OCT和OCM基于光學對比度識別乳腺良性病變和惡性病變的多尺度變化

乳腺癌是世界女性患者死亡的主要原因。如果可以早期發現，目前的治療策略能夠醫治70 - 80%的患者。影像引導下的核心活檢和手術切除活檢常用于乳腺病變的診斷檢查。與開放式手術活檢相比，核心活檢的侵入性較小，因此被認為是診斷乳腺癌的金標準。然而，核心活檢的缺點是由于組織采樣的限制而導致假陰性結果。觸診引導和立體定向引導下的核心活檢的假陰性率分別為0%-13%和0.2%-8.9%。超聲引導下的核心活檢已被證明可將假陰性率降低至0%-3.6%。成像技術提供更準確的實時采樣能力是提高核心活檢診斷性能的理想選擇。

三維(3D)組織成像方法有望改善癌癥的外科治療。在這項工作中，研究了光學相干斷層掃描(OCT)和光學相干顯微鏡(OCM)兩種三維成像技術的可行性，基于內在光學對比度來觀察人類乳房標本。具體而言，使用實驗室開發的集成OCT和OCM系統對44例離體乳腺標本進行了成像，其中包括34例良性病變和10例惡性病變。該系統支持4毫米軸向分辨率(OCT和OCM)， 14毫米(OCT)和2毫米(OCM)橫向分辨率。將OCT和OCM圖像與相應的組織學切片進行比較，以在多分辨率尺度上識別乳腺良惡性病變的特征。OCT和OCM提供組織微觀結構的互補信息，從而顯示脂肪組織、纖維間質、乳腺小葉和導管、囊腫和微囊腫、原位癌和浸潤性癌的模式。OCT和OCM的3D成像能力為單獨的2D圖像提供了補充信息，從而允許從不同層次跟蹤特征，以識別難以單獨從單個圖像中欣賞的低對比度結構。我們的研究結果為未來使用OCT和OCM對乳腺組織進行體內光學評估奠定了基礎，這有可能指導核心針活檢、評估手術邊緣和評估乳腺癌的淋巴結轉移。

使用OCT和OCM分別掃描正常乳腺組織，發現能夠識別脂肪組織，乳腺小葉以及血管等結構。脂肪組織在OCT和OCM圖像上很明顯，呈圓形低散射單形圓形結構。大血管和/或小葉間管也很容易被識別為具有高散射壁的長低散射管。大多數正常乳腺組織由纖維間質組成，膠原蛋白含量高，具有雙折射性。因此，松散的纖維間質在OCT/OCM圖像中表現為高對比度的成角黑白短線性網狀。與纖維間質相比，上皮細胞核具有較低的后向散射。因此，正常乳腺末端導管小葉單位(TDLU)在OCT圖像中表現為相對均勻的蒼白區域。

通過對22例患者的44例乳腺樣本進行實驗，對34例乳腺良性標本進行了影像學檢查。良性診斷包括纖維腺瘤(n=4)、良性纖維囊性病變(n=13)、脂肪壞死(n=3)、導管增生(n=4)和正常乳腺實質(n=14)。結果顯示了乳腺良性病變的幾個代表性特征，低倍鏡下OCT圖像顯示邊界清晰的結節;界面由光滑的邊界組成，分離出高散射致密的纖維組織；脂肪壞死的特征性特征在OCT圖像中可以清晰地識別不同大小的壞死(低散射)脂肪細胞。此外，OCT和OCM圖像也可以識別囊腫和微囊腫。

通過對10例惡性乳腺癌樣本進行OCT和OCM掃描，包括浸潤性導管癌(n=5)、浸潤性小葉癌(n=4)、粘液癌(n=1)、導管原位癌(DCIS, n=5)，小葉原位癌(LCIS; n=2)。典型黏液性癌是一種罕見的浸潤性癌，約占所有的2%至3%。解剖黏液的“浮動”特征腫瘤細胞清晰地反映在OCT圖像上。圖4B為浸潤性導管癌，可見(淡色)腫瘤細胞浸潤周圍脂肪組織。圖4C顯示高級別浸潤性導管癌，清晰可見邊界不規則的(淡色)侵入細胞浸潤周圍的超散射(深色)纖維間質。在另一例高級別浸潤性導管癌(圖4D)，浸潤性腫瘤wanquan實性，在OCT成像中邊界清晰可見。

通過OCT和OCM掃描可區分原位導管癌，原位小葉癌和浸潤性癌。圖5A顯示OCT圖像中浸潤性導管癌合并DCIS(箭頭)。在高散射間質組織背景下，基底膜清晰地看出DCIS的區域。此外，圖5B的OCM圖像也顯示小簇浸潤性癌。在圖5C和D中，OCT和OCM成像可以觀察到浸潤性小葉癌的線狀浸潤特征。雖然在OCT和OCM圖像中不能直接看到單個浸潤性癌細胞，但在OCT和OCM圖像中，特征性細胞浸潤周圍的基質變化以單個直超散射線(箭頭)的形式突出顯示，反映了浸潤性小葉癌的組織學特征。OCM圖像也觀察到微血管(V)為雙線(圖5D)，它與組織學切片上看到的血管相關。

本研究是一項初步調查，有限的樣本數量使我們無法對使用OCT和/或OCM診斷乳腺癌的敏感性和特異性進行準確的統計分析。為了評估與這些新成像技術相關的檢測準確性，有必要進行更大樣本隊列和盲法評估的前瞻性研究。

綜上，研究者發現OCT和OCM能夠基于光學對比度識別乳腺良惡性病變的特征性影像學特征。OCT和OCM在多分辨率尺度上提供了組織微觀結構的互補信息，顯示了脂肪組織、纖維間質、正常乳腺小葉和導管、囊腫、原位癌和浸潤性癌的模式。3D成像功能允許從不同層次跟蹤特征，以識別難以從單個圖像中觀察到的3D結構和低對比度結構。這些結果為未來基于OCT和OCM技術的乳腺病變體內光學評估奠定了基礎。