а) Концепция: двухмерная против трехмерной визуализации. С 1924 по 2011 г. визуализация трехмерной молочной железы осуществлялась путем получения двухмерных рентгеновских изображений в разных проекциях.
Пленочная, экранно-пленочная визуализация молочной железы, электромаммография и 2D-FFDM — при выполнении любого из этих исследований необходимо получение снимков в нескольких проекциях.
При 3D-визуализации такие ограничения отсутствуют. Обратитесь к рис. 1. Представьте, что молочная железа — это буханка хлеба. Если опухоль расположена точно в ее центре (по всем трем измерениям), визуализация новообразования на двухмерных изображениях затруднительна из-за наложения окружающих его тканей.
Рисунок 1. Аналогия между молочной железой и буханкой хлеба. Опухоль находится в географическом центре буханки хлеба/молочной железы. При двухмерной визуализации хлебный мякиш/ткань молочной железы окружают ее со всех сторон. Неважно, как именно будет расположена буханка хлеба/молочная железа: суперпозиция тканей всегда будет препятствовать визуализации опухоли. При трехмерной визуализации хлеб нарезается ломтиками, каждый из которых рассматривается отдельно. Наличие злокачественной опухоли очевидно, если она обнаружена даже на одном из изображений. При выполнении цифрового томосинтеза молочной железы становится возможной послойная визуализация в вертикальной плоскости
В таких случаях неважно, в какой проекции: СС, MLO, FB или латеральной — всегда будет присутствовать суперпозиция тканей. Чем больше толщина тканей молочной железы (или буханки хлеба), окружающих опухоль, тем больше вероятность этого.
Практикум. Обратитесь к рис. 1. Кратко опишите DBT: каким образом аппарат получает рентгеновские снимки, как они обрабатываются и отображаются, в каких случаях оправдано выполнение DBT (например, скрининговые/диагностические/интервенционные процедуры) и в какой ситуации это исследование принесет наибольшую пользу?
Мысленно нарежьте буханку хлеба — по сути, это то, что происходит с молочной железой при DBT. Теперь исследуйте каждый кусочек отдельно. В конце концов вы доберетесь до того среза, в котором находится опухоль. Ее легко заметить, ведь теперь ни сверху, ни снизу, ни сбоку не накладывается «хлебный мякиш» (рис. 2).
Рисунок 2. Томосинтез — это трехмерное маммографическое исследование, которое позволяет свести к минимуму наложение структур молочной железы друг на друга. (А) На двухмерном изображении визуализируются ткани молочной железы на всей ее толщине как расположенные на поверхности, так и друг под другом, на трехмерном же — только расположенные в одной вертикальной плоскости. Анатомические структуры, расположенные в других вертикальных плоскостях, визуализируются размытыми или нечеткими. (B) Снимок, иллюстрирующий четкость трехмерного изображения
При двухмерной визуализации от толщины молочной железы зависит вероятность обнаружения новообразования: чем она больше, чем труднее визуализировать опухоль. При трехмерной визуализации, поскольку молочная железа исследуется по срезам (то есть врач как будто рассматривает каждый ломтик буханки хлеба по отдельности), толщина компримированной груди не имеет значения (рис. 3).
Рисунок 3. Если нарезать буханку хлеба и обычную булочку на ломтики толщиной 1 мм, большая по объему булка хлеба будет состоять из большего количества ломтиков, чем булочка. Чем больше размер молочной железы, тем больше анатомических структур накладывается друг на друга при двухмерной визуализации. При выполнении трехмерной визуализации толщина груди не имеет значения, поскольку каждый ее срез рассматривается отдельно
Молочные железы трехмерны, в то время как рентгенограммы двухмерны. Обратитесь к рис. 4. На первый взгляд признаки патологии на маммограмме молочной железы с установленными имплантатами, выполненной в СС-проекции, отсутствуют. На снимке в MLO-проекции видна вертикальная грыжа имплантата. При выполнении 3D-исследования признаки грыжи можно обнаружить на снимке в СС-проекции.
Рисунок 4. В косой медиолатеральной проекции визуализируется большая грыжа имплантата левой молочной железы. Грыжа не сразу заметна на изображении в краниокаудальной проекции. При трехмерной визуализации грыжу можно увидеть в краниокаудальной проекции
б) Что такое цифровой томосинтез молочной железы? Что такое DBT? Есть три ответа. Все они связаны друг с другом, поскольку результаты 3D-визуализации молочной железы зависят от другого механического устройства, представляющего полученное изображение.
1. На сегодняшний день DBT — один из самых лучших способов визуализации, выявления и определения точного расположения злокачественных опухолей молочной железы.
2. Рентгеновская трубка, двигаясь по дуге, выполняет серию последовательных снимков. Результат DBT — послойные изображения молочной железы в вертикальной плоскости (как ломтики хлеба).
3. Медицинские физики и лаборанты без труда переходят на работу с аппаратом для DBT. Новую технологию необходимо освоить радиологу. Основные принципы интерпретации двухмерного изображения могут оказаться неподходящими для описания 3D-снимка. Радиологу может потребоваться несколько месяцев, чтобы привыкнуть к представлению трехмерных изображений.
При выполнении 2D-FFDM рентгеновская трубка остается неподвижной и располагается непосредственно над молочной железой. Во время DBT она проходит по дуге относительно груди (рис. 5): из одной стороны в другую в СС-проекции и от верхней точки к нижней в угловой проекции. При этом рентгеновская трубка выполняет серию снимков (проекционных изображений).
Рисунок 5. Двухмерная геометрия в сравнении с получением трехмерного изображения. (А) При двухмерной визуализации во время облучения получается одно изображение. Стационарная рентгеновская трубка находится в нейтральном положении. (B) Получение трехмерного изображения происходит во время движения рентгеновской трубки вокруг молочной железы по дуге. Во время движения в пределах своего углового диапазона рентгеновская трубка выполняет множество снимков
После этого компьютер с помощью полученных изображений выполняет реконструкцию послойных изображений в вертикальной плоскости или представляет их в виде восстановленных изображений, сменяющих друг друга и напоминающих кинофильм.
Практикум. Обратитесь к рис. 2. Чем 3D-изображение отличается от 2D?
Практикум. Обратитесь к рис. 3. Что такое проекционные изображения? Что такое реконструированные изображения?
Хотя движение рентгеновской трубки при DBT напоминает таковое при ВВУ, томограммы почек имеют низкое разрешение, в то время как DBT позволяет получить изображения высокого разрешения, превосходящие по качеству КТ и МРТ. На сегодняшний день на аппаратах для выполнения DBT всех производителей движение рентгеновской трубки осуществляется по дуге. Это не препятствует разработке конструкции с другим алгоритмом движения.
в) Есть ли потребность в цифровом томосинтезе молочной железы? При двухмерной визуализации всегда происходит наложение нормальных структур. Они (например, фиброзно-железистые элементы, кровеносные сосуды, поддерживающие связки) расположены по всей ее паренхиме на разной глубине. Чем больше толщина молочной железы, тем больший объем тканей накладывается друг на друга (рис. 6).
Рисунок 6. При двухмерной визуализации злокачественные опухоли могут затеряться среди шума анатомических структур, характерного для молочной железы. Чем больше толщина молочной железы, тем больше тканей накладываются друг на друга, закрывая новообразование и ухудшая визуализацию, с одной стороны. С другой — напротив, наложение нормальных тканей может симулировать наличие новообразования, похожего на рак
На изображениях 2D-FFDM среди шума нормальных структурных элементов злокачественная опухоль, большая или маленькая, может маскироваться (рис. 7 и 8). И наоборот, суперпозиция тканей может симулировать наличие злокачественного новообразования. При дополнительной визуализации оно оказывается всего лишь артефактом от наложения нормальных тканей (рис. 9).
Рисунок 7. Сравнение двух- и трехмерной визуализации. (А) На двухмерном изображении видна злокачественная опухоль, визуализацию которой несколько затрудняют окружающие нормальные ткани. (B) На трехмерном изображении злокачественная опухоль четко визуализирована. Просмотр послойных изображений в вертикальной плоскости нивелирует наложение
Рисунок 8. Сравнение четкости отображения злокачественной опухоли и нарушения архитектоники при двух- и трехмерной визуализации
Рисунок 9. Анатомические структуры молочной железы сходятся в ретроареолярной области, что нередко способствует созданию артефактов от наложения в этой ее области. В 80% случаев визуализация в дополнительных проекциях подтверждает наличие доброкачественного процесса независимо от наложения тканей молочной железы
Haas и соавт. сравнили DBT и 2D-FFDM при скрининговом исследовании 13 000 пациенток. Результаты этого исследования продемонстрировали меньшую частоту повторных исследований молочных желез любой плотности при DBT:
• с преобладанием жировой ткани: снижение на 31%;
• диффузно-фиброзно-железистая ткань: снижение на 25%;
• гетерогенной плотности: снижение на 39%;
• чрезвычайной плотности: снижение на 57%.
Выполнение DBT снижает потребность в диагностических исследованиях, освобождая, таким образом, время для процедур скрининга. Кроме того, радиологи интерпретируют результаты скрининговых исследований быстрее, чем диагностических. Сокращение количества диагностических и увеличение количества скрининговых исследований увеличивает продуктивность врача.
г) Преимущества цифрового томосинтеза молочной железы. Рак молочной железы на маммограмме примерно в 40% случаев имеет вид микрокальцинатов, большая же часть опухолей представляет собой объемное образование с нарушением архитектоники или без него. И микрокальцинаты, и объемные образования на маммограмме белого цвета.
Обнаружение «белого» рака в молочной железе с преобладанием фиброзно-железистой ткани, которая на маммограмме тоже имеет белый цвет, — сложная задача. По статистике, при аналоговой визуализации молочных желез с высокой маммографической плотностью злокачественные опухоли пропускаются в 52-76% случаев.
Результаты исследования ACRIN/DMIST подтверждают, что цифровая маммография, динамический диапазон которой состоит из 16 384 оттенков серого, при визуализации молочной железы с преобладанием в ее структуре фиброзно-железистого компонента имеет преимущество перед аналоговой визуализацией с ее 100 оттенками.
Широкий динамический диапазон 2D-FFDM и DBT, включающий 16 384 оттенка серого, обеспечивает более высокое контрастное разрешение. Это исследование подтверждает преимущество 2D-FFDM при визуализации молочной железы с преобладанием фиброзно-железистого компонента в составе. Однако, согласно его результатам, эта технология не повышает выявляемости злокачественных новообразований.
И при проведении аналоговой маммографии, и при 2D-FFDM частота пропуска опухолей составляет 15%. Частота обнаружения новообразований молочной железы выросла после одобрения DBT FDA. Сочетание обширного динамического диапазона цифровой маммографии и возможности просмотра отдельных срезов ткани молочной железы в вертикальной плоскости без наложения — это технологическое достижение в выявлении рака груди.
Давно известно, что DBT повышает частоту обнаружения объемных образований. Послойная визуализация молочной железы позволяет устранить структурный шум, результатом чего является улучшение отображения патологических очагов. Это утверждение особенно справедливо при визуализации молочной железы с высокой маммографической плотностью, когда и фиброзно-железистая ткань, и рак молочной железы на снимке имеют белый цвет.
Возможность послойной визуализации молочной железы с толщиной среза 0,5 или 1 мм, которую дает DBT, устраняет проблему наложения структурных элементов груди. Злокачественные опухоли чаще увеличиваются в высоту, чем в ширину. Радиологи оценивают вертикальные срезы.
Согласно исследованию Rafferty и соавт., частота выявления рака у женщин с молочной железой с высокой маммографической плотностью увеличивается в 2-3 раза. В этой работе сравнивали выполнение 2D-FFDM с DBT в комбинированном режиме.
Было показано, что при исследовании молочной железы высокой плотности частота обнаружения злокачественных опухолей с помощью DBT составляет 54%, в то время как при 2D-FFDM этот показатель составляет 21%.
д) Неожиданное преимущество. В переходные годы были сомнения о направлении пациенток либо в кабинет 2D-FFDM, либо в кабинет с новым аппаратом DBT. Если DBT не могло быть выполнено всем пациенткам, решение о маршрутизации женщины принималось с учетом маммографической плотности, где DBT имеет преимущества.
Широко распространено мнение, что наиболее целесообразно проведение DBT пациенткам с высокой маммографической плотностью, то есть женщины, молочные железы которых представлены преимущественно жировой тканью, могут быть направлены в кабинет 2D-FFDM.
Сегодня аппараты для DBT полностью заменили маммографы для 2D-FFDM. DBT стал стандартом маммографического исследования, поэтому в рутинном порядке проводится даже женщинам с жировой инволюцией молочных желез. Радиологи, интерпретирующие маммограммы, с удивлением отмечают, что DBT позволяет выявить неожиданные злокачественные новообразования молочных желез там, где они, казалось бы, не могли бы скрыться (рис. 10).
Рисунок 10. Неожиданное преимущество трехмерной визуализации жировой ткани. (А) Злокачественное новообразование лучше отображается в трехмерном режиме. (B) Еще один пример преимущества трехмерной визуализации жировой ткани
DBT позволяет превосходно визуализировать некальцинированные опухоли молочных желез невысокой и неоднородной рентгенологической плотности. Около 70% опухолей, локализованных в молочных железах такого типа, визуализируются лучше при DBT. У пациентов, молочные железы которых представлены преимущественно жировой тканью или тканью чрезвычайной плотности, злокачественные новообразования при DBT визуализируются несколько лучше или аналогично 2D-FFDM.
е) Позволяет ли цифровой томосинтез молочной железы визуализировать кальцинированные опухоли? Вопрос: позволяет ли DBT визуализировать кальцинированные опухоли? Ответ: да, но для этого технология DBT требует некоторых корректировок.
Радиологи интерпретируют природу выявленных кальцинатов на основании:
• морфологии: форма кальцинатов;
• распределения: диффузное, кластерное, регионарное или линейное;
• времени выявления: стабильная картина при динамическом наблюдении или ее изменение.
Оценка морфологии и стабильности кальцинатов может быть проведена как при выполнении 2D-FFDM, так и по результатам DBT. Оценка распределения может быть проведена не так однозначно. Двухмерная визуализация позволяет без труда оценить распределение кальцинатов в ткани молочной железы, факт их группировки и ее характер, а также выявить неблагоприятное линейное распределение. С другой стороны, при DBT затруднена оценка кластерного и линейного распределения (рис. 11).
Рисунок 11. Визуализация микрокальцинатов. (А) Микрокальцинаты на двухмерном изображении. Вследствие большой толщины молочной железы легко предположить кластерный характер их распределения. (И) На трехмерном изображении микрокальцинаты визуализируются достаточно четко. Однако из-за малой толщины среза трудно оценить их характер
При просмотре видеозаписи DBT или послойных срезов трудно определить характер расположения кальцинатов: кластерный или линейный. Причина этому — толщина срезов. При обнаружении в ходе DBT кальцинатов радиолог дополнительно просматривает двухмерное изображение или несколько послойных срезов DBT. Этот процесс называется «перекрытие» (слэббинг) (рис. 12).
Рисунок 12. При обнаружении кальцинатов на трехмерном изображении радиолог увеличивает толщину просматриваемых срезов. Это называется «слэббинг». Слэббинг напоминает техасский тост при сравнении его с обычным, более тонким ломтиком хлеба. Срез большей толщины позволяет оценить объем ткани, в котором обнаружены микрокальцинаты, и определить характер их распределения
В основе этого метода — наложение друг на друга нескольких последовательных послойных изображений. Если представить, что одно изображение — это ломтик хлеба, в процессе перекрытия получится техасский тост. Благодаря большей толщине эта «плитка» дает радиологу возможность оценить кластерное или линейное распределение кальцинатов.
Обычно толщина среза для получения реконструированных изображений (один ломтик хлеба) составляет 1 мм, в то время как толщина плитки (техасского тоста) составляет 15-20 мм.
Такая толщина позволяет радиологу оценить распределение кальцинатов (кластерное или рассеянное), их линейность и протяженность.
Слэббинг усредняет несколько смежных реконструированных изображений, в результате чего подавляются низкоконтрастные низкочастотные артефакты, возникающие при совместном использовании пикселей данных цифрового изображения. Слэббинг позволяет снизить высокочастотный шум и уменьшить количество артефактов от объектов, расположенных вне плоскости среза.
