Artykuł metodologiczny

Ocena biomarkerów raka piersi za pomocą ultrasonografii z kontrastem i elastografii fal poprzecznych

35 wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/69452

⸱

23 czerwca 2026

 , 
1Department of Ultrasound, The Third Affiliated Hospital of Jinzhou Medical University, 2Department of General Surgery, The Third Affiliated Hospital of Jinzhou Medical University

W tym artykule

Podsumowanie

Ten protokół pokazuje połączone zastosowanie kontrastowego ultradźwięku i elastograffii fal ścinających do oceny biologicznych czynników prognostycznych, w tym Ki-67, HER2 i ER u pacjentów z rakiem piersi.

Streszczenie

Celem niniejszego protokołu było ocena związku między parametrami ilościowymi uzyskanymi z elastografii fal pociągowych (SWE) oraz ultrasonografii z kontrastem (CEUS) a biologicznymi markerami prognostycznymi w raku piersi. W badaniu wzięło udział 68 pacjentów z rakiem piersi i 68 zdrowych osób kontrolnych. Wszystkim pacjentom wykonano obrazowanie SWE i CEUS, a próbki chirurgiczne z grupy pacjentów z rakiem piersi zostały przebadane za pomocą immunohistochemii w celu oceny ekspresji receptora estrogenowego (ER), ludzkiego receptora czynnika wzrostu naskórka 2 (HER2) i Ki-67.

Wyniki wykazały, że tkankę nowotworową piersi charakteryzowały znacznie różne właściwości elastyczne i perfuzji w porównaniu z normalną tkanką piersi. Konkretnie, grupa nowotworowa wykazywała niższe wartości Emean oraz wyższe wartości Emax, Emin, intensywności szczytowej i średniego czasu tranzytu (MTT). Analiza korelacji wykazała, że ekspresja Ki-67 była pozytywnie skorelowana z Emean, Emax, szczytem i MTT, podczas gdy ER był ujemnie skorelowany ze wszystkimi parametrami z wyjątkiem intensywności szczytowej. Ekspresja HER2 wykazywała pozytywne korelacje ze wszystkimi mierzonymi parametrami obrazowania. Te wyniki sugerują, że SWE i CEUS mogą dostarczać nieinwazyjnych, uzupełniających informacji na potrzeby charakteryzacji molekularnej i oceny klinicznej raka piersi.

Wprowadzenie

Rak piersi zajmuje jedno z pierwszych miejsc wśród najczęściej występujących nowotworów u kobiet na całym świecie, a współczynnik występowania stale rośnie1. Ostatnie badania epidemiologiczne pokazują, że rak piersi jest przewyższany jedynie przez raka szyjki macicy pod względem częstości występowania i nadal jest główną przyczyną zgonów związanych z rakiem u kobiet2,3. Patogeneza raka piersi obejmuje wiele współzależnych czynników, w tym cechy dziedziczne, wpływy endokrynologiczne i ekspozycję na czynniki środowiskowe4. Dzięki postępom w medycynie precyzyjnej rośnie zainteresowanie zrozumieniem związków między fenotypami obrazowymi a cechami molekularnymi w leczeniu raka piersi5.

Celem niniejszego badania było zbadanie, czy elastografia fali szybkości (SWE) oraz wzmocnione ultradźwiękowo kontrastowo (CEUS) mogą służyć jako nieinwazyjne biomarkery obrazowe do charakteryzacji kluczowych markerów molekularnych raka piersi, w tym receptora estrogenu (ER), ludzkiego receptora czynnika wzrostu naskórka 2 (HER2) i Ki-67. Badanie to miało na celu ustalenie, czy obrazowanie może korelować z tymi biomarkerami, które wyznaczają decyzje terapeutyczne i mają znaczenie prognostyczne, oraz potencjalnie służyć jako uzupełnienie lub alternatywa dla biopsji. Potwierdzenie tej korelacji mogłoby dostarczyć dostępnej, powtarzalnej metody oceny raka piersi na poziomie molekularnym poprzez zaawansowane technologie obrazowania.

Kliniczne objawy zazwyczaj zaczynają się od odkrycia bezbolesnej masy piersiowej, która występuje u około 80% kobiet6. W miarę postępu choroby, dodatkowe objawy mogą obejmować wydzielinę z sutka, zagłębienia skóry spowodowane ciągnięciem więzadeł Coopera, stłuczki pomarańczowe z powodu obturacji limfatycznej, a w zaawansowanych przypadkach odstąpienie sutka wraz ze zmianami skóry, takimi jak świąd, pęcherze i owrzodzenie7.

Obecnie stosowane metody obrazowania w diagnostyce raka piersi obejmują ultrasonografię, mammografię, rezonans magnetyczny (MRI) i techniki medycyny nuklearnej8,9,10. Wśród nich ultrasonografia pozostaje najczęściej stosowaną, ponieważ jest nietrwała, nie wystawia pacjentów na promieniowanie i oferuje wysoką powtarzalność i rozdzielczość do rozróżniania tkanek tłuszczowych i gęstych gruczołowych. SWE ulepsza tradycyjną ultrasonografię, zapewniając ilościowe pomiary sztywności na podstawie modułu Younga, pochodzącego z prędkości fal szybkości11. Zmniejsza to zależność od operatora, stosując siłę promieniowania akustycznego do indukowania fal szybkości, poprawiając powtarzalność12. CEUS wizualizuje unaczynienie i wzorce perfuzji guza, przyczyniając się do wykrywania i charakteryzacji zmian, i pomaga w różnicowaniu nowotworów łagodnych i złośliwych13.

Przydatność markerów immunochemicznych molekularnych jest kluczowa dla określania rokowania i wyznaczania leczenia w przypadku raka piersi14. ER, receptor progesteronowy (PR), Ki-67 i HER2 są kluczowymi markerami o ustalonych rolach w podejmowaniu decyzji klinicznych15. Poprzednie badania sugerują, że cechy obrazowania ultrasonograficznego mogą odzwierciedlać ekspresję tych markerów molekularnych, co wspiera pomysł, że fenotypy obrazowe odzwierciedlają podstawową biologię guza16,17,18. Niniejsze badanie miało na celu zastosowanie odpowiedniego protokołu do oceny korelacji między parametrami obrazowania CEUS i SWE a zakresem biologicznych markerów prognostycznych, co przyczyniłoby się do rozwijającej się dziedziny radiogenomiki.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Badanie przeprowadzono zgodnie z Deklaracją Helsińską oraz wytycznymi instytucjonalnymi dotyczącymi badań klinicznych. Protokół tego badania został przedstawiony i zatwierdzony przez Komitet Etyczny Instytucji Trzeciego Szpitala Afiliacyjnego Jinzhou Medical University.

Pisemna, poinformowana zgoda została uzyskana od wszystkich uczestników przed zapisaniem się, w tym pozwolenie na wykorzystanie anonimizowanych danych klinicznych, obrazowych i patologicznych do przyszłej publikacji. Przez cały czas prowadzenia badania zachowało się poufność pacjenta.

Proces rekrutacji i oceny uczestnictwa pacjentów przestrzegał również Wytycznych Chińskiego Stowarzyszenia Przeciwnowotworowego z 2021 roku.

1. Selekcja i przygotowanie pacjentów

  1. Uwzględnić pacjentów z pewną diagnozą raka piersi, odpowiednią jakością obrazu ultrasonograficznego i pełnymi danymi klinicznymi.
  2. Wykluczyć pacjentów z którymkolwiek z następujących czynników: ostatnia operacja piersi, powiększenie piersi, zapalenie piersi, nawrotowy rak piersi, zmiany sąsiadujące z bliznami, choroby układu krążenia lub choroby wątrobowo-nerkowe, ciąża lub jeśli badania patologiczne przeprowadzono więcej niż 30 dni przed obrazowaniem.
  3. Zapisać wiek każdego uczestnika, masę ciała i historię kliniczna przed obrazowaniem.
  4. Ułożyć pacjenta na plecach z podniesionymi ramionami nad głową.
  5. Nalotowo nałożyć żel sprzęgający na pierś, aby zapewnić optymalną transmisję akustyczną i jasność obrazu.

2. Badanie elastografią fali ścinającej (SWE)

UWAGA: Zobacz Tabelę materiałów na temat systemu ultrasonograficznego i sondy.

  1. Rozpocząć od rutynowego ultrasonograficznego trybu B, aby zlokalizować i scharakteryzować zmianę.
  2. Aktywować tryb SWE i ustawić sondę prostopadle do skóry bezpośrednio nad zmianą, bez wywierania zewnętrznej presji.
  3. Dostosować ramkę próbkowania tak, aby w całości objęła zmianę i odpowiedni margines otaczających tkanek.
  4. Monitorować mapę kontroli jakości systemu, aby zapewnić wystarczające rozprzestrzenianie się fali ścinającej.
  5. Po ustabilizowaniu obrazu, nakazać pacjentowi przytrzymanie oddechu przez 3-5 s.
  6. Utrzymać sondę w sposób stały w tym czasie, aby ustabilizować obraz.
  7. Zapisać kolorowy obraz elastograficzny i obrysować zmianę za pomocą narzędzia analizy ilościowej systemu.
  8. Zapisać maksymalne (Emax), minimalne (Emin) i średnie (Emean) wartości modułu sprężystości dla zmiany.
  9. Powtórzyć każde pomiar trzykrotnie i obliczyć średnią.
  10. Przestrzegać opublikowanych międzynarodowych wytycznych dotyczących akwizycji elastografii fali ścinającej i kontroli jakości, aby zapewnić spójność pomiarów i reprodukowalność19.

3. Ocena kontrastowego ultrasonograficznego badania (CEUS)

  1. Identyfikować optymalny płaszczyznę obrazu pokazującą maksymalny przekrój poprzeczny zmiany.
  2. Odtwarzać środek kontrastowy zgodnie z instrukcjami producenta: dodać 5 mL fizjologicznego roztworu soli i wycofać 2,4 mL do strzykawki.
  3. Ustanowić dostęp do żył łokciowych z odpowiednią kaniułą.
  4. Ustawić system ultrasonograficzny w trybie kontrastowego obrazu z indeksem mechanicznym dostosowanym do wizualizacji mikrobąbelków.
  5. Podać 2,4 mL środka kontrastowego przez szybki bolus, następnie 5 mL płukania roztworem fizjologicznym.
  6. Rozpocząć ciągłe cyfrowe nagrywanie natychmiast, aby uchwycić fazy wlewania i spłukiwania.
  7. Nagrywać przez minimum 3 min, aby udokumentować pełne dynamiki wzmocnienia.
  8. Zidentyfikować szczytowe wzmocnienie i umieścić cztery punkty pomiarowe (górny, dolny, przyśrodkowy, boczny) wokół zmiany w odstępach około 3-4 mm.
  9. Analizowac krzywe czas-intensywność przy użyciu oprogramowania ilościowego.
  10. Generować szczytowe wartości intensywności i średni czas tranzytu (MTT) z analizy ilościowej.
  11. Przestrzegać zweryfikowanych metod akwizycji i ilościowej analizy kontrastowego ultrasonograficznego badania (CEUS) ustanowionych w poprzednich badaniach klinicznych, aby zapewnić spójność i reprodukowalność15.
  12. Wykorzystywać obrazowanie CEUS i analizę ilościową jako uzupełnienie standardowego badania ultrasonograficznego piersi poprzez ocenę unaczynienia i perfuzji.

4. Pobranie próbek tkankowych i analiza immunohistochemiczna

  1. Pobierać próbki tkankowe za pomocą biopsji igłowo-rdzeniowej lub wycięcia chirurgicznego zgodnie ze standardami klinicznymi.
  2. Utrwalać próbki w 10% neutralnym buforowanym formalinie przez 6-24 h w temperaturze pokojowej.
  3. Odwadniać, klarować i osadniać próbki w parafinie zgodnie ze standardowymi protokołami przetwarzania histopatologicznego

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Cecha pacjenta

Zastosowanie tego protokołu u 68 pacjentów z rakiem piersi i 68 zdrowych kontroli wykazało istotne różnice w parametrach elastograficznych i perfuzji między grupami. Wszystkie przypadki raka piersi przedstawiały się jako jednostronne zmiany, ze średnim średnicą 20,78 ± 5,37 mm. Analiza histopatologiczna ujawniła 49 przypadków raka gruczołowego przewodowego, 9 przypadków raka gruczołowego, 6 przypadków raka przewodowego, 3 przypadki raka śluzowego i 1 przypadek r...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

To studium jasno pokazuje związek między parametrami ultradźwięków ilościowych a molekularnymi markerami rokowniczymi w raku piersi, zapewniając dobrze zdefiniowany punkt odniesienia dla nieinwazyjnej charakterystyki choroby. Korelacje między parametrami obrazowymi a markerami immunochemicznymi odzwierciedlają podstawowe zmiany biologiczne, które wpływają zarówno na właściwości mechaniczne (sztywność tkanki) jak i cechy perfuzji obserwowane podczas badań obrazowych.

Badania epidemiologiczne po...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają żadnych konfliktów interesów do zadeklarowania.

Podziękowania

Autorzy dziękują technikom ultrasonograficznym i personelowi patologicznemu w Trzecim Szpitalu Należącym do Uniwersytetu Medycznego w Jinzhou za ich techniczną pomoc.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Bufor cytrynianowy (pH 6,0)12364Thermo Fisher Scientificwww.thermofisher.com
Bufor EDTA (pH 9,0)88763Thermo Fisher Scientificwww.thermofisher.com
Nadtlenek wodoru (3%)998765Sigma-Aldrichwww.sigmaaldrich.com
Sonda L11-3 (Ultradźwięki)ABC987Myriad Ultrasoundwww.myriad.com, 4-15 MHz
SonoVue (Środek kontrastowy)12345Bracco Diagnosticswww.bracco.com
Oprogramowanie statystyczne SPSSN/AIBMwww.ibm.com

Bibliografia

  1. Mathur, P., et al. Cancer statistics, 2020: report from the national cancer registry programme, India. JCO Glob Oncol. 6, 1063-1075 (2020).
  2. Bray, F., et al. Global cancer statistics 2022: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin. 74 (3), 229-263 (2024).
  3. Sung, H., et al. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin. 71 (3), 209-249 (2021).
  4. Ye, F., et al. Advancements in clinical aspects of targeted therapy and immunotherapy in breast cancer. Mol Cancer. 22 (1), 105(2023).
  5. Alhasani, A. T., et al. A comparative analysis of methods for detecting and diagnosing breast cancer based on data mining. J Artif Intell Metaheuristics. 4 (2), 8-17 (2023).
  6. Sotoudehnia, S., et al. Comparison of quantitative high-definition microvessel imaging and shear wave elastography in preoperative prediction of axillary lymph node breast cancer metastasis. J Ultrasound Med. 43 (5), 892-901 (2024).
  7. Swaminathan, H., Saravanamurali, K., Yadav, S. A. Extensive review on breast cancer: its etiology, progression, prognostic markers, and treatment. Med Oncol. 40 (8), 238(2023).
  8. Hussain, S., et al. Modern diagnostic imaging technique applications and risk factors in the medical field: a review. Biomed Res Int. 2022, 5164970(2022).
  9. Tagliafico, A. S., et al. Overview of radiomics in breast cancer diagnosis and prognostication. Breast. 49, 74-80 (2020).
  10. Sushanki, S., Bhandari, A. K., Singh, A. K. A review on computational methods for breast cancer detection in ultrasound images using multi-image modalities. Arch Comput Methods Eng. 31 (3), 1277-1296 (2024).
  11. Jabeen, K., et al. Breast cancer classification from ultrasound images using probability-based optimal deep learning feature fusion. Sensors. 22 (3), 807(2022).
  12. Duric, N., et al. Using whole breast ultrasound tomography to improve breast cancer risk assessment: a novel risk factor based on the quantitative tissue property of sound speed. J Clin Med. 9 (2), 367(2020).
  13. Shao, Y., et al. Breast cancer detection using multimodal time series features from ultrasound shear wave absolute vibro-elastography. IEEE J Biomed Health Inform. 26 (2), 704-714 (2021).
  14. Park, S. Y., Kang, B. J. Combination of shear-wave elastography with ultrasonography for detection of breast cancer and reduction of unnecessary biopsies: a systematic review and meta-analysis. Ultrasonography. 40 (3), 318(2021).
  15. Zhou, S. C., et al. The role of contrast-enhanced ultrasound in the diagnosis and pathologic response prediction in breast cancer: a meta-analysis and systematic review. Clin Breast Cancer. 20 (4), e490-e509 (2020).
  16. Gu, J., et al. Prediction of invasive breast cancer using mass characteristic frequency and elasticity in correlation with prognostic histologic features and immunohistochemical biomarkers. Ultrasound Med Biol. 47 (8), 2193-2201 (2021).
  17. Hu, X., et al. Expression changes of ER, PR, HER2, and Ki-67 in primary and metastatic breast cancer and its clinical significance. Front Oncol. 13, 1053125(2023).
  18. Kim, H., et al. What shear wave elastography parameter best differentiates breast cancer and predicts its histologic aggressiveness. Ultrasonography. 40 (2), 265-273 (2021).
  19. Cosgrove, D., et al. WFUMB guidelines and recommendations on the clinical use of ultrasound elastography: part 4. Ultrasound Med Biol. 43 (1), 4-26 (2017).
  20. Ramos-Vara, J. A., Miller, M. A., et al. When tissue antigens and antibodies get along: revisiting the technical aspects of immunohistochemistry. Vet Pathol. 51 (1), 42-87 (2014).
  21. Shi, S. R., Shi, Y., Taylor, C. R. Antigen retrieval immunohistochemistry: review and future prospects in research and diagnosis over two decades. J Histochem Cytochem. 59 (1), 13-32 (2011).
  22. Wolff, A. C., et al. Human epidermal growth factor receptor 2 testing in breast cancer: ASCO-College of American Pathologists guideline update. J Clin Oncol. 41 (22), 3867-3872 (2023).
  23. Liu, C., et al. Feasibility of shear wave elastography imaging for evaluating the biological behavior of breast cancer. Front Oncol. 11, 820102(2022).
  24. Kim, H. J., et al. Correlation of shear-wave elastography parameters with the molecular subtype and axillary lymph node status in breast cancer. Clin Imaging. 101, 190-199 (2023).
  25. Ruby, L., et al. Breast cancer assessment with pulse-echo speed of sound ultrasound from intrinsic tissue reflections: proof-of-concept. Invest Radiol. 54 (7), 419-427 (2019).
  26. Kurt, S. A., et al. Prediction of molecular subtypes using superb microvascular imaging and shear wave elastography in invasive breast carcinomas. Acad Radiol. 30 (1), 14-21 (2023).
  27. Zhang, S., et al. Value of conventional ultrasound, ultrasound elasticity imaging, and acoustic radiation force impulse elastography for prediction of malignancy in breast lesions. Clin Hemorheol Microcirc. 74 (3), 241-253 (2020).
  28. Kayadibi, Y., et al. The role of superb microvascular imaging and shear-wave elastography in the evaluation of intraductal papilloma-like lesions. J Ultrasound Med. 41 (4), 995-1008 (2022).
  29. van Zelst, J. C., et al. Validation of radiologists' findings by computer-aided detection software in breast cancer detection with automated 3D breast ultrasound: a concept study in implementation of artificial intelligence software. Acta Radiol. 61 (3), 312-320 (2020).
  30. Lu, Q., et al. Analysis of contrast-enhanced ultrasound and elastography in the diagnosis of benign and malignant apocrine breast tumors. J Med Imaging Health Inform. 11 (7), 1807-1816 (2021).
  31. Gao, Y., et al. Evaluating different quantitative shear wave parameters of ultrasound elastography in the diagnosis of lymph node malignancies: a systematic review and meta-analysis. Cancers. 14 (22), 5568(2022).
  32. Zhao, X., et al. Associations of estrogen receptor, progesterone receptor, human epidermal growth factor receptor-2 and Ki-67 with ultrasound signs and prognosis of breast cancer patients. Cancer Manag Res. 13, 4579-4586 (2021).
  33. Peng, L., et al. Discordance in ER, PR, HER2, and Ki-67 expression between primary and recurrent/metastatic lesions in patients with primary early stage breast cancer and the clinical significance: retrospective analysis of 75 cases. Pathol Oncol Res. 27, 1609802(2021).
  34. Rossi, L., et al. Expression of ER, PgR, HER-2, and Ki-67 in core biopsies and in definitive histological specimens in patients with locally advanced breast cancer treated with neoadjuvant chemotherapy. Cancer Chemother Pharmacol. 85, 105-111 (2020).
  35. Ding, Y., et al. Impact on survival of estrogen receptor, progesterone receptor and Ki-67 expression discordance pre- and post-neoadjuvant chemotherapy in breast cancer. PLoS One. 15 (4), e0231895(2020).
  36. Zhang, Y., et al. Ki-67 index, progesterone receptor expression, histologic grade and tumor size in predicting breast cancer recurrence risk: a consecutive cohort study. Cancer Commun. 40 (4), 181-193 (2020).
  37. Yoo, J., et al. Tumor stiffness measured by shear wave elastography correlates with tumor hypoxia as well as histologic biomarkers in breast cancer. Cancer Imaging. 20, 85(2020).
  38. Elie, N., et al. Impact of automated methods for quantitative evaluation of immunostaining: towards digital pathology. Front Oncol. 12, 931035(2022).
  39. Wu, H., et al. Comparing the accuracy of shear wave elastography and strain elastography in the diagnosis of breast tumors: a systematic review and meta-analysis. Medicine. 101 (44), e31526(2022).
  40. Men, D. X., et al. Correlation between ultrasonography and elastography parameters and molecular subtypes of breast cancer in young women. Ann Med. 57 (1), 2443041(2025).
  41. Liu, Y., et al. Diagnostic performance of shear wave elastography and contrast-enhanced ultrasound in evaluating the pathological response of breast cancer patients to neoadjuvant chemotherapy: a meta-analysis. Quant Imaging Med Surg. 15 (9), 8333(2025).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Analiza immunohistochemicznareceptor estrogenowyekspresja HER2ekspresja Ki 67parametry elastyczno cicharakterystyka perfuzjicharakterystyka molekularna

Powiązane artykuły