Sebastian Mroczkowski
Business Development Manager, Region CEE, FUJIFILM
Mammografia cyfrowa stała się standardem w badaniach przesiewowych. Pomimo kontrowersji, jakie wzbudza, jest strategią wczesnego wykrywania, która wykazała w randomizowanych badaniach klinicznych zmniejszoną śmiertelność spowodowaną rakiem sutka. Ograniczeniem tradycyjnej mammografii cyfrowej jest nakładanie się na siebie tkanek piersi, które mogą zasłonić zmiany patologiczne lub nawet spowodować, iż prawidłowe struktury anatomiczne wyglądają podejrzanie, przez co zwiększa się liczba fałszywie pozytywnych diagnoz. Tomosynteza, określana jako cyfrowa tomosynteza piersi DBT (Digital Breast Tomosynthesis), dzięki ulepszonej wydajności w opisie struktur oraz eliminacji ich nakładania się, może pomóc w przezwyciężeniu tych ograniczeń. Tomosyntezę w dużym uproszczeniu można opisać jako tomografię ograniczonego kąta – niskodawkowe pełnopolowe obrazy piersi są wykonane pod różnym kątem, a promieniowanie RTG pada na pierś z różnych kierunków. Projekcja płaszczyzn znajdujących się bliżej detektora przesuwa się na krótszym odcinku pomiędzy obrazami niż projekcja płaszczyzn znajdujących się dalej od detektora. Dzięki tej geometrii akwizycji obrazu, struktury w każdej płaszczyźnie są lepiej uwidocznione bez interferencji tkanek, które nie należą do badanej płaszczyzny. Wszystkie obrazy z projekcji znajdują się w każdej zsyntetyzowanej warstwie, a odpowiednio zastosowane przetwarzanie powoduje, że informacje spoza płaszczyzny zanikają w tle, dzięki czemu płaszczyzna zainteresowania zostaje wzmocniona. Każde zdjęcie w projekcji wymaga jedynie ułamka całkowitej dawki stosowanej w mammografii 2D. Ponieważ wszystkie zdjęcia w projekcji są sumowane w celu zsyntetyzowania każdej płaszczyzny, oznacza to, że akwizycja tomosyntezy może zostać wykonana przy dawce promieniowania zbliżonej do tej, którą stosuje się w tradycyjnej mammografii 2D. W 2013 roku firma FUJIFILM wprowadziła na rynek system AMULET Innovality z innowacyjnym detektorem oraz zaawansowanymi aplikacjami tomosyntezy o różnej geometrii akwizycji obrazu. Konstrukcja detektora oparta jest na heksagonalnej siatce, która naśladuje idealny układ izotropowy (wykorzystywany w budowie oka u niektórych zwierząt). W porównaniu z systemem o tradycyjnej kwadratowej siatce, wstępna ocena fizyczna sugeruje wyższą wydajność próbkowania sygnału. W rzeczywistości, w odniesieniu do próbkowania sygnału, jeśli rozważamy ten sam element obszaru, częstotliwość Nyquista jest wyższa w siatce heksagonalnej. Faktycznie, przy zastosowaniu siatki heksagonalnej można próbkować szersze spektrum bez zniekształcenia (aliasingu) z tą samą ilością pikseli. Innymi słowy, przy zastosowaniu struktury heksagonalnej, próbkowanie tego samego sygnału wymaga od 15% do 20% mniejszej ilości elementów do uzyskania tej samej rozdzielczości przestrzennej, w porównaniu z wydajnością sygnału uzyskanego z próbkowania kwadratowego. Efekt ten jest ściśle związany z odległością pomiędzy każdym pikselem oraz elementami otaczającymi. W przypadku siatki kwadratowej każdy element ma ośmiu sąsiadów, a w zależności od rozmieszczenia (w kątach lub wzdłuż osi), występują dwie różne odległości. Natomiast w przypadku struktury heksagonalnej każdy element posiada tylko sześć sąsiadujących pikseli i każdy element znajduje się w równej odległości od swoich sześciu sąsiadów.
Rys. 1 Geometrie i odległości środek-do-środka dla heksagonalnej i kwadratowej macierzy piksela
Dzięki temu każdy element tranzystora TFT zbiera sygnał ze zdecydowanie lepszą wydajnością statystyczną. W takiej geometrii najmniejsza wspólna wielokrotność stosowana do konwersji heksagonalnej macierzy TFT do piksela kwadratowego wynosi 150 µm na osi X i 250 µm na osi Y, co bardzo ułatwia proces rozmieszczenia. Proces konwersji na siatkę kwadratową jest prostym procesem algorytmicznym, realizowanym za pomocą technik uśredniania lub metod interpolacyjnych. Jako pierwszy i jedyny na rynku, FDR AMULET Innovality posiada 2 tryby tomosyntezy: tryb ST, który został opracowany w celu zapewnienia mniejszej dawki promieniowania i krótszego czasu ekspozycji, oraz tryb HR, którego celem jest zwiększenie jakości obrazu i osiągnięcie jak najwyższej rozdzielczości. Zadaniem tych dwóch trybów jest jak najlepiej wpasować się w wymagania każdego przypadku klinicznego, spełniając wszelkie oczekiwania zarówno w badaniach przesiewowych, jak i mammografii diagnostycznej. Podczas pracy w trybie ST zakres ruchu lampy mammografu FDR Amulet Innovality obejmuje kąt 15°, dając obrazy o rozdzielczości przestrzennej do 10 pikseli/mm (Fot. 1a). W trybie HR kąt wzrasta do 40°, a rozdzielczość przestrzenna do 20 pikseli/mm (Fot. 1b). Rozdzielczość wzdłuż pionowej osi (Z) jest głównym celem akwizycji tomosyntezy: wydajność ta mierzona jest poprzez funkcję rozłożenia artefaktów (nazywaną również profilem czułości warstwy). DBT mierzy transmisję promieniowania RTG padającego poprzez pierś w ograniczonym zakresie kątów, następnie rekonstruuje serie zdjęć piersi odtworzonych na różnych wysokościach detektora. Obrazy te przedstawiają ilość tkanki piersi danych płaszczyzn, jak również pozostałą część zachodzących na siebie tkanek. Możliwość zminimalizowania nachodzących na siebie tkanek jest najbardziej krytyczną cechą cyfrowej tomosyntezy piersi.
Fot. 1a Tryb ST- 15° Fot. 1b Tryb HR- 40°
Funkcja rozłożenia artefaktów (ASF) przedstawia sygnał cząstkowy detalu znajdującego się na innej płaszczyźnie niż ta rozpatrywana. Na rysunku 3 przedstawiono funkcję dla akwizycji przy 15° i 40°. Ikonograficzną reprezentację takiej wartości technicznej przedstawiono na fotografii 2 tego samego szczegółu na dedykowanym fantomie, gdzie wyniki akwizycji dla obu kątów (dla tego samego poziomu dawki) przedstawiono kolejno: zdjęcie po lewej stronie (15° ruch lampy, tryb ST) pokazuje mniejszą ilość szumów, natomiast zdjęcie po prawej stronie (40° ruch lampy, tryb HR) pokazuje wyraźnie wyższy kontrast szczegółów.
Rys. 2 Oddzielenie struktur i eliminacja ich nakładania dla różnej geometrii akwizycji tomosyntezy
Rys. 3 Funkcja dla akwizycji przy 15° i 40°
Dzięki wyżej opisanej wydajności, system mammografii cyfrowej FDR AMULET Innovality jest w stanie wykorzystać nowe zaawansowane aplikacje w obrazowaniu piersi. Każdy z dwóch trybów tomosyntezy cechuje się różnym kompromisem w zakresie:
• separacji struktur i eliminacji ich nakładania się,
• szczegółowej reprezentacji (zarówno w odniesieniu do opisanej wcześniej funkcji ASF, jak i dla obrazów o różnej wielkości piksela),
• oczekiwanej średniej dawki gruczołowej (AGD),
• kompresji i czasu ekspozycji.
Akwizycja tomosyntezy dla węższego kąta (tryb ST) oferowana przez system FUJIFILM obejmuje 15° ruch lampy RTG oraz 15 ekspozycji wykonanych w 4 sekundy, przy AGD zbliżonej do typowej akwizycji w cyfrowej mammografii 2D.
Fot. 2 Ikonograficzna reprezentacja tego samego szczegółu na dedykowanym fantomie. Zdjęcie po lewej stronie (15° ruch lampy, tryb ST) – mniejsza ilość szumów; zdjęcie po prawej stronie (40° ruch lampy, tryb HR) – wyraźnie wyższy kontrast szczegółów.
Fot. 3 Obrazy fragmentu piersi tej samej pacjentki przedstawiające różne szczegóły – od lewej do prawej: konwencjonalne FFDM, tryb ST DBT I tryb HR DBT
Podczas akwizycji przy szerszym kącie, obejmującym 40° ruch lampy RTG (w trybie HR), wykonanych jest 15 ekspozycji w czasie nie dłuższym niż 9 sekund. W trybie HR, w porównaniu z trybem ST, dawka zwiększa się o około 30%.
Podsumowując, tryb ST został zaprojektowany, aby spełnić potrzeby badań przesiewowych, a tryb HR – mammografii diagnostycznej. Wprowadzenie nowej techniki powinno rozwiać pewne obawy, które ciągle mają wpływ na wprowadzenie tomosyntezy do codziennej praktyki, umożliwiając dostosowanie różnych protokołów akwizycji do wyboru w zależności od diagnozy. W rezultacie za pomocą jednego systemu AMULET Innovality można zastosować najkorzystniejszą geometrię tomosyntezy aby uzyskać najwyższej jakości obraz diagnostyczny w każdym przypadku klinicznym.
Cały artykuł dostępny w wersji elektronicznej Flippingbook – Inżynier i Fizyk Medyczny 1/2015: www.inzynier-medyczny.pl