Kontrastmittelgestützte diffuse optische Tomographie (DOT) zur Bildgebung benigner und maligner Läsionen der weiblichen Brustdrüse

Abstract

Einleitung: Ziel der durchgeführten Studie war die Evaluation einer schnellen dreidimensionalen optischen Brustbildgebung unter Benutzung des optischen Kontrastmittels Indocyaningrün (ICG). Dieses nicht-invasive Untersuchungsverfahren gestattet die funktionelle Gewebsuntersuchung unter Verwendung von Licht im Nahinfrarotbereich. Die Anwendung von ICG diente einer möglichen Verbesserung der Detektion und Charakterisierung maligner Läsionen, da optische Studien auf Basis intrinsischer Gewebskontraste durch Hämoglobin, Lipide oder Wasser zum gegenwärtigen Zeitpunkt bislang nicht in der Lage sind, maligne von benignen Läsionen hinreichend gut zu differenzieren. Methoden: In der Studie wurden 30 Patientinnen mit suspekten Herdbefunden mittels schneller (2 Hz) optischer 3D-Mammographie vor, während und nach der Applikation eines ICG-Bolus (25 mg) untersucht. Im weiteren Verlauf erfolgte eine histologische Sicherung mittels Vakuumstanzbiopsie (Goldstandard). Mithilfe der Perfusionsparameter ‚Peakamplitude’ (PA) und ‚Time to Peak’ (TTP) erfolgte eine Analyse der Boluskinetik für jedes Volumensegment der Brust. Mit dem Ziel eines objektiven, untersucherunabhängigen Perfusionsparameters zur Differenzierung tumorbefallener Brüste von gesunden Brüsten, wurde in dieser Arbeit auf Basis der genannten Parameter PA und TTP ein dritter Parameter, die ‚Peaktime-Amplitude’ (PTA) eingeführt. Mittels einer ROC-Analyse erfolgte die Festlegung eines optimalen PTA-Cut-off-Wertes zur Trennung der malignen und benignen Gruppe. Ergebnisse: Die Betrachtung der Peakamplituden (PA) und Peakzeiten (TTP) zeigte im Falle der malignen Gruppe höhere Amplituden zu frühen Zeitpunkten. Für 22 analysierte Brüste (22 Patientinnen) erlaubte die Cut-off-basierte PTA-Analyse eine korrekte Identifizierung bei 12 von 14 malignen Läsionen (Tumorgröße: 8 – 80 mm; Sensitivität = 85,7 %). Eine falsch- negative Detektion wurde für den Fall eines 15 mm invasiven duktalen Karzinoms (IDC) und eines 16 mm invasiven lobulo-duktalen Karzinoms (ILDC) beobachtet. Von 8 benignen Läsionen wurde ein 10 mm Fibroadenom fälschlicherweise als maligne detektiert (Spezifität = 87,5 %). Die getrennte Betrachtung der Brüste mit hoher Drüsendichte (13 Brüste entsprechend Dichte BI-RADS 3 oder 4) ergab einen leichten Abfall der Sensitivität auf 75,0 % bei nahezu konstanter Spezifität (83,3 %). Eine statistische Analyse der PTA-Werte beider untersuchten Gruppen ergab einen signifikanten Unterschied (Mann-Whitney U-Test, p < 0,05). Insgesamt 8 Patientinnen mussten aufgrund von insuffizienter optischer Ankopplung bei der Messung, einer zu großen Brust oder seltenen histologischen Befunden (T-Zell Lymphom, Melanommetastase) aus der Studienanalyse ausgeschlossen werden. Schlussfolgerung: Die frühe Perfusionsanalyse mithilfe einer schnellen optischen Tomographie brachte eine spezifische ICG-Anflutungscharakteristik in Brüsten mit malignen Befunden hervor. Basierend auf einem untersucherunabhängigen Ansatz konnten eine hohe Sensitivität (85,7 %) und Spezifität (87,5 %) erreicht werden. Eine klinische Anwendung als nicht-invasives adjuvantes Untersuchungsverfahren bleibt zukünftig zu evaluieren.

Background: This study focussed on evaluating fast 3D near-infrared breast imaging using the optical contrast agent indocyanine green (ICG) as a non- invasive technique for functional tissue examination. Currently optical breast imaging is not able to differentiate between malignant and benign breast lesions merely using intrinsic tissue contrast of hemoglobin, lipids and water. The use of ICG aimed on improvement of the detection und characterization of breast masses. Methods: 30 patients with suspicious breast lesions underwent fast 2 Hz 3D optical mammography before, during, and after administration of a 25 mg ICG bolus prior to needle biopsy (gold standard). The bolus kinetics of each volume segment of the breast was analysed using the two common perfusion parameters ‘Peak Amplitude’ (PA) and ‘Time to Peak’ (TTP). Aiming on an objective reader-independent differentiation of benign and malignant lesions a third perfusion parameter based on combination of PA and TTP was introduced: the ‘Peaktime-Amplitude’ (PTA). With help of a receiver operating characteristic curve (ROC) analysis a PTA cut-off was calculated which allowed separation of both groups. Results: Functional NIR-Images basing on PA and TTP for ICG perfusion revealed higher peaks at early time points for breasts with malignant lesions. For 22 breasts (22 patients) the cut-off-based PTA analysis allowed correct detection for 12 of 14 malignant lesions (tumor size: 8 – 80 mm; sensitivity 85,7 %). Two malignant lesions were missed (IDC, 15 mm; ILDC, 16 mm). In the benign study group only 1 fibroadenoma (10 mm) was detected falsely positive (specificity = 87,5 %). Separate analysis of breasts with high glandular densitiy (13 breasts with BI-RADS 3 or 4) showed a decreased sensitivity (75 %) at similar specificity (83,3 %). Statistical analysis of PTA-values for both groups yielded a significant difference between the benign and malignant group (Mann-Whitney U-test, p < 0,05). A total of 8 patients were excluded from data analysis due to insufficient coupling of the breast to the interface, large breast size (exceeding the breast interface) or because of rare histological findings (T-cell lymphoma, melanoma metastasis). Conclusions: Early perfusion of ICG enhanced 3D fast optical mammography presented different enhancement patterns for breasts with malignant compaired to breasts with benign lesions. A reader-independent analysis offered a high sensitivity (85,7 %) and specificity (87,5 %). After further investigation this technique might be applicable as an add-on tool in clinical diagnostics.