影响EIS肿瘤成像特征相关因素的初步研究及EIS对早期乳癌检测能力的评估

摘要

乳腺癌是妇女最常见的恶性肿瘤之一，其发病率已跃居妇女恶性肿瘤的首位，严重威胁女性的健康和生命安全。乳腺癌的早期发现和明确诊断有重要的临床意义，尤其对小乳腺癌（最大直径≤1.5cm）的确诊，能显著提高患者的生存率和生存质量。而目前常用的乳腺癌检测设备又具有一定的缺陷，因此急需一种适合乳腺疾病早期普查的设备。电阻抗扫描成像技术（ElectricalImpedanceScanning，EIS）作为一种新型的乳腺检测方法，以其较低的成本、方便的操作和对恶性肿瘤较高的敏感性迅速发展起来。课题组前期大量的临床实验结果和国外相关研究报道表明，EIS可以辅助X线钼靶为乳腺癌的早期诊断提供有效参考。因此，将EIS技术应用于乳腺肿瘤的早期筛查具有较好的应用前景。为了评估EIS技术对乳腺肿瘤早期筛查的可行性和有效性，明确不同乳腺组织电阻抗频谱特性，以及探索影响乳腺肿瘤EIS成像特征的因素，本课题展开了以下几方面研究工作：
　　1、乳腺组织阻抗频谱特性测量。
　　为了明确乳腺肿瘤和乳腺各组织成分的电阻率特性，及其对EIS成像特征的影响，本课题研究了离体乳腺组织的阻抗频谱特性。频谱测量采用四电极法，实验测量到129例患者的284例离体乳腺组织样本，得到以下结果：
　　1）乳腺内各组织成分的电阻率变化特性：脂肪组织>癌组织>腺体组织>良性肿瘤。其中，良性肿瘤与腺体组织之间电阻率数值无显著性差异，癌组织的电阻率约为腺体组织电阻率的2倍，并且是脂肪组织电阻率的1/4－1/3；良性肿瘤的电阻率约为脂肪组织电阻率的1/8。
　　2）不同乳腺组织的特征频率(fc)并不相同，乳腺癌的特征频率要远远大于良性肿瘤和其它正常乳腺组织。本实验中，恶性肿瘤特征频率fc在500kHz左右，良性肿瘤和腺体组织的fc在10kHz左右，脂肪组织的fc在1kHz附近。
　　2、乳腺组织电阻抗分布对EIS检测结果影响的仿真研究。
　　为了研究乳腺组织电阻抗分布对EIS成像特征的影响，我们选择基于有限元分析的FEMLAB仿真软件建立了非均匀乳腺组织仿真模型。根据人体乳腺组织解剖结构和离体频谱测量结果设置仿真模型的参数，得到以下分析结果：
　　1）正常乳腺组织的电流场分布近似于平行电流场。
　　2）对于恶性肿瘤电流场分布受其周围组织电场分布的影响。若恶性肿瘤周围包裹脂肪组织，检测电极能检测到电流场正向分布的变化。若恶性肿瘤周围包裹腺体组织，检测电极会检测到电流场负向分布的变化。
　　3）当良性肿瘤存在于腺体层中时电流场无显著性变化，当其生长于脂肪层中，电流场变化十分显著。
　　3、乳腺组织电阻抗频谱特性与EIS成像特征关联性研究。
　　本研究首次将乳腺组织频谱特性、X线钼靶摄影和组织病理学结果三方面相结合，对乳腺肿瘤的EIS成像特征及成因进行了研究，并分析了其它相关因素（皮肤，检测频率）对EIS成像特征的影响，得到以下结果及结论：
　　1）不同性质肿瘤组织的生长方式决定了其与周围组织电导率差异的大、小，差异的变化引起EIS成像特征的变化。
　　2）乳腺肿瘤的EIS成像特征与乳房组织类型关系密切。乳腺恶性肿瘤在透亮脂肪型乳腺中EIS呈亮区表现，在致密腺体型乳腺中，EIS呈暗区表现；因良性肿瘤多发于致密腺体型中，EIS的结果得到相对于均匀的灰度图，属于阴性表现。
　　3）测量了离体乳房皮肤组织在100Hz－1MHz下的电阻抗频谱特性，当频率在200Hz－1000Hz时，皮肤电阻率从7000Ωcm下降至5000Ωcm左右，随着频率的增大，电阻率下降幅度减缓并且趋于平稳。因此，在低频条件下皮肤组织的电阻率远远大于乳腺组织的电阻率，降低了EIS的检测性能。
　　4）研究结合EIS物理模型实验、临床应用结果和乳腺组织的频谱特性，发现激励频率的大小影响EIS测量系统对目标体的识别能力和检测深度。本研究结果表明EIS扫描模式下频率需1000Hz以上，目标模式下应扩大测量频率范围，覆盖各组织成分（尤其是恶性肿瘤）的特征频率，可考虑上限至500kHz附近。
　　4、电阻抗乳腺扫描与红外线对照实验研究。
　　红外线扫描是国内常用于乳腺普查的手段之一。为了评估EIS技术对早期乳腺癌普查的有效性，本文对EIS和红外线扫描进行了对照实验研究。实验采用双盲法，分别对乳腺肿瘤最大径长≤1.5cm的117例患者实施EIS检查和红外线检查，以组织病理学结果为依据，对照分析两种检查方法的临床特征参数。结果表明，红外线技术对于早期乳腺癌检出率较低（55.8％），EIS技术对于早期小肿瘤的敏感性（92.3％）、特异性（67.7％）均大于乳腺红外线成像，且操作便捷。因此，EIS成像技术适合作为妇女乳腺癌普查的初筛手段。

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文献回顾

1 生物组织电阻抗技术基础

2 人体乳腺组织阻抗频谱测量国外现状

3 人体乳腺组织阻抗频谱测量国内现状

4 电阻抗成像技术

5 电阻抗乳腺成像技术

6 本研究目的及主要内容

正文

1 乳腺组织阻抗频谱特性测量

2 乳腺组织电阻抗分布对 EIS 检测结果影响的仿真研究

3 乳腺组织电阻抗频谱特性与 EIS 成像特征关联性研究

4 电阻抗乳腺扫描与红外线对照实验研究

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