а) Компромисс физических принципов. Внедрение цифровой визуализации в отделения радиологии начинается в 1981 г., когда компания Fuji при общих рентгенологических исследованиях (рентгенографии органов грудной клетки, коленных суставов, стоп и т.д.) представила для использования технологию КР.
Цифровые технологии появляются в маммографии с опозданием — в 2000 г. Непосредственные преимущества 2D-FFDM в первую очередь связаны с логистикой.
• Хранилище. PACS вместо архива пленочных снимков.
• Портативность. Возможен одновременный просмотр оригинальных изображений с разных устройств.
• Контроль контраста. Возможность постобработки электронных изображений: уровень окна, масштабирование, инвертирование и т.д.
• Улучшенная DQE. Детекторы поглощают больше рентгеновских лучей, обеспечивая лучшее качество изображения при большей дозе или такое же качество изображения при меньшей дозе.
Переход от аналоговой маммографии к 2D-FFDM — рокировка (табл. 3). Хотя 2D-FFDM повысила диагностическую достоверность и облегчила контроль качества диагностического изображения, при выполнении этого исследования по-прежнему остается невыявленным такое же количество злокачественных новообразований молочной железы, что и при аналоговой визуализации.
Переход от 2D-FFDM к DBT — прорыв в выявлении опухолей груди (рис. 1). Возможность послойной визуализации молочной железы без эффекта суперпозиции при DBT является огромным технологическим достижением. Однако, если оценивать DBT с чисто физической точки зрения, можно было бы предположить, что он уступает 2D-FFDM.
Рисунок 1. (А) Аналоговая визуализация. При двухмерном изображении слова накладываются друг на друга. Поскольку динамический диапазон ограничен 100 оттенками серого, трудно определить количество слов и разобрать, какие именно слова написаны. (B) Динамический диапазон двухмерной цифровой полноформатной маммографии (2D-FFDM) включает 16 384 оттенка серого: теперь можно различить три слова. Однако из-за эффекта суперпозиции их трудно разобрать. (C) Трехмерное изображение включает широкий динамический диапазон из 16 384 оттенков серого, и слова не накладываются друг на друга. Кроме того, они легкочитаемы
• Снижение разрешения — все производители.
— Пространственное разрешение аналоговой маммографии — 20 пар линий/мм, 2D-FFDM — 9 пар линий/мм, DBT — от 3 до 6 пар линий/мм.
• Объединение пикселей на матрице — некоторые производители.
- Объединение двух вертикальных и двух горизонтальных пикселей (технология компании Hologic) уменьшает количество пикселей цифрового детектора с 25 млн до 6 млн. Это и служит причиной уменьшения разрешения. В результате объединения пикселей на матрице увеличивается S/N и уменьшается ФПМ в направлении объединения, параллельном детектору. У оборудования компаний GE и Siemens эта функция отсутствует.
• Использование решетки — некоторые производители.
- Решетка нивелирует рассеяние излучения. Изображения без решетки не такие контрастные, и это приводит к потере контрастного разрешения. Решетки используются в аппаратах производства компании GE, в аппаратах компании Siemens решеток нет, компания Hologic использует опытные образцы решеток.
Функция PRIME (компания Siemens) представляет собой компьютерный алгоритм нейтрализации эффектов рассеяния на изображениях DBT, используемый вместо решетки. Компьютер вычитает сигнал рассеянного излучения и использует первичный сигнал для реконструкции «кинопленки». Это сложный подход, требующий надежных компьютерных вычислений. Программное обеспечение для коррекции рассеяния еще не одобрено FDA. Это задел на будущее.
• Рентгеновская трубка с мишенью из вольфрама — большинство производителей.
— Атомный номер вольфрама больше, чем молибдена (материала, входящего в состав мишени рентгеновской трубки аналогового маммографа). Собственная энергия вольфрама равна 59 кэВ, молибдена — 17,9 и 19,5 кэВ. Фотоны высокой энергии создают низкоконтрастные изображения. Все производители оборудования для DBT, за исключением одного, используют вольфрамовую мишень с различными комбинациями фильтров.
Компания GE при изготовлении рентгеновских трубок отдает предпочтение молибдену/родию, причем родий — предпочтительный металл для производства мишеней аппаратов DBT.
• Фильтрация.
— В аналоговой визуализации для обогащения характеристических фотонов, обеспечивающих контрастность изображения, используется молибденовый фильтр с молибденовой мишенью. Некоторые производители DBT используют фильтры, делающие луч более жестким и, следовательно, обладающим большей проникающей способностью (например, фильтры из алюминия).
• Высокое значение кВп.
— Значение кВп регулирует контрастность: чем ниже кВп, тем она сильнее. При аналоговой визуализации обычно используется молибден с 25 кВп. Большинство производителей оборудования для DBT используют вольфрам с более высокими значениями кВп, что увеличивает проникающую способность рентгеновских лучей.
• Компрессия.
— Ограничение подвижности молочной железы, в отличие от ее компрессии, обеспечивает большую толщину ее тканей из-за меньшей силы компрессии. Чем толще молочная железа, тем больше величина рассеянного излучения. Рассеяние снижает контрастность.
Некоторые производители оборудования для DBT намеренно прибегают к компромиссам, которые делают изображение менее контрастным и менее четким. Теоретически визуализация опухолей в этом случае должна быть затруднена, но происходит обратное. Они становятся более заметными из-за уменьшения суперпозиции тканей.
б) Компрессия молочной железы. Теоретически сила сжатия при DBT должна быть минимальной, поэтому ограничение ее подвижности предпочтительнее компрессии.
При 2D-FFDM выполнение компрессии достаточной силы — навык, который осваивают все лаборанты кабинета маммографии. Лаборанты учатся на практике. Что значит избыточная компрессия? или недостаточная? Каждый лаборант должен практиковать навык укладки молочной железы на многих пациентах: таким образом, он научится определять силу компрессии, приемлемую для женщины и обеспечивающую получение качественного изображения.
Согласно табл. 4, для успешного обнаружения небольших злокачественных новообразований (на снимке — белого цвета) или микрокальцинатов (на снимке — белого цвета) в железистой ткани молочной железы (на снимке — белого цвета) при 2D-FFDM необходимо применение компрессии, на что есть семь причин. При DBT не все они актуальны.
Здесь поможет аналогия. Вообразим, что молочная железа — это буханка хлеба. Есть ли необходимость в настолько сильном ее сжатии, что ломтики станут неотличимы друг от друга (рис. 2)? Конечно нет. Теоретически при DBT с целью сохранения возможности обнаружения новообразований необходима визуализация молочной железы (буханки хлеба) в естественном состоянии (без применения сжатия).
Рисунок 2. На трехмерном изображении молочная железа визуализируется в виде отдельных срезов в вертикальной плоскости. Это сопоставимо с просмотром каждого кусочка хлеба по отдельности. Нет смысла брать буханку хлеба и сжимать ее так, чтобы ломтики стали неотличимы друг от друга. При компрессии молочной железы происходит уплотнение всех ее анатомических структур в пространстве меньшей толщины. Это сводит на нет преимущества цифрового томосинтеза молочной железы
Две из семи причин выполнения сжатия (уменьшение смещения и снижение дозы облучения пациентки) остаются актуальными для DBT. На сегодняшний день компрессия молочной железы при DBT аналогична таковой при 2D-FFDM. Однако, когда функциональные методы визуализации сочетаются с DBT, следует уменьшить силу сжатия. Компрессия останавливает кровоток в молочной железе и окружающих тканях. Функциональные методы визуализации требуют нормального кровотока: это позволяет определить участки его усиления.
В настоящее время влияние щадящей компрессии изучается. Так, Saunders и соавт. не обнаружили существенной разницы в заметности объемных образований и (или) кальцинатов при снижении силы сжатия на 12% при постоянной дозе облучения независимо от меняющегося состава и толщины молочной железы. Fornvik и соавт. изучали влияние уменьшения силы сжатия на 50% в сравнении со стандартной при неизменных параметрах получения изображения.
По результатам испытания, три специалиста, интерпретирующих маммограммы, не обнаружили очевидных различий между изображениями, полученными с применением компрессии разной силы.
Необходимо дальнейшее проведение сравнительных исследований влияния фиксации и сжатия компрессии молочной железы на качество исследования.
1. Смещение. Если в конечном итоге станет возможным уменьшить силу сжатия молочной железы, как это повлияет на качество изображения, в частности на его разрешение?
Снижение резкости из-за смещения — наиболее часто встречаемый артефакт, появление которого зависит от пациента. Смещение может быть тотальным (вся молочная железа) или регионарным (только одна из ее областей). Смещение может варьировать от минимального до значительного. Повторная визуализация из-за смещения молочной железы приводит к увеличению дозы облучения. Смещение может стать причиной пропуска злокачественного новообразования ввиду ухудшения качества снимка (рис. 3).
Рисунок 3. Смещение — потенциальная проблема, которая может возникнуть при ослаблении силы компрессии. Оценка каждого изображения на артефакты от движения — обязанность лаборанта. Это имеет большое значение при цифровом томосинтезе молочной железы
Оценка каждого изображения на предмет смещения — обязанность лаборанта. Она приобретает еще большее значение при выполнении DBT. При двухмерной визуализации, аналоговой или цифровой, в случае если лаборант не замечает признаков смещения, их быстро обнаруживает радиолог. Это происходит потому, что лаборант и радиолог оценивают одно и то же изображение. При DBT смещение заметно на послойных изображениях, но не всегда очевидно на реконструированных, а лаборант и радиолог оценивают разные изображения.
Врачи, интерпретирующие результаты DBT, редко обращаются к послойным снимкам, они оценивают реконструированные изображения.
Один производитель оборудования для DBT (компания Hologic) объединяет пиксели для более быстрого получения множества изображений во время движения рентгеновской трубки.
Они компенсируют потерю разрешения из-за объединения пикселей на матрице более быстрым перемещением трубки и снижением вероятности движения пациентки из-за меньшего времени компрессии.
Объединение пикселей на матрице снижает пространственное разрешение, что мешает радиологу заметить смещение. Оборудование для DBT, не имеющее этой функции, обладает несколько более высоким пространственным разрешением. При этом, однако, получение томограмм требует больше времени. Чем дольше длится сканирование, тем выше вероятность смещения.
в) Пространственное разрешение. Пространственное разрешение, которое выражается в парах линий на миллиметр (пар линий/мм), определяет резкость изображения. Пространственное разрешение имеет наибольшую величину при аналоговой визуализации (от 20 до 22 пар линий/мм), несколько более низкую — при 2D-FFDM, еще ниже — при DBT (рис. 4).
Рисунок 4. Сравнение пространственного разрешения. Пороговая квантовая эффективность — более надежный предиктор качества цифрового изображения. В большинстве случаев именно снижение пространственного разрешения, а не движение пациентки, приводит к тому, что томограммы цифрового томосинтеза молочной железы (DBT) кажутся менее четкими, чем двухмерные изображения
Проверить пространственное разрешение органа зрения человека можно с помощью таблицы Снеллена, которая измеряет способность глаза распознавать формы или буквы. Разрешение от 20 до 22 пар линий/мм аналоговой системы визуализации соответствует зрению 20/20, разрешение от 9 до 10 пар линий/мм 2D-FFDM — зрению 20/400, а разрешение DBT равное 3-6 пар линий/мм, эквивалентно полной потере зрения!
Каким образом DBT с худшим пространственным разрешением позволяет выявлять злокачественные новообразования молочной железы с большей эффективностью, чем выполнение 2D-FFDM или аналоговой маммографии? Контрастное разрешение DBT (16 384 оттенка серого) больше такового аналоговой визуализации (100 оттенков серого). Кроме того, эта технология позволяет исключить наложение анатомических структур друг на друга, что невозможно при выполнении 2D-FFDM.
Контрастное разрешение и отсутствие наложения структур с лихвой компенсируют снижение пространственного разрешения (рис. 5).
Рисунок 5. При трехмерной визуализации, несмотря на снижение разрешения, становится возможным обнаружение большего, чем при аналоговой маммографии, количества волокон, групп кальцинатов и новообразований. Это связано с увеличением контрастного разрешения цифрового изображения
