Günther). — Оно определяет растянутые структуры в ультразвуковых изображениях и отслеживает их движение. Кроме того, необходимо собирать данные с датчика в широком диапазоне в режиме реального времени". Некоторые из датчиков проводят сбор данных о положении и ориентации прикрепленных ультразвуковых зондов, в то время как другие отслеживают положение пациента.

В то время как группа IBMT занимается разработкой оборудования и новых ультразвуковых методов, рабочая группа MEVIS делает упор на программное обеспечение. Основной целью MARIUS является разработка ультразвукового слежения, чтобы помочь при биопсии молочной железы. Тем не менее, разработанные компоненты также могут быть использованы в других приложениях. Например, система MARIUS и ее программное обеспечение по отслеживанию движения может помочь медленным методам визуализации, таким как МРТ или позитронно-эмиссионной томографии, точно отслеживать перемещение органов, которые смещаются даже тогда, когда пациент лежит неподвижно. Кроме печени и почек, которые изменяют форму и положение во время дыхания, сюда включено и сердце, сокращения которого также вызывают движение. Благодаря технике, используемой для восстановления изображения, сердце будет четко, а не размыто определено на МРТ-снимках. Совместно разработанные технологии могут быть применены и к видам лечения, при которых используются частицы или рентгеновские лучи. Для опухолей, расположенных на движущемся органе или внутри него, новые технологии могут нацеливать лучи таким образом, чтобы следовать за движением. Эти лучи смогли бы поразить опухоль с большей точностью, чем это возможно в настоящее время, и уменьшить повреждения здоровых окружающих тканей.