Технические характеристики оборудования для DBT разных производителей несколько различаются (табл. 5).
К тем из них, которые оптимизируют изображение, создаваемое на аппарате, относят: РИД, угловой диапазон, метод реконструкции, мишень рентгеновской трубки, фильтрующий материал и т.д. Поскольку DBT — новая технология визуализации молочной железы, отсутствует какое-либо другое оборудование, с функционалом которого можно было бы сравнить уже применяющиеся подходы к визуализации, чтобы оценить, какой из них лучше.
а) Характеристики конструкции. Качество изображения определяют многие характеристики конструкции оборудования. Некоторые из них можно увидеть: движение трубки, угловой диапазон, РИД, время сканирования в секундах и т.д. Другие незаметны глазу, но от этого не становятся менее важными: материал мишени рентгеновской трубки, фильтрация, метод реконструкции и т.д. Ниже некоторые из этих характеристик рассмотрены более подробно.
1. Материал мишени рентгеновской трубки. Все производители оборудования для DBT, за исключением одного, отказались от использования молибдена/родия в пользу вольфрама. В зависимости от производителя, мишени рентгеновской трубки из вольфрама включают различные фильтры. Использование рентгеновских трубок с мишенью из молибдена позволяет получить высококонтрастные изображения.
При цифровой визуализации с ее 16 384 оттенками серого, доступными при использовании функции «окно/выравнивание», возможно электронным путем манипулировать изображением, полученным с использованием вольфрамовой мишени, до тех пор, пока оно не будет сопоставимо с показателем контрастности снимка, полученного при использовании молибденовой мишени (рис. 1).
Рисунок 1. Изображение слева получено при использовании рентгеновской трубки с мишенью из вольфрама, справа — с мишенью из молибдена. До появления цифровой маммографии с ее 16 384 оттенками серого качество снимков, выполненных на аппаратах с вольфрамовой мишенью, оставляло желать лучшего. Сегодня благодаря широкому динамическому диапазону цифровых изображений к такому изображению можно применять функцию «окно/выравнивание» до тех пор, пока его индекс контрастности не будет соответствовать таковому для изображения, полученного с использованием рентгеновской трубки с мишенью из молибдена
Производители оборудования всегда балансируют между теми или иными компромиссами, на которые необходимо пойти при разработке каждой технической спецификации. Например, если говорить о DBT, к таким компромиссам можно отнести использование родиевой, а не вольфрамовой мишени при производстве рентгеновской трубки. Для получения оптимального изображения при использовании рентгеновской трубки с мишенью из вольфрама подходит цифровой детектор аморфный селен.
Вольфрам позволяет использовать более высокий выходной ток (мА) и более высокое пиковое напряжение. Это минимизирует размытие фокусного пятна из-за конструктивной особенности оборудования с непрерывным движением рентгеновской трубки.
Особенности рентгеновской трубки с мишенью из вольфрама.
• Доза.
— Снижает дозу облучения пациентки из-за большей проникающей способности фотонов.
• Приемлемая экспозиция.
— Производители оборудования для DBT оптимизировали продолжительность экспозиции. Отношение разности сигналов к шуму увеличивается с увеличением дозы облучения пациентки до определенного момента, после чего оно стабилизируется. Дальнейшее увеличение дозы не приводит к повышению качества изображения из-за нарастания анатомического шума. Это напоминает нарушение закона взаимности в аналоговой визуализации.
• Большая сила тока.
— Мишень из более твердого металла выдерживает воздействие большего количества тепловых единиц. Таким образом, сила тока возрастает обычно от 100 мА в трубках с мишенью из молибдена до 200 мА в трубках с мишенью из вольфрама. Большая сила тока приводит к сокращению времени облучения.
• Более высокое значение кВп.
— Несколько более высокие энергетические спектры приводят к увеличению соотношения S/N. Большее значение кВп снижает дозу облучения. Кроме того, оно способствует укорочению времени облучения.
• Более короткое время облучения.
— Уменьшение продолжительности облучения минимизирует вероятность смещения пациентки и размытия фокального пятна при короткоимпульсном рентгеновском излучении во время непрерывного DBT.
• Контраст.
— При использовании рентгеновской трубки с молибденовой мишенью снижается контрастность сигнала.
2. Смещение трубки. Существует два режима перемещения рентгеновской трубки: непрерывное и пошаговое.
Конструкция рентгеновской трубки с пошаговым смещением сложна с механической точки зрения. Трубка движется по обычной дуге, останавливаясь на заданном градусе на всем протяжении траектории движения, чтобы сделать снимок. Пошаговое смещение: трубка смещается, останавливается для выполнения снимка, передвигается на несколько градусов и вновь останавливается для выполнения снимка.
Сложность состоит в том, что рентгеновская трубка должна во время экспозиции оставаться неподвижной, что предотвратит размытие фокусного пятна.
Конструкция непрерывно смещающейся рентгеновской трубки имеет свои особенности. Выполнение снимков происходит во время движения трубки, что приводит к размытию фокального пятна и, как следствие, нерезкости изображений DBT. Размытие можно уменьшить, если длительность импульсов будет короче.
Поводом для перехода к использованию в рентгеновских трубках мишеней из вольфрама вместо молибденовых стала возможность применения кВп большей величины, большей силы тока и устойчивость к воздействию большего числа тепловых единиц.
3. Угловой диапазон, количество выполняемых снимков и время сканирования. Угловой диапазон, количество выполняемых снимков и время сканирования взаимосвязаны. Угловой диапазон — это количество градусов, которые проходит рентгеновская трубка при движении по дуге. У разных производителей его величина варьирует от 15 до 50°.
Угловой диапазон и количество получаемых снимков — ключевые показатели, которые характеризуют способность диагностической системы уменьшать влияние наложения тканей (рис. 2). Угловой диапазон напрямую влияет на разрешение по глубине. Больший угловой диапазон обеспечивает лучшее разрешение вне плоскости среза и худшее — в плоскости. Артефакты вне плоскости уменьшаются, так как они распространяются в более широком диапазоне рассматриваемой плоскости.
Рисунок 2. Угловой диапазон — это расстояние, которое проходит рентгеновская трубка аппарата для цифрового томосинтеза молочной железы в процессе получения изображений. (А) Каждый производитель оборудования для цифрового томосинтеза молочной железы определяет расстояние, проходимое рентгеновской трубкой, опираясь на особенности конструкции аппарата. (B) Он варьирует от 15 до 50°. Меньший лучше подходит для визуализации микрокальцинатов, но хуже справляется с дифференцировкой наложения тканей. (C) Большее значение углового диапазона позволяет лучше разделить анатомические структуры, расположенные на разной глубине, однако оно хуже подходит для визуализации микрокальцинатов. При узком угловом диапазоне лучше визуализируются микрокальцинаты, но затруднено разделение перекрывающихся структур
Более широкий угол дуги обеспечивает лучшее разделение структур, расположенных на разной глубине, из-за уменьшения толщины физического среза, что уменьшает степень суперпозиции тканей. Это, однако, приводит к снижению резкости кальцинатов. Чем длиннее траектория движения рентгеновской трубки, тем больше время сканирования.
Небольшой угловой диапазон сокращает время сканирования, но не уменьшает эффект суперпозиции тканей в той степени, в какой это происходит при большем его значении. При меньшем угловом диапазоне лучше визуализируются микрокальцинаты, поскольку в этом случае разрешение в плоскости улучшается ввиду увеличения глубины резкости, а разрешение вне плоскости становится не таким четким.
В теории производители оборудования для DBT хотят довести до максимума количество проекций, а также максимально увеличить передвижение рентгеновской трубки, поскольку это обеспечивает наивысшее качество изображения. Однако количество изображений ограничивается дозой облучения пациентки. Количество сигнала, подаваемого на компьютер для создания изображения, представляет собой частное от дозы, полученной женщиной, и количества выполненных снимков.
Слишком большое количество снимков приводит к уменьшению сигнала до такой степени, что над ним начинает преобладать электронный шум.
По мере увеличения углового диапазона облучение на крайних точках положения рентгеновской трубки происходит при малом значении угла падения, что приводит к ухудшению пространственного разрешения.
Производители исследуют распределение рентгеновских лучей по ходу трубки в зависимости от углового диапазона. Следует ли выполнять снимки через равные промежутки времени при движении трубки по дуге или нет (рис. 3)?
Рисунок 3. Цифровой томосинтез молочной железы — новая технология. Каждая особенность конструкции оборудования тщательно изучается инженерами и физиками: они рассчитывают, что характеристики аппарата обеспечат наилучшее качество изображения. Одна из таких характеристик — распределение частоты выполнения снимков на траектории движения рентгеновской трубки
Nishikawa и соавт. исследовали выполнение DBT при неравномерном распределении частоты получения изображений на дуге движения трубки: женщина получала половину общей дозы в точке 0° (центральный снимок), а оставшаяся доза была равномерно распределена на остальные изображения. Das и соавт. оценивали результаты DBT, полученные при равномерном и неравномерном распределении дозы облучения на дуге. Был сделан следующий вывод: неоднородное распределение дозы обеспечивает получение изображения лучшего качества.
Каждый из производителей разрабатывает конструкцию оборудования таким образом, чтобы оно позволяло получить изображение оптимального качества.
4. Алгоритм реконструкции. Серии изображений обрабатываются компьютерным алгоритмом реконструкции: FBP или модификация итерационного (безостановочное спонтанное повторение одного и того же движения) метода. При реконструкции используются разные местоположения одной и той же точки в зависимости от угла положения рентгеновской трубки на дуге, на котором получают изображение, для вычисления расположения этой точки в вертикальной проекции.
Алгоритм компьютера оценивает трехмерное положение точки в молочной железе в плоскостях, параллельных детектору.
Поскольку расстояние, которое проходит рентгеновская трубка, ограничено, пространственное разрешение при DBT носит анизотропный характер (свойство изменять или принимать различные свойства в разных направлениях в противоположность изотропии) (рис. 4).
Рисунок 4. Оборудование для цифрового томосинтеза молочной железы любого производителя отображает трехмерные томограммы в анизотропическом пространственном разрешении. Когда компьютер реконструирует изображения, вертикальные срезы располагаются параллельно цифровому детектору. Это обеспечивает наилучшее разрешение. Разрешение в перпендикулярной плоскости, хотя оно и меньше, достаточно для дифференцировки наложения тканей и истинного очага поражения
Анизотропическое пространственное разрешение обеспечивает высокое разрешение в плоскостях, параллельных детектору; пространственное разрешение в перпендикулярном направлении к нему заметно ниже. Однако разрешение в перпендикулярной плоскости является достаточным для минимизации наложения тканей.
Производители оборудования для DBT предпочитают использование метода FBP или итеративного метода.
Алгоритм FBP появился в 1960-х гг. вместе с КТ. Это математический метод, который дает представление о пространственном распределении в вертикальных плоскостях, параллельных плоскости детектора. Путем смещения проекций одного изображения в соответствии с глубиной расположения конкретного объекта информация о нем суммируется, в то время как информация об объектах, расположенных на другой глубине, фиксируется недостаточно верно.
Проблема, связанная с реконструкцией обратного изображения, — геометрическое размытие. Оптимальный способ устранения размытия — использование линейного фильтра.
Он представляет собой вариант метода итеративной реконструкции. Этот метод реконструкции появился на заре КТ. Это повторяющийся процесс, в ходе которого происходит оценка реконструированного изображения с последующим его улучшением путем сравнения структурных деталей с измеренными данными изображениями и сведения к минимуму различий.
Оптимизация изображения происходит при многократном повторе этих действий. Этот метод позволяет уменьшить шум и дозу облучения, улучшая как пространственное, так и контрастное разрешение. Для этого необходимо активное использование компьютера.
