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乳腺DBT影像的微钙化簇自动检测算法取得最新进展

2019-11-14 17:16:15
乳腺DBT影像的微钙化簇自动检测算法取得最新进展

微钙化簇是乳腺癌重要的早期征象,对于乳腺癌的早期发现及恶性诊断具有重要意义。乳腺钼靶,全称乳腺钼靶X线摄影检查,又称钼钯检查,是目前诊断乳腺疾病的首选和最简便、最可靠的无创性检测手段,痛苦相对较小,简便易行,且分辨率高,重复性好,留取的图像可供前后对比,不受年龄、体形的限制,目前已作为常规的检查。它的特点是可以检测出医生触摸不到的乳腺肿块,特别是对于大乳房和脂肪型乳房,其诊断性可高达95%,对于以少许微小钙化为唯一表现的T0期乳腺癌(临床门诊阴性),也只有凭借软X线检查才能被早期发现和诊断,对乳腺癌的诊断敏感性为82%~89%,特异性为87%~94%。

乳腺X线断层摄影(Digital Breast Tomosynthesis, DBT)是一种断层合成技术,它能够克服传统二维乳腺钼靶因组织重叠而影响病变观察的问题。在不均匀致密型和致密型乳腺中,DBT对于微小钙化的检出明显优于二维乳腺钼靶。但DBT对于微钙化簇的显示和定性存在诸多不足。DBT采用多角度的低剂量投影图像重建断层图像,降低了钙化的信噪比;另一方面由于连续的X线源移动造成的图像模糊,影响了钙化的形态;此外由于微钙化簇在DBT断层图像上分布于多张切片,不利于钙化簇的整体观察和诊断。对于放射科医生,由于DBT影像的海量数据,分布于多层的微钙化容易导致微钙化病灶的漏诊。同时,DBT影像中微钙化信噪比较低以及存在图像模糊,容易导致微钙化的误诊。由此,研究计算机辅助检测技术来实现DBT中微钙化簇的自动检测,降低由于图像噪声或组织重叠影响导致的误诊,消除医生长时间阅片的疲劳或者不同阅片经验差异的影响。

近期,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学影像室先进成像课题组开发了一套乳腺DBT影像的微钙化簇自动检测算法。该算法采用三维的图像处理技术,实现了微钙化点的增强、定位和分割,通过聚类得到微钙化簇。针对微钙化簇在DBT影像的非中间层存在图像模糊,以及分布于多层的影像特点,该课题组创新性地提出在中间层切片和最大密度投影层实现微钙化簇的检测。针对微钙化簇检测的高假阳性率,提出了基于多域影像特征的假阳性降低算法,相关成果已申请发明专利(基于多域特征的数字乳腺X射线断层摄影图像的微钙化簇自动检测方法,201910031535.8)。

该课题组与苏州市立医院东区乳腺放射科进行合作,收集2014~2018年接受DBT检查病人的数据,共计876组案例(包含CC和MLO位视图,共计1752组DBT图像)。该课题组基于3D Slicer平台自主研发了一套乳腺病灶标注插件,在医生的协助下,完成整个数据集的标注和统计。通过实验测试,该课题组开发的微钙化检测算法实现了95.27%的最大检测敏感性。在90%的检测敏感性下,假阳性从1.3 FPs /DBT volume降低到了0.2 FPs /DBT volume,降低了84.6%的假阳性。该研究成果以Multi-domain features for reducing false positives in automated detection of clustered microcalcifications in digital breast tomosynthesis 为题发表于Medical Physics 杂志(2019, 46(3): 1300-1308),论文第一作者为研究生张凡,研究员郑健和医师蒋可为通讯作者。该研究课题得到美国匹兹堡大学医学院放射科(吴山东)、苏州市立医院东区乳腺放射科(胡大章、陈倩)等的大力支持。该项工作受国家重点研发计划(2016YFC0104505)、国家自然科学基金(61701492)、江苏省自然基金(BK20170392)等的经费支持。

与普通X线摄影相同,乳腺X线摄影的成像基础是构成乳腺诸组织存在密度差异,其实质是各组织对X线的吸收值不同。乳腺本身是软组织成分,主要由纤维腺体组织、脂肪组织和皮肤构成,其组织密度、线吸收系数都很接近,为此乳腺摄影所产生的X线具有独特性,即它是低能量软X线,以此来扩大乳腺组织之间的X线吸收差异,增强图像的对比。

乳腺摄影机X线球管的阳极最早采用的是钼靶,因此在我国称为“钼靶乳腺X线检查”(简称“钼靶检查”),但随着技术的进展,目前阳极材料已不限于钼靶,还包括钼铑双靶、钼钨双靶等,还有单独使用钨靶的乳腺X线摄影机。因此规范的命名应是“乳腺X线摄影(mammography)”。

为了获得高质量的图像,乳腺X线成像所采用的摄影设备应具备乳腺X线摄影所需的性能要求,并有计划地进行设备质量管理,摄影时根据乳腺的大小和密度选择合适的曝光条件,正确地实施摆位和压迫。

生育期女性的乳腺会随月经周期出现复旧、增生、退化等往复循环的周期性变化,因此女性乳腺X线摄影和自我乳腺体检最好选择在乳腺组织复旧后或再次增生的初期,即月经来潮后的7~10天。检查前应去除胸前的金属异物,如项链等;不要在胸前涂抹外用的药液及护肤品,以避免出现伪影。

乳腺X线摄影的新技术及进展包括数字乳腺断层摄影(digital breast tomosynthsis, DBT)、对比增强数字乳腺摄影(contrast-enhanced digital mammography,CEDM)、双能量减影等。但这些新技术,还需要更多的实验和研究及经验积累,使其更加成熟。

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