Ученые работают над новым методом диагностики рака груди

Раннее выявление рака молочной железы существенно повышает вероятность успешного исхода лечения, обеспечивая пациентке высокие шансы на полное выздоровление. Регулярные обследования являются важной составляющей своевременного распознавания болезни. Главным скрининговым методом сегодня по-прежнему остается маммография (рентгенологическое исследование молочных желез), но у нее есть свои недостатки.

Маммография, несмотря на то что позволила существенно снизить смертность от рака груди, не всегда способна обнаруживать мелкие новообразования, особенно у молодых женщин, у которых ткани молочных желез довольно плотные. Типичная для этого метода чувствительность, которая обычно составляет 75–85%, в случае с плотными тканями падает до 30–50%. Это одна из причин, почему, согласно статистике, маммографический скрининг пропускает каждую пятую опухоль.

Такая ситуация свидетельствует о растущей потребности в улучшении существующих техник медицинской визуализации. Поэтому Департамент здравоохранения и социального обеспечения США недавно выделил грант под программу «Усовершенствование техники построения изображения для проведения точной и высокоразрешающей ультразвуковой томографии» командам Иллинойского университета и Университета Уэйна.

Руководителями проекта назначены профессор Марк Анастасио, преподаватель прикладных наук и заведующий кафедрой биоинженерии Иллинойского университета и Неб Дурик, всемирно признанный лидер в области ультразвуковой визуализации из Университета Уэйна. Дурик также занимает пост технического директора компании Delphinus Medical Technologies, занимающейся разработкой и выведением на рынок собственных техник ультразвуковой томографии.

«Существующие методы маммографии, или томосинтеза, основаны на использовании рентгеновского излучения. Часто крошечные опухоли на ранних стадиях развития, особенно у молодых женщин, сложно обнаружить на таких изображениях, поэтому индустрия понимает необходимость совершенствования этих техник, – говорит профессор Марк Анастасио. – Сейчас мы занимаемся изучением новой технологии, которую можно будет применять для визуализации рака молочной железы. Вместо рентгеновских лучей в ней используется ультразвук. Она не только безопаснее, поскольку не связана с ионизирующим излучением, но и является более чувствительной к определенным свойствам ткани, что облегчит выявление мелких опухолей груди».

Ультразвуковая томография, которую также называют двухмерной эхографией, использует ультразвуковые волны для детального исследования объекта и принципы томографии – для формирования изображения. В основном ее применяют для визуализации мягких тканей, особенно тканей молочной железы. Как и рентгеновская компьютерная томография и магнитно-резонансная томография, двухмерная эхография требует использования техник построения изображения, которое отображает внутреннюю структуру объекта. Построение изображения и его компьютерная обработка являются основной областью компетенции лаборатории профессора Анастасио.

И хотя команда Неба Дурика первой разработала метод ультразвуковой томографии, полученные снимки пока не настолько точные, как хотелось бы ученым. Теперь благодаря выделенному гранту команда профессора Анастасио попытается улучшить качество изображений. Для этого они разработают вычислительные модели на основе физики и передовые методы построения изображений. Кроме того, для реализации этой цели понадобится использование высокопроизводительных вычислительных техник.

«Мы быстро поняли, что с помощью передовых методик построения изображений и высокопроизводительных вычислительных систем мы в действительности сможем добиться моделирования и построения изображений гораздо лучшего качества», – поясняет профессор. – «С точки зрения разрешения они будут выглядеть почти как МРТ-снимки».

Обе команды при создании новой технологии решили ориентироваться на выявление опухолей молочной железы, отчасти потому, что это заболевание поражает огромное количество женщин по всему миру, а также потому, что именно в этой части тела ультразвуковая томография будет работать относительно хорошо. «Если нужно визуализировать более плотные ткани, скажем, брюшную полость, это будет сложнее, поскольку ультразвуковые волны в этом случае будут ослабляться и рассеиваться», – отметил профессор Анастасио.

В течение ближайших четырех лет (именно на такой срок рассчитан грант) ученые планирует смоделировать взаимодействие ультразвуковой энергии с тканями молочной железы и реакцию системы визуализации. Они создадут модель с помощью вычислительных техник, после чего инвертируют ее, чтобы сформировать изображение. Команда планирует использовать результаты вычислений для создания алгоритма, а затем поработать с коллегами из команды Дурика над воплощением технологии. Как только им удастся формировать точные изображения, последним этапом будет работа с рентгенологами для выбора оптимальных методов построения изображений, чтобы максимизировать их клиническую ценность.

«В итоге мы надеемся получить полностью оптимизированный и проверенный алгоритм построения изображений, благодаря чему сможем воссоздавать трехмерные изображения молочной железы, которые впоследствии можно будет оценить в крупномасштабных клинических испытаниях и превратить в полезный продукт», – заключил Анастасио.

В случае успеха этот метод может значительно повысить раннюю выявляемость злокачественных опухолей груди, особенно у молодых женщин. В дополнение к расширению скрининговых возможностей новая технология может быть использована для оценки риска развития рака (за счет обнаружения биомаркеров), что в будущем может привести к разработке персонализированных скрининговых методик. Ультразвуковую томографию, кроме того, можно будет использовать в качестве вспомогательного метода для определения реакции пациента на проводимую терапию.