Pystysuuntainen rinnan kartiokeilatietoko-netomografialaite - Teknologiakartoitus, kliinisen suorituskyvyn odotukset ja konseptiehdotus

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2021-06-14

Department

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)

Language

fi

Pages

67 + 7

Series

Abstract

Rintasyöpä on läntisen elämäntavan maissa naisten yleisin syöpätyyppi. Mammografia on rintasyövän diagnostiikassa eniten käytetty menetelmä. Viime vuosikymmeninä on kehitetty myös kartiokeilakuvantamislaitteita (KKTT) rinnan kuvaukseen. Rinnan KKTT tuottaa rinnasta kolmiulotteisen mallin ja mahdollistaa rinnan kuvauksen ilman mammografiassa oleellista kompressiota. Tässä työssä selvitettiin miksi KKTT ei ole pääasiallinen kuvantamismenetelmä tämän päivän mammografiassa. Työ jakautui kolmeen alatutkimusosaan: 1) Modernin mammografian ja rinnan KKTT:n periaatteet ja käytetyt teknologiat. 2) Menetelmien kliiniset suorituskyvyt. 3) Laitekonsepti, pystysuuntaiselle rinnan kuvauslaitteelle, jossa yhdistyvät perinteinen mammografia ja rinnan KKTT. Rinnan kompression poistaminen poistaa rintakudoksen laskostumisongelman, mutta johtaa putkijännitteen kasvattamiseen. Tästä seuraa valosähköisen absorption väheneminen ja Comptonsironnan lisääntyminen, mikä johtaa pehmytkudoserottelun heikkenemiseen. Toisaalta, KKTT:ssa kontrasti ei mammografian tavoin riipu leesion koosta. Rinnan KKTT:ssa oleelliseksi kuvanlaadun meriitiksi muodostuukin annostehokkuus, jossa CNR:n sijaan merkitsevää on SNR. Riittävä SNR KKTT:n projektiokuvissa edellyttää annostasoa, joka johtaa rinnan KKTT-tutkimuksessa suurempaan kudosannokseen kuin vastaavan mammografiatutkimuksen. Suurempi annostaso per kuvaus on osittain hyväksyttävää, koska kolmiulotteinen tarkastelumahdollisuus yhdistettynä kompressoimattomaan rintaan mahdollistaa samasta kuvauksesta vapaasti luotavat tarkasteluprojektiot halutuista suunnista ilman lisäkuvauksia. Laitekonsepti osoitti, että rinnan KKTT:n suorituskyky riippuu vahvasti tarjolla olevista komponenteista, joiden valikoima on niukka ja hybridikäyttöön vain rajallisesti sopiva Koska käytetyn teknologian painotuksissa mammografian ja rinnan KKTT:n välillä on selviä eroja, johtaa mammografialaitteen ehdoilla suunniteltu hybridilaite epäideaalisiin ratkaisuihin rinnan KKTT:n osalta. Erot kliinisessä suorituskyvyssä KKTT:n mammografiaan välillä olivat pienehköjä. KKTT:n heikkous on kalkkien näkyvyys. KKTT:n vahvuudeksi voi tulkita massojen näkyvyyden erityisesti tiiviillä rinnoilla. Rinnan KKTT tuottaa myös mammografiaa suuremman annoksen. Tiiveysluokan a ja b rinnoilla se ei näytä tuovan oleellista lisäarvoa mammografiaan verrattuna. Tämä tutkimus osoitti, että rinnan KKTT ei ole toistaiseksi saavuttanut sellaista kliinistä suorituskykyä, joka horjuttaisi perinteisen mammografian asemaa. KKTT annostaso sopii heikosti seulontakuvaukseen, joka määrällisesti edustaa ¾:stä kaikista mammografian tutkimuksista. Mammografian erikoistutkimusmuodot tomosynteesi ja kaksienergiavarjoainekuvaus näyttävät lisäävän kliinistä suorituskykyä jopa rinnan KKTT:n tarjoamia etuja paremmin. Rinnan KKTT:n kuvanlaatu olisi parempi, jos komponentit olisivat tähän käyttöön paremmin optimoituja.

Breast cancer is the most common type of cancer among the women in the countries of western lifestyle. Mammography is the most commonly used imaging technique in the detection of breast cancer. During the past decades cone-beam CT (CBCT) technology has been utilized for breast imaging as well. CBCT produces true 3D model from the breast and makes compression, essential part of mammography, unnecessary. The goal of this work was to find out why CBCT isn’t the primary method in modern mammography. The work was divided into three substudies: 1) Principles and technologies of modern mammography and breast CBCT. 2) Clinical performance of mammography and breast CBCT. 3) Concept proposal for an upright imaging apparatus comprising of modern mammography and CBCT. Absence of compression removes the problem of tissue aliasing but leads to use of higher tube potential which reduces photoelectric absorptions and increases Compton scatter resulting in weakening of the soft tissue resolution. On the other hand, unlike in mammography relative contrast in CBCT is independent of the dimension of the lesions. Thus, dose efficiency (SNR2/dose) becomes more useful index for the measurement of object detectability. Necessary SNR in the projection images requires higher dose level compared to mammography. Higher dose level per study is partly justified due to possibility of utilizing the existing 3D model for adding extra projection views without radiation. Concept proposal showed that performance of the breast CBCT is heavily dependent on available components. Assortment is limited and only partially suitable to hybrid use. Components used in mammography and breast CBCT require different optimizations. The performance of the mammography features was assumed to unchanged which lead to compromises and unideal solutions in CBCT. Differences in the clinical performance between CBCT and mammography were small. Weakness of the CBCT is visibility of the microcalcifications. Visibility of the masses, especially in the dense breasts, is its strength. CBCT produces generally higher dose compared to mammography but no additional value in the breast densities a and b. This work showed that breast CBCT has not yet achieved clinical performance that could jeopardize the position of mammography. Dose level of the breast CBCT fits poorly to screening which represents ¾ of all mammography examinations. In fact, special examination modes such as tomosynthesis and contrast-enhanced mammography seem to improve clinical performance of mammography more than breast CBCT. Image quality would be improved if the components were optimized to breast CBCT.

Description

Supervisor

Hölttä-Otto, Katja

Thesis advisor

Vahtila, Vesa

Keywords

kuvantaminen, mammografia, kartiokeilatietokonetomografia, konsepti

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202106207524

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG