Цифровой томосинтез молочной железы

Цифровой томосинтез молочной железы (DBT) — это метод визуализации, позволяющий выполнять объемную реконструкцию всей молочной железы на основе ограниченного числа низкодозовых двухмерных проекций, полученных под различными углами наклона рентгеновской трубки, по геометрическому принципу, очень схожему с классической стратиграфией (линейной томографией).

История

Хотя прямая цифровая маммография (FFDM — полноформатная цифровая маммография) повысила чувствительность метода, особенно при высокой плотности ткани молочных желез, число ложноотрицательных (FN) результатов остается высоким, главным образом из-за наличия плотной ткани, которая может снижать видимость патологических очагов: маммограмма фактически представляет собой «суммационное изображение», отображающее в одной плоскости в той или иной степени видимое изображение всех структур, пересекаемых рентгеновским пучком между входной и выходной поверхностями.

Теоретические решения этой проблемы существуют: главным из них является МРТ, однако это не идеальный вариант, поскольку он дорогостоящий, трудоемкий и во многих случаях может быть недоступен в том же отделении.

Вместо этого необходимо решение, которое:

• доступно по стоимости (небольшая надбавка к цене маммографии),

• быстрый (рентгенолог должен иметь возможность провести дополнительное исследование сразу после оценки маммографических изображений)

• практичный (исследование должно проводиться в том же помещении теми же специалистами),

• простой (новый метод потребовал бы от рентгенолаборантов и рентгенологов освоения новых методик проведения исследования и оценки).

Явления суммации и субтракции, потенциально ответственные за возникновение ложноположительных данных исследования (ЛП) и маскировку истинноположительных данных исследования (ИП), побудили Alessandro Vallebona в 1930 году создать и внедрить «стратиграфию» (далее именуемую «томографией») — дополнительный метод лучевой диагностики, направленный на получение аналитических изображений, отображающих исключительно структуры, входящие в предварительно выбранные слои исследуемой области. Этот метод не был лишен недостатков, к которым относятся:

• ограниченное контрастное разрешение, обусловленное внутренним затенением изображения;

• наличие паразитных теней (т. е. фонового шума);

• высокая суммарная доза облучения при многократных последовательных экспозициях интересующих слоев.

Благодаря технологии плоскопанельных детекторов переосмысление томографии Валлебоны в цифровом формате было предложено в качестве инструмента ранней диагностики: цифровой томосинтез молочных желез (DBT — Digital Breast Tomosynthesis).

Методика

При DBT рентгеновская трубка движется по дуге, во время чего выполняется серия снимков, причем при каждом из них лучевая нагрузка составляет лишь долю от дозы при стандартной маммографии. Во время сбора данных каждый элемент детектора последовательно во времени получает информацию о каждом элементе объема объекта. Таким образом, набор цифровых проекций содержит полную структурную информацию обо всех слоях объекта в виде сырых данных. Они передаются на компьютер, где с помощью соответствующих алгоритмов реконструкции восстанавливается порядок и выполняется корректное суммирование проекционных значений, что в конечном итоге позволяет получить срезы, сопоставимые со срезами традиционной томографии, но лишенные описанных выше недостатков.

Таким образом, томосинтез формирует не прямые проекционные изображения, а реконструированные изображения отдельных слоев с помощью различных доступных алгоритмов разной эффективности, каждый из которых направлен на устранение «структурного шума» выше- и нижележащих слоев из реконструированного среза.

Алгоритмы реконструкции, применявшиеся в аппаратах первого поколения (включая алгоритм FBP — фильтрованной обратной проекции, идеальный для реконструкции данных КТ при сборе на 360°, но не оптимальный для реконструкции DBT, где он создает шум и артефакты), в настоящее время уступили место итеративным алгоритмам, таким как SART (метод одновременной алгебраической реконструкции) и MLEM (метод максимального правдоподобия с максимизацией математического ожидания), которые способны улучшить качество изображения за счет итогового уменьшения полосчатых (streaking) артефактов, а также увеличения соотношения контраст-шум, улучшая визуализацию микрокальцинаций и контура кожи.

DBT позволяет выявлять большее число экспансивных очагов и проводить более качественный морфологический анализ объёмных образований и нарушений архитектоники благодаря более высокой контрастности изменений по сравнению с фоном, достигаемой за счёт устранения влияния структур выше- и нижележащих слоёв, а также за счёт меньшего уровня шума. Таким образом преодолевается одно из ограничений двухмерной визуализации — маскировка очагов из-за наложения нормальных анатомических структур.

Возможность послойного разделения позволяет предположить снижение доли ложноотрицательных и ложноположительных результатов, обусловленных эффектом суммации (наложения тканей).

Согласно данным ранних клинических исследований, DBT обеспечивает лучшую визуализацию большего процента случаев рака молочной железы по сравнению с традиционной маммографией, снижая долю ложноотрицательных (FN) результатов ориентировочно на 15%. Исследования указывают на повышение чувствительности и специфичности DBT примерно на 30% по сравнению с FFDM со снижением частоты повторных вызовов на дообследование при скрининге приблизительно на 40%.

Дополнительным преимуществом DBT является отсутствие необходимости в специальном обучении оператора (укладка молочной железы выполняется так же, как и при стандартной маммографии в проекциях MLO и/или CC) и врача-рентгенолога (поскольку он продолжает проводить диагностику по изображениям с характеристиками маммограмм).

В настоящее время продолжается исследование, сравнивающее клиническую эффективность FFDM в двух проекциях (CC + MLO) и DBT в одной проекции (MLO) с соблюдением ограничений по дозе облучения. До тех пор, пока не будет продемонстрирована как минимум клиническая «не меньшая эффективность» DBT по сравнению с FFDM, увеличение дозы при DBT не является обоснованным. По этой причине доза ограничивается так, чтобы не превышать дозу двухпроекционной FFDM.
Общими характеристиками для всех систем DBT являются режим выполнения (проекция MLO), время сбора данных (10–20 с) и время реконструкции (от 40 до 180 с), толщина срезов (1 мм), режим отображения (одиночный срез или режим динамического просмотра slab cine loop), возможность выполнения стандартных маммограмм и выбор режима FFDM/DBT в реальном времени при сохранении компрессии молочной железы.

При этом наблюдается значительная вариабельность количества получаемых снимков (от 13 до 25) и угла сканирования (от 15° до 50°) — существенных факторов качества изображения, которое при DBT зависит от дозы, числа проекций и угла сбора данных, а также от количества экспозиций: так, узкий угол с малым количеством экспозиций обеспечивает быстрый сбор 3D-данных, но с низким разрешением, в то время как широкий угол с большим количеством экспозиций обеспечивает высокое 3D-разрешение, однако при меньшей скорости сбора данных, что приводит к возникновению двигательных артефактов и ухудшению качества реконструированных изображений.

Интересной альтернативой является томосинтез с переменной геометрией (V-DBT), который обеспечивает высочайшее 3D-разрешение при максимальной скорости сбора данных благодаря неравномерной дискретизации.

При V-DBT выполняется 13 снимков при угле качания трубки 40°, при этом на центральный снимок приходится 50% от общей полученной дозы (столько же, сколько требуется для одной маммографической проекции), а оставшиеся 50% неравномерно распределяются между остальными двенадцатью экспозициями.

Алгоритм реконструкции в системе V-DBT в полной мере использует всю информацию, полученную в проекции 0°, которая по сути представляет собой стандартную маммограмму с высоким контрастом, а также дает ценные данные для визуализации микрокальцинатов и их идентификации с помощью 3D CAD — технологии, которая пока недоступна, но безусловно относится к перспективным направлениям развития DBT.

В заключение, DBT безусловно способен улучшить визуализацию плотной ткани молочных желез при дозе облучения, соответствующей двухпроекционной маммографии, сохраняя высокое пространственное разрешение и быстрый рабочий процесс, характерные для FFDM. DBT позволяет повысить специфичность скрининга за счет исключения эффекта наложения перекрывающихся структур, облегчая тем самым выявление небольших очагов.

Йодсодержащие контрастные вещества могут предоставить более детальную информацию о динамике кровоснабжения ранее выявленных очагов даже по сравнению с данными, полученными при CEDM — контрастной цифровой маммографии.