CC BY
25
3!
Клиническая медицина
УДК 616-073.756.1
О. О. Мануйлова, А. В. Прохоров
Экспериментальное исследование диагностических возможностей стереомаммографии
Ключевые слова: стереомаммография, фантом молочной железы, дозовая нагрузка, фильтр/мишень. Keywords: stereoscopic mammography, breast phantom, radiation dose, filter target.
На основании анализа проведенного экспериментального сравнения полноформатной цифровой маммографической системы (2D-маммография) и стереоскопической маммографии (3D-маммография), используя детектор высокого разрешения, в ручном режиме установили зависимость дозовой нагрузки и визуализации объектов. Определили оптимальные соотношения мишень/фильтр для 2D- и 3D-маммографии. Доказано, что метод трехмерной стереомаммографии (3D-M) при той же дозе, что и при полноформатной цифровой маммографии (2D-M), существенно увеличивает распознавание детализации фантома.
Введение
Технический прогресс в получении цифрового изображения в маммографии достиг такой степени за последние несколько лет, что в дополнение к обычным двухмерным изображениям цифровые маммографические системы могут использоваться и в качестве платформы для дальнейшего совершенствования визуализации начальных форм развития РМЖ, новых методов обследования, таких как контрастная маммография или томосинтез [2, 3, 5]. Так же как контрастную маммографию и цифровой томосинтез, компания FugiFilm (Япония) предложила новый метод визуализации молочной железы в объемном изображении. В реальной жизни наши глаза разделены, расстояние между ними примерно 65 мм; это разделение приводит к тому, что одно и то же изображение поступает в головной мозг в виде двух картинок, полученных немного под разным ракурсом. Благодаря этому головной мозг имеет возможность оценивать глубину расположения объекта, оценивать его объем. 3D-маммографическая система состоит из сканирующей системы, выполняющей рентгенологическое исследование, и специальной системы для просмо-
тра изображений и получения объемного изображения. Для получения объемного изображения выполняются две экспозиции молочной железы 0° и 4°, таким образом, мы получаем два изображения для правого и левого глаза. Каждое изображение передается на отдельный монитор и затем на специальное зеркало-светоотделитель. В результате преобразования получаются два отдельных изображения, которые можно видеть через специальные 3D-очки, затем в головном мозге формируется объемное изображение [1, 4].
Цели: экспериментальное сравнительное исследование полноформатной цифровой маммографической системы ^D-маммография) и стереоскопической маммографии ^D-маммография); с использованием детектора высокого разрешения, определение в ручном режиме зависимости дозовой нагрузки и визуализации объектов; определение оптимальных соотношений мишень/фильтр для 2D- и 3D-маммографии.
Материалы и методы
Исследования проводили на цифровой маммографической системе Amulet (Fujifilm, Япония) с плоскопанельным детектором прямого преобразования, с размером пикселя 50 микрон, с высокочастотным рентгеновским генератором, с использованием приемного устройства 24 х 30 см2, глубиной памяти 12 бит, пространственным разрешением 10 пар линий/мм.
Использовался новый метод передачи данных, основанный на технологии оптического переключателя. В качестве объекта исследования применяли маммографический фантом Model 010 & 011A Target (рис. 1). Фантом предназначен для текущего и периодического контроля любой маммографической системы на способность ранней диагностики рака молочной железы. Дозовую нагрузку контролировали с помощью универсального дозиметра Unfors.
13 . ' 12 . • 11
яШжш
14 15 16 17 18
О
31
10
29 28 27 26 25
24
32
Рис. 1
Маммографический фантом Model 010 & 011A Target. Тестовые объекты:
1 — 5-20 пар линий/мм; крупинка карбоната кальция: 2 — 0,13 мм; 3 — 0,165 мм; 4 — 0,196 мм; 5 — 0,23 мм; 6 — 0,275 мм; 7 — 0,4 мм; 8 — 0,24 мм; 9 — 0,196 мм; 10 — 0,165 мм; 11 — 0,23 мм; 12 — 0,196 мм; 13 — 0,165 мм; железистая ткань, глубина 1 см: 14 — 100 %; 15 — 70 %; 16 — 50 %; 17 — 30 %; 18 — 100 % жировой ткани, глубина 1 см; нейлонное волокно диаметром: 19 — 1,25 мм; 20 — 0,83 мм; 21 — 0,71 мм; 22 — 0,53 мм; 23— 0,3 мм; полусферический объект 75 % железистой массы, 25 % — жировой: 24 — 4,76 мм3; 25 — 3,16 мм3; 26 — 2,38 мм3; 27 — 1,98 мм3; 28 — 1,59 мм3; 29 — 1,19 мм3; 30 — 0,9 мм3; 31 — маркерная зона оптической плотности; 32 — метки границы пучка
9
Тест-объекты фантома перекрывают диапазоны характеристик от лучших маммографических систем до таких, которые обязательны для любого аппарата. Параметры экспозиции выставляли в ручном режиме, за начальную точку были взяты полученные в автоматическом режиме параметры съемки, для данного фантома они составили: 28 кВ, 123 мАс, Mo/Rh, Керма — 9,25 мГр. В этом эксперименте, так же, как и в первом эксперименте, снимки были получены последовательно в трех спектрах рентгеновского излучения при комбинациях мишень/фильтр:
• Mo/Mo (молибден/молибден;
• Mo/Rh (молибден/родий);
• W/Rh (вольфрам/родий),
в двух режимах съемки маммографа:
• в автоматическом, где параметры экспозиции определялись по внутренним алгоритмам маммографа для обеспечения наилучшего качества;
• в ручном, где параметры экспозиции выставлялись вручную путем перебора значений напряжения (кВ) и электрического заряда (мАс), при которых возможно получение читабельных (качественных) снимков.
Фантом симулирует компрессированную молочную железу с патологическими образованиями: узловые образования, крупинки, волокна и мира пространственного разрешения. Высота фантома — 50 мм.
Первое изображение было выполнено в автоматическом режиме, получены параметры: 28 кВ, 140 мАс, Mo/Rh, Керма — 12,86 мГр. Параметры свидетельствуют о примерно одинаковой плотности
фантомов, полученных при проведении эксперимента с фантомом Mammography BR3D Phantom Model 020, что позволяет подобранные режимы экспозиции для фантома № 1 применить к фантому № 2 (табл. 1).
Так же, как и в первой части эксперимента, мы изменяли комбинации мишень/фильтр с Mo/Rh на Mo/Mo, а затем на W/Rh и продолжили съемку на отобранных режимах, сохраняя прежние условия.
Все полученные изображения передавались на рабочую станцию врача.
Фантом № 2 оценивался по критериям видимости на снимке: 5-20 пар линий, 12 крупинок карбоната кальция различного размера, железистая и жировая ткани, 5 нейлоновых волокон и 7 полусферических объектов различного диаметра. Все критерии оценивались по шкале видимости от 0 до 5.
5 — объект виден полностью, контуры отчетливо прослеживаются; 4 — объект виден полностью, контуры частично «съедены»; 3 — объект частично не виден; 2 — объект частично виден; 1 — видны очертания объекта; 0 — объект не виден.
Таблица 1 Режимы экспозиции, используемые в эксперименте
кВ мАс
24 80, 140, 180, 220
28 80, 140, 180, 220
30 80, 140, 180, 220
32 80, 140, 180, 220
34 80, 140, 180, 220
биотехносфера
I № 5(47)/2016
2Б-средняя оценка от дозы, мГр
3Б-средняя оценка от дозы, мГр
р
Г
м
о
20
15
10
Рис. 2
1,00 2,00 3,00
Средняя оценка
4,00
Дозовая нагрузка в зависимости от примененных комбинаций мишень/фильтр методом 2В-маммографии: 1 — Мо/Мо; 2 — W/Rh; 3 — Mo/Rh;
4 — экспоненциальная (Mo/Mo);
5 — экспоненциальная (W/Rh);
6 — экспоненциальная (Mo/Rh)
45 40 35 30
р
Г 25
ö 20
15 10
5
Рис. 3
3,50 4,00 4,50
Средняя оценка
5,00
Дозовая нагрузка в зависимости от примененных комбинаций мишень/фильтр методом 3П-маммографии: 1 — Мо/Мо; 2 — W/Rh; 3 — Mo/Rh;
4 — экспоненциальная (Mo/Mo);
5 — экспоненциальная (W/Rh);
6 — экспоненциальная (Mo/Rh)
20 18 16 р14 § 12 а, 10 8 6 4 2
о
2D и ЭБ-средняя оценка от дозы при комбинации Мо/Мо, мГр
1,00
2,00 3,00 Средняя оценка
4,00
1,00
2,00 3,00 Средняя оценка
4,00
5,00
2D и 3Б-средняя оценка от дозы при комбинации W/Rh, мГр
40 35 30
£25 м а, 20 з
£15
10
5
5,00
2D и 3Б-средняя оценка от дозы при комбинации Мо/Rh, мГр
1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Средняя оценка
Рис 4
Средняя оценка визуализации тестового объекта при 2D и 3D-маммографии в зависимости от дозовой нагрузки и комбинации мишень/фильтр:
1 — 2D; 2 — 3D; 3 — экспоненциальная (2D); 4 — экспоненциальная 3D
4
6
5
0
0
4
0
0
Таблица 2 Средняя оценка видимости методом 2D- и 3D-маммографии при одинаковой дозовой нагрузке
Метод Mo/Mo W/Rh Mo/Rh
2D-M 2,8 3,8 3,4
3D-M 3,8 4,5 4
Данные экспериментов были занесены в таблицу, разбитую на три группы по комбинации мишень/фильтр:
• Mo/Mo (молибден/молибден);
• W/Rh (вольфрам/родий);
• Mo/Rh (молибден/родий).
В каждой подгруппе была определена средняя оценка видимости фантома для каждого снимка (режима экспозиции). В режиме полноформатной цифровой маммографии (2D-M) диагностическая ценность снимка зависит от дозы излучения и комбинации мишень/фильтр (рис. 2).
Наименьшая доза при равноценной визуализации тестового объекта (средней оценке) достигается при комбинации W/Rh.
Такая же закономерность сохраняется при методе трехмерной стереомаммографии (3D-M), наименьшая доза обеспечивается комбинацией W/Rh. При комбинациях Mo/Mo и Mo/Rh графики практически сливаются, значение фильтра при молибденовом аноде не имеет значения (рис. 3).
Сравнение групп (Mo/Mo, W/Rh, Mo/Rh) при двух методах (2D-M и 3D-M), показаны на рис. 4.
Аппроксимируемые данные на графиках показывают, что по всем трем группам (Mo/Mo, W/ Rh, Mo/Rh) метод трехмерной стереомаммографии (3D-M) позволяет снизить уровень дозы при той же визуализации снимка (средняя оценка). Так, при дозе 10 мГр для трех групп (Mo/Mo, W/Rh, Mo/Rh)
в табл. 2 представлена средняя оценка для обоих методов 2D-M и 3D-M.
Наилучший результат при дозе 10 мГр — 4,5 балла при методе 3D-M и комбинации W/Rh.
Выводы
1. Для исследуемых фантомов наилучший результат по дозе и средней видимости изображения фантома показала комбинация W/Rh. Использование этой комбинации позволяет снизить дозовую нагрузку более чем в 2 раза.
2. Метод трехмерной стереомаммографии (3D-M) при той же дозе, что и при полноформатной цифровой маммографии (2D-M), существенно увеличивает распознавание детализации фантома.
Литература
1. Getty D. J., D'Orsi C. J., Pickett R. M. Stereoscopic digital mammography: Improved accuracy of lesion detection in breast cancer screening. Proceedings of the International Workshop on Digital Mammography. 2008. P. 74-79.
2. Pisano E., Hendrick R. E. [et. al.]. Diagnostic Accuracy of Digital versus Film Mammography // Radiology, 2008. 246. P. 376-383.
3. Visbox. VisCube-SX Multiscreen Immersive 3D Display. [Электронный ресурс] http://www.visbox.com/viscube-SX. Accessed June 10, 2010.
4. Zhang S., Demiralp C., Keefe D. F. [et al.]. An immersive virtual environment for DT-MRI volume visualization applications: a case study. In: IEEE Visualization, San Diego, Calif: IEEE Computer Society, 2001. P. 437-584.
5. Dalrymple N. C., Prasad S. R., Freckleton M. W., Chinta-palli K. N. Informatics in radiology (infoRAD): introduction to the language of three-dimensional imaging with multidetector CT // RadioGraphics. 2005. Vol. 25 (5). P. 1409-1428.
биотехносфера
I № 5(47)/201Б
