Первый опыт стереомаммографии в России для обследования молочных желез Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки»

УДК 616-073.756.1 О. О. Мануйлова

Первый опыт стереомаммографии в России для обследования молочных желез

Ключевые слова: стереомаммография, фантом молочной железы, дозовая нагрузка, фильтр-мишень. Keywords: stereoscopic mammography, breast phantom, radiation dose, the filter target.

На основании анализа полученных стереоскопических изображений фантома молочной железы (1050 снимков) определены возможности стереоскопической маммографии. Подобраны наиболее информативные режимы экспозиции для соотношения оптимальной визуализации «патологических очагов» фантома молочной железы и дозовой нагрузки. Доказано, что при проведении стереомаммографии (СM) расположение патологического слоя фантома по отношению к детектору не влияет на диагностическую ценность снимка.

Введение

Заболеваемость и смертность от рака молочной железы (РМЖ) остается одной из самых высоких в структуре онкологической патологии в России и во всем мире [2, 3]. Несмотря на успехи, достигнутые в диагностике ранних форм РМЖ, в России остается высокий показатель выявления запущенных случаев этой патологии [4].

Одной из важнейших задач врачей лучевой диагностики остается решение вопроса о рациональном подходе к диагностике заболевания молочных желез. До сих пор не найден оптимальный алгоритм по ранней диагностике РМЖ при всем разнообразии и богатстве выбора различных методов обследования [1].

Диагностические возможности цифровой и аналоговой маммографии ограничиваются наложением изображения соседних тканей, особенно при плотной молочной железе, вследствие двухмерного характера полученных проекционных изображений. Можно предположить, что преодолеть эти ограничения врачам-рентгенологам поможет метод стереомаммографии (CM), который позволит снизить частоту ложных результатов анализа и тем самым повысить качество диагностики РМЖ [5]. До настоящего исследования CМ в РФ не применялась.

Цель исследования

Изучить потенциальные клинические возможности СМ, а также определить оптимальные параметры в рентгеновской съемке для получения наиболее качественных маммограмм.

Материалы и методы

Исследования проводили на цифровой маммографической системе Amulet (Fujifilm, Япония) с плоскопанельным детектором прямого преобразования (FPD) с размером пикселя 50 микрон и высокочастотным рентгеновским генератором. Реконструкция изображений оценивалась на рабочей станции AXON 3D (рис. 1).

На рабочей станции AXON 3D врача установлен монохромный медицинский монитор с разрешением 5 мегапикселей.

Экспериментальное исследование выполнялось на специализированном маммологическом фантоме (рис. 2).

Фантом включает пять пластин, изготовленных из гетерогенного материала, имитирующего ткань молочной железы и имеющего характеристики реальной ткани молочной железы (рис. 2). Каждая пластина со своей уникальной завихря-ющейся структурой из двух тканеэквивалентных материалов обеспечивала различные фоны для тестового набора имитаций микроуплотнений, волокон и масс.

Один слой симулировал патологические образования молочной железы, например узловые образования размером от 0,5 до 1,5 см, которые на фантоме представлены в виде сфер, всего шесть образований. Крупинки симулировали микрокаль-цинаты, волокна — фиброзные тяжи.

Перед началом эксперимента определяли основные характеристики исследуемого объекта: толщина объекта (фантома) — 50 мм, усилие компрессии — (50 Н), малое фокусное пятно рентгеновской

Клиническая медицина

3!

трубки маммографа; прямая проекция (СС), условия съемки. Фантом устанавливался по передней кромке детектора в центральной его части. Данные не изменялись на протяжении всего эксперимента для двухмерной маммографии и стереомаммогра-фии. Перед началом эксперимента была разработана кодировка каждого полученного снимка.

В эксперименте последовательно выполнялись снимки 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:

• 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 (каче-

ственных) снимков; дозу контролировали с помощью универсального дозиметра Unfors.

Для каждого снимка определяли поглощенную дозу, для этого делался повторный снимок на тех же режимах, что и при визуальной оценке.

Установочные параметры эксперимента (мишень/фильтр, кВ, мАс) и измеренные значения дозы (мГр) заносили в таблицу.

Все полученные изображения передавались на автоматическую рабочую станцию врача для оценки снимков.

Результаты и обсуждение

В начале эксперимента определяли выборку режимов съемки по напряжению (кВ) и экспозиции (мАс).

Для получения стереоскопического изображения необходимо сделать два снимка. Первый снимок выполняют в положении трубки 0°, второй сни-

биотехносфера

| № 5(47)/2016

мок — с автоматическим поворотом трубки на 4°. Для уменьшения дозы на второй снимок автоматически снижается значение мАс, значение кВ при этом сохраняется. Дозу рассчитывали суммированием доз первого и второго снимков.

Для определения «стартовых» режимов экспозиции фантома был получен снимок в автоматическом режиме съемки при напряжении 28 кВ, экспозиции 130 мАс, комбинации мишень/фильтр — Mo/Rh. Поглощенная доза составила 11,5 мГр, «патологический» слой был нижний.

Далее, сохраняя экспозицию и комбинацию мишень/фильтр, уменьшали значение напряжения. При 22 кВ и 120 мАс визуализация дефектов на изображении не наблюдалась. Поэтому за минимальное значение напряжения было принято 24 кВ.

Из всего диапазона напряжений с равным шагом (2 кВ) было определено семь значений: 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36 кВ (табл. 1).

Для каждого значения напряжений были выполнены снимки с разным значением экспозиций. Полученные данные обработаны, из них экспериментальным путем отобрано семь значений экспозиции: 80, 120, 140, 160, 180,200, 220 мАс (табл. 2).

Далее было отобрано 49 режимов съемки, при которых визуализация объектов оказалось наилучшей. Затем, меняя положение (патологического слоя фантома) от нижнего до верхнего (всего пять слоев), была произведена серия снимков на определенных ранее режимах.

Из 280 снимков были исключены 35 снимков при напряжении 22 кВ из-за низкого качества изображения. Также для продолжения эксперимента были исключены режимы съемки при напряжении 26 кВ на экспозиции 180, 200 и 220 мАс и при напряжении 28 кВ на экспозиции 80, 120 и 140 мАс, поскольку различий с напряжением 24 кВ также не наблюдалось. Визуально сравнивая полученные результаты по напряжению и экспозиции, из эксперимента были исключены режимы съемки при напряжении 36 кВ.

Таким образом, для продолжения работы было отобрано 20 режимов съемки (табл. 2).

Вторым этапом эксперимента было изменение комбинации мишень/фильтр с Mo/Rh на Mo/Mo,

Таблица 2 Режимы съемки, на которых был продолжен эксперимент

кКв мАс

224 80, 140, 180, 220

228 80, 140, 180, 220

330 80, 140, 180, 220

332 80, 140, 180, 220

334 80, 140, 180, 220

а затем на W/Rh и продолжение съемки на отобранных режимах с сохранением прежних условий.

Так, перед началом эксперимента было выполнено 1050 снимков и отобрано, как и в предыдущих случаях, 20 режимов съемки.

Затем, меняя положение патологического слоя фантома от нижнего до верхнего (всего пять слоев), провели серию снимков на определенных ранее режимах съемки.

При проведении снимков измеряли поглощенную дозу. Для комбинации мишень/фильтр Mo/Rh средняя доза составила 10,8 мГр, минимальная доза — 3,4 мГр при напряжении 24 кВ и экспозиции 80 мАс, максимальная доза — 20,4 мГр при напряжении 30 кВ и экспозиции 80 мАс.

Для снимков, выполненных в ручном режиме, с комбинацией мишень/фильтр Mo/Mo средняя доза составила 12,9 мГр, минимальная доза — 4,2 мГр для напряжения 24 кВ и экспозиции 80 мАс. Максимальная доза наблюдалась при напряжении 30 кВ и экспозиции 80 мАс и составила 24,1 мГр.

Далее была использована комбинация мишень/ фильтр W/Rh и эксперимент продолжили. Для этой комбинации определяли минимальные дозы. Так, средняя доза составила 5,0 мГр, минимальная доза — 2,3 мГр при напряжении 28 кВ и экспозиции 80 мАс, максимальная доза наблюдалась при напряжении 24 кВ и экспозиции 220 мАс и составила 9,995 мГр.

Все полученные изображения передавались на рабочую станцию врача для оценки качества изображения. Для этого были разработаны критерии визуализации объектов по 5-балльной шкале:

5 — объект виден полностью, контуры отчетливо прослеживаются;

4 — объект виден полностью, контуры частично «смазаны»;

3 — объект частично не виден;

2 — объект частично виден;

1 — видны очертания объекта;

0 — объект не виден.

Каждая группа разделена на пять подгрупп по расположению патологического слоя — от первого ряда сверху (дальний от детектора) до пятого ряда (ближний к детектору). В каждой подгруппе определена средняя оценка видимости фантома для каждого снимка (режима экспозиции), для подгруппы и группы.

Таблица 1 Выбор режимов съемки при комбинации мишень/фильтр Mo/Rh

кВ мАс

24 80, 120, 140, 160, 180, 200, 220

26 80, 120, 140, 160, 180, 200, 220

28 80, 120, 140, 160, 180, 200, 220

30 80, 120, 140, 160, 180, 200, 220

32 80, 120, 140, 160, 180, 200, 220

34 80, 120, 140, 160, 180, 200, 220

36 80, 120, 140, 160, 180, 200, 220

Клиническая медицина

37

Средняя оценка видимости от расположения патологического слоя W/Rh

1-й ряд, 4,32

2-й ряд, 3-й ряд, 4-й ряд, 5-й ряд, 4,31 4,31 4,32 4,35

Средняя оценка видимости от расположения патологического слоя Mo/Mo

1-й ряд, 4,54

2-й ряд, 3-й ряд, 4-й ряд, 5-й ряд, 4,54 4,54 4,54 4,55

Средняя оценка видимости от расположения патологического слоя Mo/Rh

1-й ряд, 2-й ряд, 3-й ряд, 4-й ряд, 5-й ряд, 4,59 4,59 4,59 4,59 4,57

Средняя оценка по группам

Мо/Мо, 4,55

Mo/Rh, 4,58

W/Rh,

4,32 4,32

Рис 3 Диаграммы видимости по расположению патологического слоя и соотношении мишень/ фильтр при СМ

Доза (мГр) при режиме 28 кВ 140/42 мАс Средняя °ценка при д°зе 9,5 мГр

Мо/Мо, 15,271

Mo/Rh, 12,863

W/Rh, 5,356

Рис 4

Дозовая нагрузка при различных комбинациях мишень/фильтр

В режиме трехмерной стереомаммографии диагностическая ценность снимка в меньшей степени или даже не зависит от удаленности патологического слоя от детектора (рис. 3).

По результатам сравнения трех групп менее информативной оказалась визуализация фантома с комбинацией мишень/фильтр W/Rh — в среднем 4,32 балла, а лучшая визуализация оказалась при комбинации фильтр/мишень Mo/Rh и составила 4,58 балла (рис. 4).

Дозовая нагрузка в СМ зависит от комбинации мишень/фильтр, так же как и в полноформатной цифровой маммографии, при этом доза в СМ на 20 % больше, так как производятся два снимка (рис. 5).

Из приведенной диаграммы видно, что при равных дозовых нагрузках визуализация фантома лучше для комбинации мишень/фильтр W/Rh и составила 4,48 балла.

Выводы

1. Расположение патологического слоя фантома по отношению к детектору не влияет на диагностическую ценность снимка при проведении СМ.

2. Метод СМ позволяет распознавать на изображении фантома значительное количество элемен-

Мо/Мо, 4,35

W/Rh,

4,48 Mo/Rh,

4,40

Рис 5

Оценка видимости патологии в фантоме при дозе 9,5 мГр с разными комбинациями мишень/фильтр

тов, о чем свидетельствует средняя оценка видимости по группам — 4,58.

3. Для исследуемого фантома наилучший результат по дозе и средней видимости изображения показала комбинация мишень/фильтр W/Rh. Использование этой комбинации позволяет снизить дозовую нагрузку более чем в 2 раза.

Литература

1. Васильев А. Ю., Павлова Т. В. Возможности и преимущества цифрового томосинтеза в дифференциальной диагностике непальпируемых образований молочных желез // Радиология-практика. 2015. № 1 (49). С. 23-29.

2. Каприн А. Д., Старинский В. В., Петрова Г. В. Злокачественные новообразования в России в 2013 году (заболеваемость и смертность). М.: МНИОИ им. П. А. Герцена, филиал ФГБУ «ФМИЦ им. П. А. Герцена» Минздрава России, 2015. С. 10-12.

3. Мерабишвили В. М. Рак молочной железы: заболеваемость, смертность, выживаемость (популяционное исследование) // Вопросы онкологии. 2011. Т. 57, № 5. С. 609-615.

4. Тамкович С. Н., Войцицкий В. Е., Лактионов П. П. Современные методы диагностики рака молочной железы // Биомедицинская химия. 2014. Т. 60. Вып. 2. С. 141-160.

5. Schulz-Wendtland R., Hermann K. P., Wenkel E. [et al.]. First experiments for the detection of simulated mammographic lesions: Digital full field mammography with a new detector with a double plate of pure selenium // Radiologe. 2011. Vol. 51. P. 130-134.

биотехносфера

I № 5(47)/2016