Fast 3D Near-Infrared Breast Imaging Using Indocyanine Green for Detection and Characterization of Breast Lesions

Zusammenfassung

Ziel: Evaluierung eines schnellen 3-D-Nah-Infrarot-Bildgebungsverfahrens unter Verwendung von Indocyaningrün (ICG) für die Detektion und Charakterisierung von Brustläsionen. Material und Methoden: 30 Patientinnen mit mammografisch und/oder sonografisch detektierten suspekten Brustläsionen wurden mit einem schnellen optischen 2 Hz 3-D-Mammografen vor, während und nach Gabe eines 25 mg ICG-Bolus vor histologischer Sicherung mittels Stanzbiopsie untersucht. Die Boluskinetik wurde mithilfe von zwei Perfusionsparametern und einem abgeleiteten Parameter analysiert: „peak amplitude” (PA), „time to peak” (TTP) und „peak-time grouped amplitude” (PTA). Mithilfe einer Receiver-operating-characteristic(ROC)-Analyse wurde ein PTA-Cut-off-Wert für eine untersucherunabhängige Differenzierung zwischen benignen und malignen Läsionen festgelegt. Acht Patientinnen mussten von der Datenauswertung ausgeschlossen werden. Insgesamt wurden 14 Brüste mit malignen Läsionen, 8 Brüste mit benignen Läsionen und drei gesunde Brüste analysiert. Ergebnisse: Die cut-off-basierte PTA-Analyse führte zur korrekten Detektion bei 12 von 14 malignen Läsionen (Tumorgröße 8 – 80 mm; Sensitivität = 85,7 %). Zwei maligne Läsionen wurden nicht erkannt. In der benignen Studiengruppe wurde lediglich ein Fibroadenom detektiert (Spezifität = 87.5 %). PTA-Werte unterschieden sich signifikant für benigne und maligne Studiengruppe (Mann-Whitney U Test, p < 0,05). Brüste mit malignen Läsionen zeigten höhere Peaks zu früheren Zeitpunkten in der ICG-Perfusion. Schlussfolgerung: Die frühe Perfusionsanalyse in der ICG-gestützten optischen 3-D-Mammografie konnte unterschiedliche Muster der Kontrastmittelaufnahme in benignen und malignen Läsionen aufzeigen. Dieser Ansatz könnte der Detektion maligner Brustläsionen und der Abgrenzung zu benignen Herden dienen.

Abstract

Purpose: To evaluate fast 3D near-infrared breast imaging using the optical contrast agent indocyanine green (ICG) for the detection and characterization of breast lesions. Materials and Methods: 30 patients with suspicious breast lesions on mammography and/or ultrasound underwent fast 2 Hz 3D optical mammography before, during, and after administration of a 25 mg ICG bolus prior to needle biopsy. The bolus kinetics is analyzed using two perfusion parameters and a derived parameter: ”peak amplitude” (PA), ”time-to-peak” (TTP) and ”peak-time grouped amplitude” (PTA). A receiver operating characteristic curve (ROC) analysis was performed to define a PTA cut-off for reader-independent differentiation of benign and malignant lesions. 8 patients had to be excluded from data analysis. Overall 14 breasts bearing a malignant lesion, 8 breasts bearing a benign lesion and 3 healthy breasts were analyzed. Results: 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. In the benign study group only one fibroadenoma was detected (specificity = 87.5 %). The PTA values differed significantly between the benign group and the malignant group (Mann-Whitney U-test, p < 0.05). Breasts with malignant lesions showed higher peaks at early time-points in ICG perfusion. Conclusion: Early perfusion analysis of ICG-enhanced 3D fast optical mammography revealed different enhancement patterns for benign and malignant lesions. This approach might help with the detection of malignant breast lesions and the differentiation from benign lesions.

Key words

breast - laser - contrast agents - technical aspects

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