Томосинтез , также как цифровой томосинтез ( DTS ), представляет собой метод выполнения томографии с ограниченным углом высокого разрешения при уровнях дозы облучения, сравнимых с проекционной рентгенографией . Он был изучен для множества клинических применений, включая визуализацию сосудов, стоматологическую визуализацию, ортопедическую визуализацию, маммографическую визуализацию, визуализацию опорно-двигательного аппарата и визуализацию грудной клетки. [1]
История
Концепция томосинтеза была получена из работы Ziedses des Plantes, который разработал методы реконструкции произвольного количества плоскостей из набора проекций. Хотя эта идея была вытеснена появлением компьютерной томографии, томосинтез позже приобрел интерес в качестве томографической альтернативы КТ с низкими дозами. [2]
Реконструкция
Алгоритмы реконструкции томосинтеза аналогичны реконструкциям компьютерной томографии в том, что они основаны на выполнении обратного преобразования Радона . Из-за частичной выборки данных с очень небольшим количеством прогнозов приходится использовать алгоритмы аппроксимации. Для восстановления данных использовались как фильтрованная обратная проекция, так и итеративные алгоритмы максимизации ожидания. [3]
Алгоритмы реконструкции для томосинтеза отличаются от алгоритмов традиционной компьютерной томографии, поскольку для обычного алгоритма обратной проекции с фильтрацией требуется полный набор данных. Чаще всего используются итерационные алгоритмы, основанные на максимизации ожидания , но они требуют больших вычислительных ресурсов. Некоторые производители создали практичные системы с использованием готовых графических процессоров, чтобы выполнить реконструкцию за несколько секунд.
Отличия от других методов визуализации
Цифровой томосинтез сочетает в себе захват и обработку цифровых изображений с простым перемещением трубки / детектора, которое используется в традиционной компьютерной томографии (КТ). Однако, хотя есть некоторые сходства с КТ, это отдельная техника. В современной (спиральной) компьютерной томографии источник / детектор совершает, по крайней мере, полный поворот на 180 градусов вокруг объекта, получая полный набор данных, по которым можно восстановить изображения. Цифровой томосинтез, с другой стороны, использует только ограниченный угол поворота (например, 15-60 градусов) с меньшим количеством дискретных экспозиций (например, 7-51), чем КТ. Этот неполный набор проекций обрабатывается в цифровом виде для получения изображений, аналогичных обычной томографии с ограниченной глубиной резкости . Поскольку обработка изображения цифровая, из одного и того же снимка можно восстановить серию срезов на разной глубине и разной толщины. Однако, поскольку для проведения реконструкции требуется меньше проекций, чем КТ, облучение и стоимость снижаются. [4]
Приложения
Грудь
Цифровые томосинтез груди ( DBT ) [5] является пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило для использования в скрининге рака молочной железы . [6] Польза от скрининга обсуждалась [7], но достигнут консенсус в отношении того, что технология улучшает чувствительность по сравнению с цифровой маммографией с двумя изображениями за счет небольшого снижения специфичности (увеличения частоты повторения). [8] Поскольку типичное разрешение получаемых данных составляет 85–160 микрон, что намного выше, чем у КТ, DBT не может обеспечить узкую ширину среза, которую предлагает КТ (обычно 1–1,5 мм). Однако детекторы с более высоким разрешением обеспечивают очень высокое разрешение в плоскости, даже если разрешение по оси Z меньше. Еще одно интересное свойство томосинтеза груди заключается в том, что качество изображения может существенно варьироваться в зависимости от объема изображения. [9]
Томосинтез груди с подсчетом фотонов был исследован [10], и на этой платформе были исследованы приложения для спектральной визуализации , такие как измерение плотности груди и характеристика повреждений [11] [12] .
Грудь
Скелетно-мышечная визуализация
Томосинтез имеет гораздо более ограниченную глубину резкости, чем КТ. По этой причине, вероятно, не удастся заменить КТ для оценки более глубоких органов тела. Однако, поскольку кости часто находятся рядом с кожей, были изучены многочисленные применения томосинтеза для опорно-двигательного аппарата, большинство из которых в основном использовалось в исследованиях с ограниченным использованием в повседневной практике.
Оценка переломов
Томосинтез сравнивали как с рентгенографией, так и с компьютерной томографией для оценки заживления переломов, особенно при наличии оборудования. В исследовании пациентов с переломами запястья было показано, что цифровой томосинтез позволяет выявить больше переломов, чем рентгенография, при одновременном обеспечении меньшего количества металлических артефактов, чем рентгенография. [4]
Оценка эрозий при ревматоидном артрите
Томосинтез сравнивали с цифровой рентгенографией с компьютерной томографией в качестве стандарта для обнаружения эрозий, связанных с ревматоидным артритом . Доза облучения при цифровом томосинтезе была очень близка к дозе при цифровой рентгенографии. Однако томосинтез показал чувствительность, специфичность, точность, положительную прогностическую ценность и отрицательную прогностическую ценность 80%, 75%, 78%, 76% и 80%, по сравнению с цифровой рентгенографией: 66%, 81%, 74%, 77 % и 71%. [13] Небольшая выгода цифрового томосинтеза в этом приложении может оправдывать или не оправдывать немного увеличенную стоимость метода по сравнению с цифровой рентгенографией.
Электроника
Томосинтез также используется для рентгеновского контроля электроники [14], особенно узлов печатных плат и электронных компонентов. Томосинтез обычно используется там, где требуется КТ-срез при большом увеличении, когда обычная КТ не позволяет расположить образец достаточно близко к источнику рентгеновского излучения.
Рекомендации
- ^ Доббинс, Джеймс; Макадамс, Х. Пейдж (ноябрь 2009 г.). «Томосинтез грудной клетки: технические принципы и клинические обновления» . Европейский журнал радиологии . 72 (2): 244–251. DOI : 10.1016 / j.ejrad.2009.05.054 . PMC 3693857 . PMID 19616909 .
- ^ Доббинс Дж. Т., 3-й; Годфри, ди-джей (7 октября 2003 г.). «Цифровой рентгеновский томосинтез: современное состояние и клинический потенциал». Физика в медицине и биологии . 48 (19): R65–106. DOI : 10,1088 / 0031-9155 / 48/19 / R01 . PMID 14579853 .
- ^ Секопулос, Иоаннис (2013). «Обзор томосинтеза груди. Часть II. Реконструкция, обработка и анализ изображений, а также передовые приложения» . Медицинская физика . 40 (1): 014302. Bibcode : 2013MedPh..40a4302S . DOI : 10.1118 / 1.4770281 . PMC 3548896 . PMID 23298127 .
- ^ а б Ха, Алиса; Ли, Эми; Хиппе, Даниэль; Чоу, Шинн-Хьюи; Чу, Феликс (июль 2015). «Цифровой томосинтез для оценки заживления переломов: перспективное сравнение с рентгенографией и компьютерной томографией». Американский журнал рентгенологии . 205 (1): 136–141. DOI : 10,2214 / AJR.14.13833 . PMID 26102392 .
- ^ Смит, Эндрю П .; Никласон, Лорен; Рен, Баоруи; Ву, Дао; Рут, Крис; Цзин, Чжэньсюэ (2006). «Видимость поражения при томосинтезе с низкой дозой». Цифровая маммография . Конспект лекций по информатике. 4046 . С. 160–166. DOI : 10.1007 / 11783237_23 . ISBN 978-3-540-35625-7.
- ^ « Selenia Dimensions 3D System - P080003 , Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), 11 февраля 2011 г.
- ^ Сиу, Альберт Л. (12 января 2016 г.). «Скрининг рака молочной железы: Рекомендация рабочей группы США по профилактическим услугам» . Анналы внутренней медицины . 164 (4): 279–96. DOI : 10.7326 / M15-2886 . PMID 26757170 .
- ^ Закриссон, София; Лонг, Кристина; Россо, Алдана; Джонсон, Кристин; Дастлер, Магнус; Фёрнвик, Даниэль; Фёрнвик, Ханни; Сартор, Ханна; Тимберг, Понт; Тингберг, Андерс; Андерссон, Ингвар (ноябрь 2018 г.). «Томосинтез молочной железы с одним обзором по сравнению с маммографией с двумя экранами в скрининговом исследовании томосинтеза молочной железы в Мальмё (MBTST): проспективное популяционное исследование диагностической точности» . Ланцетная онкология . 19 (11): 1493–1503. DOI : 10.1016 / s1470-2045 (18) 30521-7 . ISSN 1470-2045 .
- ^ Берггрен, Карл; Седерстрём, Бьёрн; Лундквист, Матс; Фреденберг, Эрик (2018). «Каскадный системный анализ качества изображения сдвига при щелевом томосинтезе молочной железы» . Медицинская физика . 45 (10): 4392–4401. DOI : 10.1002 / mp.13116 . ISSN 2473-4209 .
- ^ Берггрен, Карл; Седерстрём, Бьёрн; Лундквист, Матс; Фреденберг, Эрик (2018). «Характеристика многощелевого томосинтеза молочной железы с подсчетом фотонов» . Медицинская физика . 45 (2): 549–560. DOI : 10.1002 / mp.12684 . ISSN 2473-4209 .
- ^ Фреденберг, Эрик; Берггрен, Карл; Бартельс, Матиас; Эрхард, Клаус (2016), Тингберг, Андерс; Лонг, Кристина; Тимберг, Понтус (ред.), «Измерение объемной плотности груди с использованием томосинтеза со спектральным подсчетом фотонов: первые клинические результаты» , Imaging Breast Imaging , Cham: Springer International Publishing, 9699 , стр. 576–584, doi : 10.1007 / 978-3 -319-41546-8_72 , ISBN 978-3-319-41545-1, получено 30 декабря 2020 г.
- ^ Седерстрём, Бьёрн; Фреденберг, Эрик; Берггрен, Карл; Эрхард, Клаус; Даниэльссон, Матс; Уоллис, Мэтью (2017-03-09). Flohr, Thomas G .; Lo, Joseph Y .; Гилат Шмидт, Тали (ред.). «Характеристика поражения в спектральном томосинтезе с подсчетом фотонов» . Орландо, Флорида, США: 1013205. arXiv : 2102.00175 . DOI : 10.1117 / 12.2253966 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Саймон, Паоло; Жерар, Лоран; Кайзер, Мари-Жоэль; Риббенс, Клио; Ринкин, Чарлин; Недомогание, Оливье; Недомогание, Мишкль (август 2016 г.). «Использование томосинтеза для обнаружения эрозий костей стопы у пациентов с установленным ревматоидным артритом: сравнение с рентгенографией и КТ». Американский журнал рентгенологии . 205 (2): 364–370. DOI : 10,2214 / AJR.14.14120 . PMID 26204289 .
- ^ Практическое руководство по критериям рентгеновского контроля и анализа общих дефектов (второе изд.). 2019. стр. 83. ISBN 978-1527233614.
Внешние ссылки
- Цифровой томосинтез: передовая техника визуализации рака груди, Макс Видманн, UCSB