การตรวจเต้านมด้วยแสงแบบกระจาย
ตัวอย่างแผนที่แสดงความเข้มข้นของส่วนประกอบของเต้านมผ่านการตรวจเต้านมด้วยแสง (มุมมองด้านขวาจากบนลงล่าง) ลูกศรสีฟ้าชี้ไปที่รอยโรค Hb หมายถึงดีออกซีฮีโมโกลบิน HbO2 หมายถึงออกซีฮีโมโกลบิน tHb หมายถึงฮีโมโกลบินทั้งหมด[ 1 ]
วัตถุประสงค์	การตรวจสอบองค์ประกอบของเต้านมผ่านการวิเคราะห์สเปกตรัม

การถ่ายภาพเต้านมด้วยแสงแบบกระจายหรือเรียกง่ายๆ ว่าการถ่ายภาพเต้านมด้วยแสงเป็นเทคนิคการถ่ายภาพ ที่กำลังพัฒนาขึ้นใหม่ ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจสอบองค์ประกอบของเต้านมผ่านการวิเคราะห์สเปกตรัมได้ โดยการรวมความสามารถในการประเมินความเสี่ยงมะเร็งเต้านม^{[ 2 ]}การจำแนกลักษณะของรอยโรค^{[ 3 ]}การติดตามการรักษา^{[ 4 ]}และการทำนายผลลัพธ์ของการรักษา^{[ 5 ]}ไว้ในเครื่องมือที่ไม่รุกรานเพียงเครื่องเดียว เป็นการประยุกต์ใช้ทัศนศาสตร์แบบกระจายซึ่งศึกษาการแพร่กระจายของแสงในตัวกลางที่มีการกระจายแสงสูง เช่น เนื้อเยื่อทางชีวภาพ โดยทำงานในช่วงสเปกตรัมสีแดงและใกล้อินฟราเรด ระหว่าง 600 ถึง 1100 นาโนเมตร ^{[ 6 ]}

ปัจจุบันเทคนิคการตรวจเต้านมด้วยภาพ ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่การถ่ายภาพรังสีเอกซ์แมมโมแกรมการอัลตราซาวนด์ การตรวจด้วยเครื่องMRIและ การตรวจด้วย เครื่อง PET

การตรวจแมมโมแกรม ด้วยรังสีเอกซ์แพร่หลายในการตรวจคัดกรองมะเร็งเต้านมเนื่องจากมีความละเอียดเชิงพื้นที่สูง^{[ 7 ]}และใช้เวลาในการวัดสั้น อย่างไรก็ตาม การตรวจนี้ไม่ไวต่อสรีรวิทยาของเต้านม^{[ 8 ]}มีประสิทธิภาพจำกัดในการตรวจสอบเต้านมที่มีความหนาแน่นสูง^{[ 9 ]}และเป็นอันตรายเนื่องจากการใช้รังสีไอออน [10] การตรวจอัลตราซาวนด์^{ไม่รุกรานและ}ใช้โดยเฉพาะในสตรีวัยรุ่น^{[ 11 ]}ซึ่งมักมีลักษณะเต้านมที่มีความหนาแน่นสูง แต่การตีความภาพขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของผู้ทำการตรวจการตรวจ MRIแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ที่ดีกับขนาดของเนื้องอกและอ้างว่าเป็นวิธีที่ดีที่สุดสำหรับการระบุและจำแนกลักษณะของรอยโรค^{[ 12 ]}แม้ว่าจะไม่มีการยืนยันความเสี่ยงต่อสุขภาพในระยะยาวจากสนามแม่เหล็กที่ใช้ระหว่างการตรวจ MRI แต่ก็ไม่ได้ใช้เป็นเครื่องมือตรวจสอบเบื้องต้นเนื่องจากมีค่าใช้จ่ายสูงและระยะเวลาการตรวจที่ยาวนาน^{[ 13 ]}ในที่สุดPETก็ช่วยให้สามารถประเมินการเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึมของเนื้องอกได้ตั้งแต่เนิ่นๆ^{[ 14 ]}แต่มีราคาแพงมากและต้องใช้สารกัมมันตรังสีดังนั้นจึงไม่ค่อยแนะนำให้ใช้บ่อยนัก

ในทางตรงกันข้าม การตรวจเต้านมด้วยแสงนั้นมีราคาถูก มีประสิทธิภาพแม้ในเต้านมที่มีความหนาแน่นสูง และไม่มีผลข้างเคียงใดๆ จึงสามารถใช้ติดตามการเปลี่ยนแปลงของสภาพของผู้ป่วยได้ทุกวัน นอกจากนี้ยังสามารถระบุลักษณะของเต้านมจากมุมมองทางสรีรวิทยาได้อีกด้วย^{[ 15 ]}อย่างไรก็ตาม เนื่องจากยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา จึงขาดมาตรฐานในการวิเคราะห์ข้อมูลในกลุ่มวิจัยที่เกี่ยวข้อง และมีข้อจำกัดเรื่องความละเอียดเชิงพื้นที่ต่ำ ด้วยเหตุนี้ จึงมีการเสนอ "แนวทางแบบหลายรูปแบบ" โดยที่การตรวจเต้านมด้วยแสงเป็นส่วนเสริมของเทคนิคแบบดั้งเดิมอื่นๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการวินิจฉัย^{[ 10 ] [ 15 ]}

เนื้อเยื่อทางชีวภาพเป็นสื่อกลาง แบบแพร่กระจาย ซึ่งหมายความว่าการลดทอนของแสงในระหว่างการแพร่กระจายไม่ได้เกิดจากการดูดซับ เพียงอย่างเดียว แต่ยังเกิดจากการกระเจิงด้วย การดูดซับเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบทางเคมีของตัวกลางและทำให้ เกิดการทำลาย โฟตอนในขณะที่การกระเจิงขึ้นอยู่กับความไม่สม่ำเสมอในระดับจุลภาคของดัชนีหักเหและกำหนดความเบี่ยงเบนในวิถีของโฟตอน^{[ 6 ]}สัมประสิทธิ์การดูดซับ แสดงถึงความน่าจะเป็นต่อหน่วยความยาวที่เหตุการณ์การดูดซับเกิดขึ้น ในขณะที่สัมประสิทธิ์การกระเจิงแสดงถึงความน่าจะเป็นต่อหน่วยความยาวที่เหตุการณ์การกระเจิงเกิดขึ้น^{[ 16 ]}อย่างไรก็ตาม การศึกษาหลายชิ้นอ้างถึงสัมประสิทธิ์การกระเจิงที่ลดลงมากกว่าสัมประสิทธิ์การกระเจิงแบบง่าย เพื่อพิจารณาถึงความไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ของตัวกลาง ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของตัวกลางแสดงด้วยปัจจัยซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยของโคไซน์ของการเบี่ยงเบนเชิงมุม^{[ 6 ]}${\displaystyle \mu _{a}}$${\displaystyle \mu _{s}}$${\displaystyle \mu _{s}^{'}=\mu _{s}(1-g)}$${\displaystyle g}$

โดยทั่วไป การแพร่กระจายของแสงผ่านตัวกลางที่มีการแพร่กระจายสูงจะถูกอธิบายผ่านแนวทางเชิงอนุมานของทฤษฎีการขนส่งรังสีควบคู่ไปกับสิ่งที่เรียกว่า " การประมาณการแพร่กระจาย ": ถือว่าการกระเจิงเป็นแบบไอโซโทรปิกและมีอิทธิพลเหนือกว่าการดูดซับอย่างมาก ซึ่งค่อนข้างแม่นยำสำหรับเนื้อเยื่อเต้านม เช่น ในช่วงสเปกตรัมสีแดงและอินฟราเรดใกล้ (ระหว่าง 600 ถึง 1100 นาโนเมตร) ซึ่งรู้จักกันในชื่อ " หน้าต่างการรักษา " ในหน้าต่างการรักษา แสงสามารถทะลุผ่านได้ไม่กี่เซนติเมตร ทำให้สามารถสำรวจปริมาตรที่ทำการตรวจได้ นี่คือเหตุผลที่การเคลื่อนที่ของโฟตอนในเนื้อเยื่อทางชีวภาพเรียกว่า "ทัศนศาสตร์แบบกระจาย" ^{[ 6 ]}

ความสัมพันธ์ระหว่างสัมประสิทธิ์การกระเจิงที่ลดลงและความยาวคลื่น ( ) มาจากทฤษฎีของ Mie : ^{[ 17 ]}${\displaystyle \lambda }$

${\displaystyle \mu '_{s}=a\left({\frac {\lambda }{\lambda _{0}}}\right)^{-b}}$

โดยที่ λ คือความยาวคลื่นอ้างอิง และ λ และ λ หมายถึงขนาดของศูนย์กลางการกระเจิงและความหนาแน่นของศูนย์กลางเหล่านั้น ตามลำดับ ${\displaystyle \lambda _{0}}$${\displaystyle b}$${\displaystyle a}$

ในส่วนของสัมประสิทธิ์การดูดกลืน ความสัมพันธ์นั้น^ถูกไกล่เกลี่ยโดยสิ่งที่เรียกว่า " สัมประสิทธิ์การดับแสง " [ ^{18 ]}ซึ่งเมื่อรวมกับกฎของแลมเบิร์ต-เบียร์แล้วจะให้ ${\displaystyle \lambda }$${\displaystyle \epsilon _{i}(\lambda )}$

${\displaystyle \mu _{a}=\sum _{i}\epsilon _{i}(\lambda )C_{i}}$

ความเข้มข้นของส่วนประกอบเต้านมที่ i อยู่^ที่ใดการวัดที่ความยาวคลื่นต่างๆ ทำให้สามารถประมาณความเข้มข้นของส่วนประกอบเต้านมได้ ${\displaystyle C_{i}}$${\displaystyle \mu _{a}}$

ส่วนประกอบหลักของเต้านม ได้แก่ออกซีฮีโมโกลบินและดีออกซีฮีโมโกล บิน น้ำไขมันและคอลลาเจน [ ^{1 ] โดย}เฉพาะอย่างยิ่ง คอลลาเจนได้รับการยอมรับว่าเป็นปัจจัยเสี่ยงอิสระในการเกิดมะเร็งเต้านม^{[ 19 ]}

เลือดดูดซับแสงในช่วงสเปกตรัมสีแดงได้ดี ในขณะที่คอลลาเจน น้ำ และไขมันมีจุดดูดซับสูงสุดที่ความยาวคลื่นมากกว่า 900 นาโนเมตร ความแตกต่างระหว่างออกซีฮีโมโกลบินและดีออกซีฮีโมโกลบินเกิดจากการมีจุดสูงสุดที่สองขนาดใหญ่ในกรณีของออกซีฮีโมโกลบิน ไขมันมีลักษณะเฉพาะคือจุดดูดซับสูงสุดที่ 930 นาโนเมตรและ 1040 นาโนเมตร ในขณะที่ความยาวคลื่น 975 นาโนเมตรมีความไวต่อน้ำ สุดท้าย จุดดูดซับสูงสุดของคอลลาเจนเกิดขึ้นที่ 1030 นาโนเมตร^{[ 16 ] [ 1 ]}

การถ่ายภาพแมมโมแกรมแบบออปติคอลแบบกระจายสามารถดำเนินการได้โดยใช้แนวทางที่แตกต่างกัน 3 แนวทาง ได้แก่ โดเมนเวลา^{[ 20 ]}โดเมนความถี่^{[ 21 ]}และคลื่นต่อเนื่อง^{[ 22 ]}ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีรูปทรงเรขาคณิตหลัก 2 แบบในการวัดด้วยแสง:

• การสะท้อนแสง : การฉีดและการเก็บตัวอย่างเกิดขึ้นที่ด้านเดียวกันของเต้านม โดยปกติผู้หญิงจะนอนคว่ำหรือโน้มตัวไปข้างหน้าและวางเต้านมบนที่รองรับซึ่งมีรูสำหรับวางแหล่งกำเนิดและตัวตรวจจับ^{[ 23 ]}การตั้งค่าระบบอื่นๆ กำหนดให้ผู้หญิงนอนหงายและทำการวัดโดยใช้โพรบแบบมือถือ^{[ 24 ]}
• การส่งผ่าน : การฉีดและการเก็บสะสมเกิดขึ้นที่ด้านตรงข้ามของเต้านม โดยปกติเต้านมจะถูกบีบอัดระหว่างแผ่นขนาน^{[ 25 ] [ 26 ]}

ไม่ว่าจะเลือกใช้วิธีใดก็ตาม เครื่องตรวจเต้านมด้วยแสงทุกชนิดจะต้องมีองค์ประกอบที่สำคัญบางอย่าง ได้แก่แหล่ง กำเนิดแสงเลเซอร์ตัวตรวจจับและตัวประมวลผลสัญญาณ

การใช้แหล่งกำเนิดเลเซอร์หลายแหล่งช่วยให้สามารถตรวจสอบความเข้มข้นของส่วนประกอบเต้านมที่สนใจได้ โดยการเลือกความยาวคลื่นเฉพาะบางค่า ตัวตรวจจับมักจะเป็นหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์^{[ 23 ]}หรือโฟโตไดโอดแบบอะวาแลนซ์ [ ^{27 ] สุดท้าย}ตัวประมวลผลสัญญาณอาจเป็นอุปกรณ์สำหรับการนับโฟตอนเดี่ยวที่สัมพันธ์กับเวลา^{[ 28 ]}ในกรณีของแมมโมแกรมแบบออปติคอลที่แก้ไขเวลาได้^{[ 25 ]}หรือตัวกรองสำหรับการปรับความถี่ในกรณีของแบบโดเมนความถี่^{[ 29 ]}

เครื่องเอกซเรย์เต้านมแบบใช้แสงสามารถสร้าง แผนที่ส่วนประกอบของเต้านม แบบสองมิติหรือ สามมิติได้ โดยขึ้นอยู่กับจำนวนและตำแหน่งของแหล่งกำเนิดแสงและตัวตรวจจับ

ใน การวัด ในโดเมนเวลาพัลส์แสงสั้นๆ ที่มีขนาดประมาณหลายร้อยพิโควินาทีจะถูกส่งไปยังเต้านม และคุณสมบัติทางแสงจะถูกดึงกลับมาจากลักษณะของพัลส์ที่ปล่อยออกมาใหม่ ซึ่งผ่านการหน่วงเวลา การขยายตัว และการลดทอน^{[ 25 ] [ 30 ]}การนับโฟตอนเดี่ยวที่สัมพันธ์กับเวลาเป็นพื้นฐานในการจัดการกับสัญญาณเอาต์พุตระดับต่ำ^{[ 28 ]}

ใน การวัด โดเมนความถี่สัญญาณที่ถูกปรับความเข้มจะถูกฉีดเข้าไปในเต้านม และคุณสมบัติทางแสงจะถูกอนุมานจากเฟสที่ลดลงและการดีโมดูเลชันของสัญญาณเอาต์พุตเมื่อเทียบกับสัญญาณอินพุต การวัดจะทำซ้ำสำหรับค่าต่างๆ ของการปรับความถี่^{[ 29 ] [ 31 ]}

ใน การวัด แบบคลื่นต่อเนื่อง (CW) แหล่งกำเนิดแสงคือเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง ซึ่งขัดขวางการแยกส่วนประกอบของการดูดกลืนและการกระเจิงด้วยการวัดเพียงครั้งเดียว วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้คือการทำการวัดแบบแยกตามพื้นที่หรือมุม โดยทั่วไปแล้ว วิธีการ CW จะถูกรวมเข้ากับวิธีการในโดเมนความถี่ เพื่อเสริมจุดแข็งของทั้งสองวิธี^{[ 27 ]}

เต้านมที่มีความหนาแน่นสูงมีแนวโน้มที่จะเกิดมะเร็งเต้านมได้มากกว่า^{[ 19 ]}เต้านมที่มีความหนาแน่นสูงมีลักษณะเฉพาะคือมีเนื้อเยื่อ เส้นใยในปริมาณมาก เมื่อเทียบกับเนื้อเยื่อไขมัน ส่วนประกอบหลักของเนื้อเยื่อเส้นใยคือน้ำ คอลลาเจน และฮีโมโกลบิน และการตรวจเต้านมด้วยแสงสามารถแยกแยะและวัดปริมาณส่วนประกอบของเนื้อเยื่อได้^{[ 2 ]}ดังนั้น การวัดความเข้มข้นของส่วนประกอบในเต้านมด้วยการตรวจเต้านมด้วยแสงจึงสามารถประเมินความเสี่ยงของมะเร็งเต้านมได้^{[ 2 ] [ 32 ] [ 33 ]}

โดยทั่วไป เนื้องอกประกอบด้วยเนื้อเยื่อเส้นใย และสามารถระบุได้ในแผนที่ส่วนประกอบว่าเป็นจุดเฉพาะที่มีความเข้มข้นของน้ำ คอลลาเจน และฮีโมโกลบินสูงกว่าเมื่อเทียบกับเนื้อเยื่อปกติโดยรอบ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเนื้อเยื่อไขมัน การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นเมื่อเทียบกับเนื้อเยื่อปกติมีความเด่นชัดทางสถิติมากกว่าในกรณีของเนื้องอกร้ายมากกว่าเนื้องอกที่ไม่ร้าย^{[ 34 ] [ 35 ]}นอกจากนี้ ค่าสัมประสิทธิ์การกระเจิงโดยทั่วไปจะสูงกว่าสำหรับรอยโรคที่ไม่ร้าย ความแตกต่างดังกล่าวชี้ให้เห็นว่าการตรวจเต้านมด้วยแสงสามารถจำแนกลักษณะของรอยโรคในเต้านมได้^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

การจัดการมะเร็งเต้านมขึ้นอยู่กับลักษณะของเนื้องอกและสภาพของผู้ป่วย หนึ่งในกลยุทธ์ที่เป็นไปได้คือการให้การรักษาแบบนีโอแอดจูแวนท์ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อลดขนาดของเนื้องอกก่อนการผ่าตัด^{[ 38 ]}การศึกษาแสดงให้เห็นว่าหากการรักษาได้ผล ปริมาณน้ำ คอลลาเจน และฮีโมโกลบินในรอยโรคจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งบ่งชี้ว่าเนื้อเยื่อเส้นใยในตอนแรกจะมีลักษณะคล้ายกับเนื้อเยื่อไขมัน^{[ 4 ] [ 39 ]}การวัดด้วยแสงที่สอดคล้องกับช่วงการรักษาอาจติดตามการเปลี่ยนแปลงเพื่อประเมินการตอบสนองของผู้ป่วยต่อการรักษา นอกจากนี้ เชื่อกันว่าประสิทธิภาพของการรักษาสามารถคาดการณ์ได้แม้ในวันแรกของการรักษาโดยพิจารณาจากความเข้มข้นของส่วนประกอบของเต้านมในระยะเริ่มต้น^{[ 40 ] [ 5 ]}

• การตรวจเต้านมด้วยภาพ
• การถ่ายภาพเชิงแสงแบบกระจาย
• การถ่ายภาพด้วยแสง
• สมการการถ่ายเทรังสีและทฤษฎีการแพร่สำหรับการขนส่งโฟตอนในเนื้อเยื่อชีวภาพ
• ช่วงคลื่นอินฟราเรดใกล้ในเนื้อเยื่อชีวภาพ
• ทัศนศาสตร์แบบกระจายในโดเมนเวลา
• การตรวจเต้านมด้วยเลเซอร์โดยใช้เครื่องเอกซเรย์คอมพิวเตอร์