Experimental Phantom Lesion Detectability Study Using a Digital Breast Tomosynthesis Prototype System

Zusammenfassung

Ziel: Vergleich der Sensitivität von konventioneller zweidimensionaler Projektionsbildgebung mit Tomosynthese anhand der Detailerkennbarkeit eines Mammographie-Phantoms. Material und Methode: Mit einem Mammographie-Tomosynthese-Prototypsystem, basierend auf einem kommerziellen digitalen Vollfeld-Mammographiesystem (Siemens MAMMOMAT Novation ^DR), wurden sowohl Standard-Projektionsbilder als auch Tomosynthese-Serien von Projektionsbildern aufgenommen. Das Prototypgerät mit schnellem Detektor auf Basis von amorphem Selen ermöglichte die Bewegung der Röhre über einen großen Winkelbereich. Testobjekt war das Wisconsin-Mammographic-Random-Phantom, Modell RMI 152A. Als typische radiographische Aufnahmetechniken wurden die Anoden-/Filterkombinationen Mo/Mo und W/Rh mit jeweils zwei unterschiedlichen Dosiswerten verwendet. Die Bilddatensätze wurden in einer Beobachterstudie mit 5 Radiologen hinsichtlich der Detailerkennbarkeit ausgewertet. Ergebnisse: Bei allen untersuchten Aufnahmetechniken war die Detektionsrate der Tomosynthese maximal, d. h. es wurden von 75 möglichen Befunden 75 richtig positive Befunde erzielt. Die Details wurden vollständig erkannt, die Detektionsrate betrug 100 %. Demgegenüber erlaubte die konventionelle Projektionsbildgebung nur eine Detektionsrate von 80 bis 93 % (entsprechend 60 bis 70 Details von 75 möglichen), abhängig von Röntgenspektrum und Dosis. Schlussfolgerung: Die Tomosynthese hat das Potenzial, die Sensitivität der digitalen Mammographie zu steigern. Überlappende Strukturen aus benachbarten Schichten können beim Rekonstruktionsprozess beseitigt werden und damit die Diagnose erleichtern.

Abstract

Purpose: To compare the sensitivity of conventional two-dimensional (2D) projection imaging with tomosynthesis with respect to the detectability of mammographic phantom lesions. Materials and Methods: Using a breast tomosynthesis prototype based on a commercial FFDM system (Siemens MAMMOMAT Novation ^DR), but modified for a wide angle tube motion and equipped with a fast read-out amorphous selenium detector, we acquired standard 2D images and tomosynthesis series of projection views. We used the Wisconsin mammographic random phantom, model RMI 152A. The anode filter combinations Mo/Mo and W/Rh at two different doses were used as typical radiographic techniques. Slice images through the phantom parallel to the detector were reconstructed with a distance of 1 mm employing a filtered back-projection algorithm. The image data sets were read by five radiologists and evaluated with respect to the detectability of the phantom details. Results: For all studied radiographic techniques, the detection rate in the tomosynthesis mode was 100 %, i. e. 75 true positive findings out of 75 possible hits. In contrast, the conventional projection mode yielded a detection rate between 80 and 93 % (corresponding to 60 and 70 detected details) depending on the dose and X-ray spectrum. Conclusion: Tomosynthesis has the potential to increase the sensitivity of digital mammography. Overlapping structures from out-of-plane tissue can be removed in the tomosynthesis reconstruction process, thereby enhancing the diagnostic accuracy.

Key words

Mammography - digital radiography - image reconstruction - tomosynthesis - digital X-ray detector - detectability

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