Оптико-ультразвуковая технология повышает эффективность скрининга рака щитовидной железы

blank

Узлы щитовидной железы — небольшие образования, образующиеся внутри щитовидной железы, — относительно распространены, особенно среди женщин. Большинство из них безвредны, но небольшой процент таких узелков является злокачественным. В настоящее время предварительный скрининг узлов щитовидной железы проводится путем физического обследования с помощью ультразвукового исследования и биопсии. Однако существующие ультразвуковые процедуры для оценки узлов щитовидной железы обладают низкой чувствительностью и специфичностью. Эта неэффективность может повлиять на результаты скрининга, что приведет к неточному диагнозу, пропущенным раковым заболеваниям или ложноположительным результатам, которые могут привести к ненужным хирургическим операциям.

Чтобы решить эту проблему, группа ученых из разных областей создала LUCA: лазерный и ультразвуковой соанализатор узлов щитовидной железы. Эта инновационная технология, разработанная учеными консорциума LUCA и координируемая Институтом фотонных наук ( ICFO ) в Барселоне, направлена ​​на предоставление расширенной информации во время скрининга щитовидной железы, что приводит к лучшей диагностике и улучшению ухода за пациентами. Группа разрабатывает простое, недорогое, мультимодальное устройство, которое сочетает в себе использование ближнего инфракрасного света и медицинского ультразвука для улучшения скрининга узлов щитовидной железы на рак.Устройство LUCA, описанное в Biomedical Optics Express , сочетает в себе две фотонные технологии — ближнюю инфракрасную спектроскопию с временным разрешением (TRS) и диффузионно-корреляционную спектроскопию (DCS) — с многофункциональной ультразвуковой визуализацией, устраняя необходимость в биопсии. Что отличает устройство LUCA от обычных ультразвуковых систем, так это то, что помимо ультразвукового исследования, которое предоставляет анатомическую информацию, LUCA также предоставляет физиологическую информацию.

Во-первых, устройство измеряет оптические свойства подлежащей ткани щитовидной железы с помощью модуля TRS, который использует короткие лазерные импульсы (примерно 100 пс) с различной длиной волны. В ходе испытаний на здоровом добровольце команда смогла получить количественную информацию о физиологических и клеточных структурах щитовидной железы. Во-вторых, модуль DCS, который использует источник непрерывного лазера для освещения тканей, измеряет интенсивность кровотока. Объединив эти два модуля, исследователи могут получить дополнительные данные о тканевой гемодинамике, кислородном обмене и структуре — информацию, которая может уменьшить неопределенность в диагностике узлов щитовидной железы.

Чтобы обеспечить согласованность различных технологий в прототипе LUCA, команда создала уникальный мультимодальный зонд. Зонд включает в себя как стандартный ультразвуковой преобразователь, так и оптические волокна, позволяющие одновременно регистрировать оптические и ультразвуковые сигналы. Система также включает интерактивную систему отображения, включающую несколько функций.

Чтобы проверить точность LUCA в воспроизводимости данных, команда провела мониторинг доли щитовидной железы здорового добровольца, выполнив пять независимых измерений одной и той же доли в течение четырех дней в течение двух недель. Среднее время сканирования составляло приблизительно одну минуту для каждого измерения. Исследователи наблюдали небольшие различия в значениях DCS и TRS между повторными измерениями. Однако они считают, что изменения несущественны, учитывая высокое качество ультразвуковых изображений, получаемых устройством.

В частности, устройство может определять гемодинамические свойства с точностью лучше 3% за одно измерение и воспроизводимостью изображения, превышающей 10% во время измерений in vivo в течение нескольких дней.

Старший автор Тургут Дурдуран , руководитель группы медицинской оптики в ICFO, объясняет, что для того, чтобы LUCA был принят для клинического использования, его сначала необходимо стандартизировать с помощью процедур калибровки и обеспечения качества. При установлении клинической применимости устройства LUCA команда также проверила TRS и DCS с помощью независимых фантомных тестов. Они использовали 32-сантиметровый фантом с головой и шеей, который имитирует анатомическую структуру человека, чтобы проверить линейность, точность и воспроизводимость устройства LUCA. Испытания модуля TRS с использованием этого фантома подтвердили его пригодность для исследований in vivo .

Тем временем команда протестировала модуль DCS, который измеряет гемодинамические параметры, используя его для измерения коэффициента броуновской диффузии жидкого фантома. Способность устройства LUCA точно различать свойства концентрации в фантоме дополнительно продемонстрировала его клиническую применимость.

Дурдуран говорит, что команда теперь использует устройство в клинических условиях, протестировала его на 18 здоровых добровольцах и диагностировала узелки щитовидной железы у 47 пациентов. Исследование выявило потенциал устройства LUCA для определения доброкачественных и злокачественных узелков. Исследователи отмечают, что изначально эти узелки были изображены как нечеткие случаи с помощью обычного ультразвукового скрининга.

В настоящее время команда стремится повысить точность и точность анализа оптических данных, чтобы улучшить обнаружение заболеваний и прогнозирование. Исследователи полагают, что устройство LUCA представляет собой инновационный инструмент, способный снизить затраты, связанные со скринингом рака щитовидной железы, эффективно диагностировать узелки рака щитовидной железы и улучшить процесс скрининга рака щитовидной железы по сравнению с обычным ультразвуком.

Поделиться

Источник