Оценка состояния лимфатических узлов (ЛУ) является важным фактором для определения стадии заболевания и выбора оптимальной тактики лечения при раке молочной железы (РМЖ). При традиционной диссекции ЛУ часто обнаруживается, что лишь небольшая часть ЛУ являются метастатическими, и этот факт необходимо сопоставлять с потенциальными осложнениями диссекции, такими как лимфедема. Золотым стандартом оценки состояния ЛУ остается послеоперационный гистопатологический анализ, который может быть реализован только при условии извлечения ЛУ, и не достижим при интраоперационной диагностике без лимфаденэктомии. В качестве методов интраоперационной маркировки сигнальных ЛУ применяют радиоизотопный метод и ряд новых технологий, таких как флуоресцентная лимфография, ультразвуковое исследование с контрастным усилением и др. [1]. Ограничениями этих методов являются введение экзогенных агентов и вероятность ложноотрицательных результатов. Поэтому актуальной задачей является развитие и применение новых интраоперационных, высокоразрешающих и высокочувствительных методов, способных обнаруживать и оценить состояние ЛУ, удаление которых будет достоверно определять степень распространения опухолевого процесса в регионарных лимфатических коллекторах без лимфаденэктомии. Таким методом может стать оптическая когерентная томография (ОКТ) с ее новой эластографической модальностью – ОКТ-эластографией (ОКЭ), демонстрирующей высокий контраст морфологических структур ЛУ и способной количественно оценивать их упругие свойства, которые значительно изменяются при метастатическом поражении ЛУ. Ранее в наших исследованиях был показан потенциал применения ОКЭ с оценкой модуля упругости для дифференциальной диагностики подтипов РМЖ и обнаружения границ резекции РМЖ [2]. Целью данного исследования является определение значений жесткости различных морфологических структурных компонентов неизмененных ЛУ и ЛУ с метастатическим поражением при РМЖ с помощью метода компрессионной ОКЭ.

Исследование методом ОКЭ было проведено на 19 послеоперационных образцах ЛУ от 17 пациентов с диагнозом РМЖ (в возрасте от 42 до 72 лет) после подмышечной лимфаденэктомии. Все образцы были разделены на три группы согласно результатам патоморфологического исследования: нормальные (n=5), ЛУ с реактивными воспалительными изменениями (n=8) и метастатические (n=6) ЛУ. В исследовании использовалась установка скоростной спектральной мультимодальной ОКТ (ИПФ РАН, Россия) с центральной длиной волны 1310 нм, мощностью излучения 20 мВт, поперечным пространственным разрешением ~ 20 мкм, разрешением по глубине ~ 15 мкм, глубиной сканирования ~ 1,7 мм и скоростью сканирования 20 000 А-сканов/сек. Система обеспечивает выполнение фазочувствительной компрессионной ОКЭ для визуализации упругих свойств ткани. В основе данного метода для картирования деформации ткани лежит векторный подход к оценки межкадровой вариации градиента фазы ОКТ-сигнала [3]. Использование калибровочного силиконового слоя с известной жесткостью на поверхности исследуемой ткани позволяет вычислять абсолютные значения жесткости ткани – модуль упругости Юнга в кПа. Двухмерные ОКЭ изображения получаются в режиме реального времени с пространственным разрешением 40-50 мкм и размером изображения (B-сканов) 4,0 × 1,25 мм. Для построения и анализа ОКЭ изображений выбирается стандартизированный уровень давления на ткань, позволяющий не только качественно сравнивать, но и количественно оценивать жесткость в различных морфологических структурах и при различных условиях.

В результате исследования были установлены характерные диапазоны значений жесткости для различных морфологических структурных компонентов неизмененных ЛУ и ЛУ с метастатическим поражением. В случае нормальных ЛУ на ОКЭ изображении жировая ткань характеризуется самыми низкими значениями жёсткости (50-150 кПа), фиброзная капсула и трабекулы между фолликулами идентифицируется по высоким значениям жесткости (400-800 кПа), в коре фолликулы представлены в виде областей овальной формы со средними значениями жесткости (150-400 кПа). Кроме того, ОКЭ позволяет дифференцировать ЛУ с реактивными изменениями, которые характеризуются разрастанием лимфатической ткани и нарушением нормальной структуры ЛУ. На ОКЭ изображениях реактивные ЛУ визуализируются как однородные области со средними значениями жесткости (200-400 кПа). При этом на ОКЭ изображениях четкая граница между капсулой, трабекулами и корой теряется. В случае метастатического поражения ЛУ, подтвержденных патоморфологическим исследованием, на ОКЭ изображениях нарушается нормальная структура коры ЛУ, идентификация капсулы и фолликулов невозможна, отмечается преобладание областей с самыми высокими значениями жесткости (более 800 кПа), морфологически соответствующие скоплениям опухолевых клеток.

Компрессионная ОКЭ позволяет на основе оценки значений жесткости не только определять статус ЛУ, но и статистически достоверно дифференцировать основные микроструктурные компоненты ЛУ, такие как соединительнотканная капсула, кора с фолликулами, трабекулы, жировая ткань и области скопления опухолевых клеток. Компрессионная ОКЭ представляет собой новый высокоэффективный метод для интраоперационной оценки состояния ЛУ in situ. Требуется проведение дальнейших исследований для разработки алгоритма введения данной методики в клиническую практику.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №18-75-10068.



1. Ahmed M. et al. Novel techniques for sentinel lymph node biopsy in breast cancer: a systematic review // Lancet Oncol. 2014. Vol. 15. P. e351-62.

2. Gubarkova E.V. et al. OCT-elastography-based optical biopsy for breast cancer delineation and express assessment of morphological/molecular subtypes//Biomed Opt Express. 2019. Vol. 10. P. 2244-2263.

3. Zaitsev V.Y. et al. Strain and elasticity imaging in compression optical coherence elastography: The two-decade perspective and recent advances // J Biophotonics. 2021. Vol. 14. P. e202000257.

Assessment of the lymph nodes (LNs) condition is an important factor for determining the stage of the disease and choosing the optimal treatment tactics for breast cancer. Traditional dissection of the LNs often reveals that only a small proportion of the LNs are metastatic, and this fact must be weighed against the potential complications of dissection, such as lymphedema. The gold standard for assessing the state of the LN remains postoperative histopathological analysis, which can be implemented only if the LN is removed, and is not achievable with intraoperative diagnosis without lymphadenectomy. The radioisotope method and a number of new technologies, such as fluorescent lymphography, ultrasound with contrast-enhancement, etc., are used as methods for intraoperative marking of signal LNs [1]. Limitations of these methods are the administration of exogenous agents and the potential for false negative results. There remains a need to develop and apply new intraoperative, high-resolution and highly sensitive methods capable of determining the necessity of LN removal, which will reliably evaluate the extent of the tumor process in regional lymphatic collectors without lymphadenectomy. In this context, a promising method is Optical Coherence Tomography (OCT) with its new elastographic modality - OCT elastography (OCE), which demonstrates a high contrast of morphological structures of the LN and is able to quantify their elastic properties, which change significantly with metastatic lesions of the LN. Recently, our studies showed the potential of using OCE with an assessment of the elastic modulus for the differential diagnostics of breast cancer subtypes and asssesment of breast cancer surgical margins [2].The aim of this study is to determine the stiffness values of various morphological structural components of intact LNs and LNs with metastatic lesions in breast cancer using the compression OCE method.

The OCE study was performed on 19 postoperative samples of LN from 17 patients (aged from 42 to 72 years) with breast cancer after axillary lymphadenectomy. All samples were divided into three groups according to the results of pathomorphological examination: intact (n=5), LNs with reactive inflammatory changes (n=8) and metastatic (n=6) LNs. The study used a high-speed spectral multimodal OCT facility (IAP RAS, Russia) with a central wavelength of 1310 nm, radiation power of 20 mW, lateral resolution of ~ 20 μm, axial resolution of ~ 15 μm, scanning depth of ~ 1.7 mm, and 20,000 A-scans/sec scanning rate. The system is capable to perform phase-sensitive compression OCE to visualize tissue elastic properties. This method for mapping tissue deformation is based on the vector approach for estimating the interframe variation of the phase gradient of the OCT signal [3]. The use of a calibration silicone layer with a known stiffness on the surface of the tissue under study makes it possible to calculate the absolute values of the tissue stiffness - Young's modulus of elasticity (measured in kPa). OCE images are obtained in real time with a spatial resolution of 40-50 µm enabling 2D lateral scanning within a range of 4,0 × 1,25 mm. For the construction and analysis of OCE images, a standardized level of pressure on the tissue is selected, which allows not only qualitative comparison, but also quantitative assessment of stiffness in various morphological structures under various conditions.

As a result of this study, characteristic ranges of stiffness values were established for various morphological structural components of unchanged LNs and LNs with metastatic lesions. In the case of intact LNs on the OCE image, the adipose tissue is characterized by the lowest stiffness values (50-150 kPa); the fibrous capsule and trabeculae between the follicles are identified by high stiffness values (400-800 kPa); in the cortex the follicles are presented as oval-shaped areas with medium stiffness values (150-400 kPa). In addition, OCE makes it possible to differentiate LN with reactive changes, which are characterized by the growth of lymphatic tissue and disruption of the normal structure of the LNs. On OCE images, reactive LNs are visualized as homogeneous areas with average stiffness values (200-400 kPa). At the same time, a clear boundary between the capsule, trabeculae, and cortex is lost on OCE images. In case of metastatic lesion of the LNs, confirmed by pathomorphological examination, the normal structure of the cortex of the LNs is disturbed on the OCE images, the identification of the capsule and follicles is impossible, there is a predominance of areas with the highest stiffness values (more than 800 kPa), morphologically corresponding to accumulations of tumor cells.

Compression OCE based on the assessment of stiffness values, allows not only to determine the status of the LN, but also to statistically significantly differentiate the main microstructural components of the LN, such as the connective tissue capsule, cortex with follicles, trabeculae, adipose tissue, and areas of accumulation of tumor cells. Compression OCE is a new highly effective method for intraoperative evaluation of the LNs condition in situ. Further research is needed to develop an algorithm for introducing this technique into clinical practice.

The study was supported by Russian Science Foundation, grant No. 18-75-10068.



1. Ahmed M. et al. Novel techniques for sentinel lymph node biopsy in breast cancer: a systematic review // Lancet Oncol. 2014. Vol. 15. P. e351-62.

2. Gubarkova E.V. et al. OCT-elastography-based optical biopsy for breast cancer delineation and express assessment of morphological/molecular subtypes//Biomed Opt Express. 2019. Vol. 10. P. 2244-2263.

3. Zaitsev V.Y. et al. Strain and elasticity imaging in compression optical coherence elastography: The two-decade perspective and recent advances // J Biophotonics. 2021. Vol. 14. P. e202000257.