《Photodiagnosis and Photodynamic Therapy》：Optimization of microcalcification cluster detection in wide-angle flying focal spot digital breast tomosynthesis and synthetic mammography: A virtual imaging study
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本研究通过虚拟成像技术评估飞焦点（FFS）乳腺断层摄影（DBT）和合成乳腺影像（SM）中角度范围与剂量分布对微钙化簇检测的影响。结果显示，在标准自动曝光控制（AEC）设置下，DBT的AUC为0.89±0.03，SM为0.73±0.04，调整剂量或缩小角度范围至40°均未显著提升检测性能。
Katrien Houbrechts | Astrid Van Camp | Lesley Cockmartin | Liesbeth Vancoillie | Nicholas Marshall | Hilde Bosmans
比利时鲁汶大学医学物理系影像与病理学部门，Herestraat 49，3000 鲁汶
摘要
目的
通过虚拟成像技术，研究角度范围和剂量分布对数字乳腺断层合成（DBT）和合成乳腺X线摄影（SM）中微钙化簇检测的影响。本研究使用的是一种具有飞行焦点的临床宽角度DBT系统。
方法
从十名患者处获取了DBT投影数据，这些数据的曝光量是自动曝光控制（AEC）剂量的两倍。在每个投影数据中添加了噪声，以创建四组投影数据：（1）25个AEC剂量下的投影（“AEC”），（2）25个具有凸形剂量分布的投影（“凸形”），（3）中心三个投影的剂量增加的25个投影（“峰值3”），以及（4）覆盖40°角度范围的19个投影（“40度”）。所有设置下的总扫描剂量和角度间隔保持不变。在这些投影数据中模拟了微钙化簇，并通过人工观察者检测研究了DBT和SM的表现。性能分析采用了杰克刀法替代自由响应接收者操作特征（JAFROC）分析方法。
结果
对于DBT，曲线下面积（AUC）分别为0.89 ± 0.03（AEC）、0.91 ± 0.03（凸形）、0.88 ± 0.03（峰值3）和0.91 ± 0.04（40度）。对于SM，AUC值分别为0.73 ± 0.04、0.74 ± 0.02、0.73 ± 0.04和0.74 ± 0.02。与AEC设置相比，两种模式的检测性能均未显著提高。
结论
与标准AEC设置相比，增加中心投影的剂量或将角度范围从50°减小到40°，并未显著影响DBT或SM中的钙化检测性能。
引言
当供应商引入新的成像技术时，高效且全面地评估和优化其性能至关重要。虚拟成像试验（VITs）为此提供了一个强大的框架，使研究人员能够在临床实践大规模应用之前，在计算机上评估新的采集和重建技术。最近的技术进步，包括在西门子MAMMOMAT B.brilliant等乳腺X线摄影系统中集成飞行焦点（FFS），为提高图像质量和病变检测能力提供了新的机会。VITs提供了一种灵活、可扩展的方法，可以在不同的成像条件、患者解剖结构和病变类型下系统地研究这些新特性，从而支持新乳腺成像技术的发展和优化。
数字乳腺断层合成（DBT）是一种伪3D X射线成像方式，可以减少重叠乳腺组织的遮蔽效应，这是2D全视野数字乳腺X线摄影（FFDM）的一个常见限制。为了补充DBT，生成了合成乳腺X线图像（SM），这些图像来源于DBT的投影或体积数据。SM图像旨在提供类似2D投影的图像，并可能消除将FFDM与DBT结合使用时的缺点，特别是消除了额外辐射暴露的需要。DBT的一个关键优势是它能够减少由重叠的纤维腺体结构引起的结构噪声，有助于检测肿块样病变[1,2]。然而，微钙化的检测通常受到X射线量子噪声的影响[3]，并且在比较DBT加SM、DBT加FFDM或单独使用FFDM的研究中结果有所不同[4,5]。此外，检测结果还可能受到所使用处理算法的强烈影响[6,7]。
不同制造商之间的DBT采集和重建策略存在很大差异[8,9]。设计参数如角度范围[10,11,12,13]、角度间隔[11,12]、投影数量[11,12]、管运动[14,15,16]和剂量分布[17,18,19]都会影响图像质量和诊断性能。像FFS这样的新技术的引入为优化和性能评估提供了新的机会，这正是VITs可以支持的类型的研究。
在本研究中，我们使用虚拟成像试验系统地评估了角度范围和角度剂量分布对这种新型FFS技术下的乳腺成像性能的影响。这项工作展示了VITs如何能够提前提供关于供应商引入的创新所带来的好处和权衡的全面见解。
患者图像采集
患者成像研究是在西门子MAMMOMAT B.brilliant DBT系统上进行的，得到了机构审查委员会的批准，并获得了患者的同意。纳入标准如下：年龄超过50岁的患者，检查不在国家筛查计划范围内进行，且所关注区域的乳房中没有良性或恶性病变。根据相关标准，对所关注区域的乳房进行了双视图（头尾方向CC和内外侧斜向MLO）的FFDM检查。
结果
图2展示了使用四种不同采集设置模拟的两个焦点清晰重建的DBT切片和SM图像，其中包含一个微钙化簇。初步的视觉检查显示，在DBT采集设置之间，钙化检测能力没有明显差异。
四种采集设置的读者平均推断ROC曲线显示在图3中，其AUC值在图4中可视化。个别读者的结果总结在表2中。
讨论
进行了虚拟成像试验，以评估DBT和SM中的飞行焦点（FFS）技术，特别关注角度范围和角度剂量分布对微钙化检测性能的影响。这种先进的FFS技术旨在消除患者背景图像和钙化模板中的源运动模糊现象，这是早期使用连续机架运动采集的西门子DBT系统的一个已知限制[29]。通过最小化几何
结论
本研究表明，对于配备FFS的DBT系统，增加中心投影的剂量或将角度范围从50°减小到40°，同时保持角度间隔和总剂量，可以获得与标准AEC设置相当的微钙化检测能力。这些发现表明，在测试的采集参数和重建算法下，这样的修改并未显著提高DBT中的微钙化检测性能。
披露
该研究得到了鲁汶大学医院伦理委员会的批准。所有参与患者均签署了书面知情同意书。
鲁汶大学的医学物理与质量评估研究小组与西门子医疗保健公司有研究协议。
代码和数据可用性
支持本研究结果的数据可应合理要求提供。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
我们感谢西门子医疗保健提供处理和重建的图像。特别感谢Ferdinand Lueck、Ralf Nanke、Marcel Beister和Steffen Kappler的宝贵讨论。本研究得到了西门子医疗保健公司的财务支持。
