dc.contributor.author
Diekmann, Felix
dc.date.accessioned
2018-06-07T20:55:06Z
dc.date.available
2006-04-27T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/7132
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-11331
dc.description
Titelseite und Inhaltsverzeichnis
Einführung und Problemstellung 3
1\. Aktueller Stand digitaler Mammographie 6
1.1 Unterschiede zwischen konventioneller und digitaler Mammographie 6
1.2 Digitale Mammographiesysteme 8
1.3 Technische Parameter digitaler Mammographiesysteme 11
2\. Dosisreduktion: aktueller Stand und zukünftiges Potenzial 14
2.1 Dosisreduktion bei Lokalisierungsprozeduren 14
2.2 Dosisreduktion bei Spezialaufnahmen 17
2.3 Dosisreduktion durch rasterlose Technik 18
3\. Software: weiterführende Anwendungen 19
3.1 Darstellung digitaler Aufnahmen 19
3.2 CAD-Systeme 22
3.3 Teleradiologie und Datenkompression 25
4\. Hardware: monochromatisches Röntgen 25
5\. Weiterführende Anwendungen 27
5.1 Tomosynthese 27
5.2 Kontrastmittelmammographie 29
6\. Diskussion 31
7\. Zusammenfassung 42
8\. Originalarbeiten 47
9\. Literaturverzeichnis 49
dc.description.abstract
Trotz aller Fortschritte in der Brustkrebsdiagnostik in der Vergangenheit kann
und muss die Mammographie weiter verbessert werden. Insbesondere die
Einführung der digitalen Mammographie eröffnet diesbezüglich interessante
Optionen. Mithilfe der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit kann gezeigt werden,
dass die höhere Kontrastauflösung der digitalen Mammographie insbesondere bei
der Visualisierung von Grenzbefunden (Mikrokalk in Vergrößerungsaufnahmen)
Vorteile gegenüber der konventionellen Mammographie bietet. So wurden mit den
unterschiedlichen Modalitäten an Präparaten von 3 Untersuchern insgesamt 9705
Mikroverkalkungen ausgezählt. Dabei waren die Ergebnisse der digitalen
Vollfeldmammographie (1020/753/881) denen der Film-Folienmammographie
(901/643/822) deutlich überlegen [Originalarbeit 1]. Insgesamt konnte gezeigt
werden, dass in der Praxis 6% mehr Verkalkungen visualisiert werden als in der
herkömmlichen Mammographie. Dies führte jedoch in einer klinischen ROC-Studie
nicht zu statistisch signifikanten Unterschieden (p=0,08958) in der
Befundungsqualität, obwohl subjektiv in 10% der Entscheidungen die
Bildqualität von den Untersuchern in den digitalen Aufnahmen als klinisch
relevant besser eingeschätzt wurde [Originalarbeit 2]. Die verbesserte
Bildqualität des digitalen Systems führt also in der Praxis zu keinen oder
allenfalls geringen Verbesserungen in der Befundqualität. Da die Bildqualität
bei den digitalen Systemen direkt mit der applizierten Strahlendosis
korreliert, kann daher umgekehrt überlegt werden, inwiefern in der digitalen
Mammographie ein Potenzial zur Dosisreduktion besteht. Dieses Potenzial zur
Dosisreduktion kann bei Zusatzaufnahmen evaluiert werden. Eine seltene
Zusatzaufnahme, die in unserem Patientinnenkollektiv bei über evaluierten 5000
Untersuchungen nur 7x angewendet wurde, ist die tangentiale Aufnahme zur
Visualisierung von Hautverkalkungen. Dabei konnte gezeigt werden, dass hier
eine Dosisreduktion der einzelnen Zusatzaufnahmen um 50% möglich ist
[Originalarbeit3]. Über die dosisreduzierenden Spezialanwendungen hinaus
konnte jedoch auch gezeigt werden, dass neue Möglichkeiten zur Dosisreduktion
durch Veränderungen an der Hardware in der digitalen Mammographie bestehen. So
konnte durch Einsparen des in der Mammographie normalerweise verwendeten
Streustrahlenrasters prinzipiell eine durchschnittliche Dosisreduktion um
mindestens 50% erreicht werden bei gleichbleibender Bildqualität. Die
Möglichkeiten in der Routinediagnostik auf den Einsatz des Rasters zu
verzichten wurden mithilfe einer Phantomstudie evaluiert. Dabei wurden von
drei Untersuchern 976 Felder von Aufnahmen des CDMAM- Phantoms in 8
unterschiedlichen Dosiseinstellungen nicht erkannt, während 1115 Felder mit
der herkömmlichen Rastertechnik nicht erkannt wurden. Die Vorteile durch die
rasterlose Technik zeigten sich dabei insbesondere bei
Kompressionsschichtdicken <3cm. Es muss daher gefordert werden, Protokolle für
rasterlose Technik für die digitale Mammographie zur weiteren Dosisreduktion
zu entwickeln. Bisher wird das Potenzial zur Dosisreduktion durch rasterlose
Technik in der Praxis bisher erst in Ausnahmefällen ausgeschöpft, da gezeigt
werden konnte, dass für den routinemäßigen Einsatz des rasterlosen Röntgens
Veränderungen in der Software notwendig sind [Originalarbeit 4]. Die
Ergebnisse der Studie haben jedoch direkt dazu geführt, dass zumindest bei
nicht diagnostischen Aufnahmen wie 2D-Drahtlokalisationsaufnahmen die
rasterlose Technik eingesetzt wird. Neben den kurzfristig realisierten und
realisierbaren Änderungen an der Hardware ergeben sich durch die Einführung
der digitalen Mammographie jedoch auch Möglichkeiten durch die Software. Neben
allgemein als Standard akzeptierten Methoden wie dem peripheren
Dichteausgleich sind Computeralgorithmen einsetzbar, um interessierende
Strukturen in der Mammographie im Kontrast lokal anzuheben [Originalarbeit 5].
Dabei ist neben solchen Veränderungen, die eher zur Bildnachverarbeitung zu
zählen sind, wie z.B. ein Wavelet- Enhancement, auch Algorithmen im Einsatz,
die Pathologien in der Mammographie direkt detektieren sollen
(Computerassistierte Diagnose, CAD-Systeme). Im Gegensatz zu der Lehrmeinung,
die noch aus dem Einsatz von CAD-Systemen mit der konventionellen Mammographie
stammen, konnten wir zeigen, dass diese Systeme den Arbeitsablauf auch
beschleunigen können. So wurde in einer simulierten Screeningsituation mit 280
Mammographien gezeigt, dass 4 Untersucher insgesamt 483 Minuten Befundungszeit
brauchten, wenn ein CAD System nach vordefiniertem Schema eingesetzt wurde.
Die gleichen Untersucher brauchten ohne CAD System 580 Minuten für eine
Befundung identischer Qualität (ROC-Analyse). Interessant dabei war ebenfalls,
dass im Gegensatz zur gängigen Lehrmeinung bei diesem speziellen Versuch die
unerfahreneren Untersucher mehr vom CAD-System profitierten als erfahrenere
Untersucher. In unserer Untersuchung konnten computererfahrene Untersucher
ihre Performance um ca. 10-20% steigern. Dies ist insbesondere für
Screeninguntersuchungen, bei denen viele Mammographieaufnahmen in kürzester
Zeit befundet werden müssen, bedeutsam. Insgesamt ist das Potenzial durch die
Softwarealgorithmen zur Verbesserung der Arbeitsabläufe, der Dosiseinsparung
durch rauschunterdrückende Algorithmen sowie zur Verbesserung der
Befundqualität durch zusätzliche Einstufung der Herdbefunde in
Diagnoseschemata in der digitalen Mammographie erheblich und darf bei aller
Diskussion um technische Hardwareparameter nicht unterschätzt werden.
Längerfristig sind auch weitergehende Eingriffe in gewohnte Arbeitsabläufe
durch die digitale Mammographie denkbar. So können Veränderungen der
Strahlenqualität, z.B. durch den Einsatz von monochromatischer Strahlung,
gleichzeitig zur Verbesserung der Bildqualität und zur Reduktion der Dosis
beitragen [Originalarbeit 6]. Die Ergebnisse des monochromatischen Röntgens
mit einem umgebauten Mammographiegerät zeigen, dass die Bildqualität dabei
deutlich steigen kann. So konnten in einem Versuch mit dem CDMAM-
Röntgenphantom 93% aller Details mit monochromatischer Strahlung identifiziert
werden, im Vergleich dazu mit der herkömmlichen konventionellen Technik nur
70% aller Phantomdetails vs. 83% in der kommerziell erhältlichen digitalen
Technik. Auch der direkt gemessene und berechnete physiologische Kontrast von
Testobjekten verbesserte sich bei unterschiedlicher Schichtdicke der
gemessenen Objekte um den Faktor 2-3. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass
hier ein erhebliches Potenzial zur Dosisreduktion, insbesondere bei Geräten
mit der sogenannten slot-scan-Technik, zur Verfügung steht, welches erstmals
auch an einem herkömmlichen Mammographiegerät genutzt werden konnte. Die zuvor
an Großgeräten wie dem Teilchenbeschleuniger DESY in Hamburg oder BESSY in
Berlin gewonnenen Erkenntnisse konnten damit auch in der digitalen
Mammographie bestätigt werden. Nicht nur für monochromatisches Röntgen,
sondern auch für den Einsatz von Kontrastmitteln in der digitalen Mammographie
sind bisher Änderungen in der Hardware notwendig. Die
Kontrastmittelmammographie stellt dabei zusammen mit der Tomosynthese und der
Kombination von Mammographie und Ultraschall eine vielversprechendes Verfahren
dar, mit dem das Problem der Summation von Drüsengewebe in der Mammographie
gelöst werden kann [Originalarbeit 7]. Zur Anwendung des
Mammographieverfahrens mit Kontrastmitteln müssen zum einen die technischen
Parameter für die Kontrastmittelmammographie geändert werden (Anpassung der
Anoden/Filter-Kombination, Anpassung von kV und mAs an die Problemstellung)
sowie entsprechende Softwarealgorithmen (logarithmische Subtraktion)
eingesetzt werden. Nach Simulation der Kontrastmittelversuche im Tierversuch
konnte das Verfahren von uns erstmals an Patientinnen erprobt werden. Die
ersten Ergebnisse zeigen, dass mithilfe dieses Verfahrens Brustkrebs
visualisiert werden kann, der mit der herkömmlichen Mammographie okkult
erscheint. Es konnte in diesem Rahmen ebenfalls gezeigt werden, dass
Bewegungsartefakte und Kompression für dieses Verfahren ebenfalls eine große
Rolle spielen. Weiterentwicklungen bezüglich eines automatisierten
Bewegungsausgleichs z.B. nach Anwendung von morphologischen Filtern sind daher
anzustreben. Die bisher durchgeführten und veröffentlichten klinischen
Untersuchungen sind sowohl von unserer als auch von anderen Arbeitsgruppen
dabei immer mit für Mammographie untypisch hoher Energie und Kupferfilterung
durchgeführt worden. Der Grund dafür wird in erster Linie mit der K-Kante von
Jod angegeben, die bei ca. 33 keV oberhalb der normalerweise für die
Mammographie eingesetzten Energien liegt. Bei dieser hohen Energie können
jedoch andere Bilddetails, wie z.B. Mikroverkalkungen, dem Nachweis entgehen.
Es wäre daher wünschenswert, ein speziell an die Bedürfnisse der Mammographie
angepasstes Kontrastmittel zu entwickeln [Originalarbeit 8]. Wir konnten zu
diesem Zweck nachweisen, dass bei verschiedenen niedrigen Energien (oberhalb
und unterhalb von 17.5 keV) die Reihenfolge in der Absorption von
verschiedenen Kontrastmitteln identisch ist mit Ausnahmen des getesteten
Elementes Zr. Dies eröffnet die Möglichkeit, ein speziell an die Bedürfnisse
der Mammographie angepasstes Kontrastmittel auf der Basis von Zr zu
entwickeln, was auch bei den für die Mammographie interessanten niedrigen
Energien und Anoden/Filterkombinationen eine Energiesubtraktion ermöglicht.
Insgesamt lassen die Verbesserungen in der digitalen Mammographie darauf
hoffen, dass Brustkrebs zukünftig noch früher und noch sicherer erkannt werden
kann und die Prognose von Brustkrebs sich damit immer weiter verbessert. Wir
konnten dabei zeigen, dass der aktuelle Stand der Gerätetechnik die breite
Anwendung der digitalen Mammographie ermöglicht. Dabei zeigen sich schon in
der ersten Gerätegeneration Vorteile bezüglich der diagnostischen Qualität,
der Optimierung von Arbeitsabläufen, der Archivierung und der Möglichkeit von
teleradiologischen Anwendungen. Kurzfristig kann mit den digitalen Systemen
ein erhebliches Potenzial zur Dosisreduktion ausgeschöpft werden und die
Befundqualität sowie die Arbeitsabläufe durch Softwareentwicklungen verbessert
werden. Längerfristig sind deutliche Verbesserungen in der
Brustkrebsdiagnostik durch weiterführende Anwendungen wie Tomosynthese, den
automatisierten Ultraschall und die Kontrastmittelmammographie zu erwarten.
de
dc.description.abstract
Mammography is not a perfect tool for detectiAuch die übrigen
Hardwarekomponenten wie z.B. das Raster ermöglichen durch den on of breast
cancer. Despite this fact mammography is the first choice for reduction of
breast cancer mortality and for workup of suspicious lesions. Without any
doubt especially digital mammography has a potential for further improvements.
We were able to show that due to the higher contrast resolution of digital
detectors in routine mammography the diagnostic quality with these machines is
equal or even improved compared to film screen mammography. This goal can be
reached even with dose reduction what is used for spezial images and for
localization procedures even nowadays. Additionally some components of the
hardware have to be discussed in digital mammography and can be used for
further dose reduction e.g. leaving away the grid. Also changes in the
quality of the x-ray beam, e.g. with monochromatic x-rays, can lead to
improvements in image quality with lower dose. Beside the hardware changes one
has to think about the improvements due to software changes, too. This has
lead to new algorithms for visualization of pathologic findings or CAD
algorithms. Future applications like contrast medium mamography will lead to
detections of otherwise occult tumors. All in all the improvements of digital
mammography are promising tools for further improvements in breast cancer
diagnostics and will hopefully lead to earlier detection of breast cancer.
This would lead to a better prognosis of breast cancer.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
digital mammography
dc.subject
advanced applications
dc.subject
technical developments
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Einsatz der digitalen Mammographie in der Brustkrebsdiagnostik
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Thomas Helbich, Wien
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Walter Heindel, Münster
dc.date.accepted
2006-04-25
dc.date.embargoEnd
2006-04-27
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000002122-3
dc.title.subtitle
Technische Entwicklungen, experimentelle und klinische Ergebnisse
dc.title.translated
Digital Mammography for breast cancer detection
en
dc.title.translatedsubtitle
Technical developments, experimental and clinical results
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
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FUDISS_thesis_000000002122
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http://www.diss.fu-berlin.de/2006/243/
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