Methodology development for breast cancer diagnosis using dual energy x-rays and digital tomosynthesis

Abstract

Στην μαστογραφία ακτίνων-Χ, ο προσυμπτωματικός έλεγχος και η διάγνωση του καρκίνου του μαστού βασίζονται στην ανίχνευση και απεικόνιση των μικροαποτιτανώσεων (μCs) και των μαζών. Η ανίχνευση και η απεικόνιση των μCs σε ένα ομοιογενές υπόβαθρο είναι σχετικά εύκολη. Ωστόσο η απεικόνισή τους μπορεί να είναι δύσκολη σε μαστογραφίες με αλληλεπικαλυπτόμενες δομές. Οι τεχνικές απεικόνισης διπλής ενέργειας (DE) μπορούν να καταστείλουν την αντίθεση μεταξύ λιπώδους και αδενικού ιστού βελτιώνοντας την ανίχνευση των μCs και των μαζών. Η συγκεκριμένη διατριβή εστιάζει στη μελέτη της τεχνικής DE στην απεικόνιση μαστού, με στόχο τη βελτίωση της ανίχνευσης των μCs του μαστού. Αρχικά πραγματοποιήθηκε μια μελέτη προσομοίωσης με βάση την αναλυτική μοντελοποίηση, ενσωματώνοντας μια τροποποιημένη ακτινολογική λυχνία ακτίνων-Χ και έναν ανιχνευτή υψηλής ανάλυσης τύπου CMOS (μέγεθος pixel 22.5 μm). Υπολογίστηκε ο λόγος αντίθεσης προς θόρυβο στην τελική αφαιρούμενη εικόνα DE (CNRtc) για διάφορες δόσεις εισόδου και πάχη μCs χρησιμοποιώντας μονοενεργειακές δέσμες και πολυενεργειακές ακτίνες-Χ. Τη μελέτη προσομοίωσης ακολούθησε η πειραματική διαδικασία χρησιμοποιώντας τις βελτιστοποιημένες συνθήκες ακτινοβόλησης. Κατασκευάστηκαν ομοιογενή και ανομοιογενή ομοιώματα μαστού και δυο ομοιώματα μCs με διάφορα πάχη. Επίσης χρησιμοποιήθηκε και το ομοίωμα ACR. Στη συνέχεια εφαρμόστηκαν μέθοδοι μείωσης θορύβου στην τελική εικόνα DE για την αύξηση του λόγου αντίθεσης προς θόρυβο στην εικόνα DE (CNRDE). Πραγματοποιήθηκε περαιτέρω αξιολόγηση της μεθόδου χρησιμοποιώντας εικόνες DE από καρκινικό δείγμα μαστού σε φορμόλη. Επίσης, συγκρίθηκαν τρεις διαφορετικοί τύποι μCs μέσω της προτεινόμενης μεθόδου DE. Τέλος, διερευνήθηκε η δυνατότητα καλύτερης απεικόνισης των μCs με τη χρήση της μεθόδου DE και ψηφιακής τομοσύνθεσης μαστού (DBT). Απεικονίστηκε το ομοίωμα TORMAM και εφαρμόστηκε η μέθοδος σταθμισμένης λογαριθμικής αφαίρεσης σε κάθε ανακατασκευασμένη τομή. Οι διάφορες πειραματικές διατάξεις που εξετάστηκαν απέδειξαν οτι με τη χρήση της προτεινόμενης μεθόδου DE, βελτιώνεται η απεικόνιση και ανίχνευση των μCs. Επιπλέον, οι εικόνες DE του δείγματος μαστού ήταν άμεσα συγκρίσιμες με την αντίστοιχη μαστογραφία και παρατηρήθηκε βελτίωση στην απεικόνιση των μCs. Η βελτίωση οφείλεται στη χρήση ακτίνων-Χ υψηλότερων kV που οδήγησε σε μεγαλύτερη διαχωρισιμότητα μεταξύ των μέσων ενεργειών των φασμάτων ακτίνων-Χ χαμηλής και υψηλής τάσης λυχνίας, διατηρώντας ταυτόχρονα την MGD σε αποδεκτά επίπεδα. Η χρήση τεχνικών μείωσης θορύβου στην τελική εικόνα DE, οδήγησε σε αύξηση των τιμών CNRDE (περίπου 3 φορές πάνω). Στις εικόνες DE DBT τα όρια των μCs ήταν πιο σαφή συγκριτικά με την εικόνα χαμηλής ενέργειας. Τα αρχικά αυτά αποτελέσματα έδειξαν ότι η DE DBT είναι μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος.