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Tomosintesi Mammella

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Articolo dell\' Irccs di Padova su Tomosintesi.
Principi, tecnica e applicazioni cliniche.

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Tomosintesi Mammella

  1. 1. OBIETTIVO SUTomosintesi digitale della mammellaDigital Breast Tomosynthesis (DBT)LUIGI PESCARINI, GISELLA GENNARO, ENRICA BALDAN, ELISA-BETTA BEZZON, COSIMO DI MAGGIO, MANUELA LA GRASSA, ILA- Operativa di Senologia dell’Istituto Oncologico Veneto (IOV)RIA POLICO, ALESSANDRO PROIETTI, AIDA TOFFOLI in Padova. Istituto Oncologico Veneto, IRCCS Padova, via Gattamelata, 64 -35128 Padova. Dipartimento di Scienze Oncologiche e Chirurgiche Protocollo clinicodell’Università degli Studi di Padova Come introdotto, il limite principale della mammografia bi- dimensionale sia su pellicola (SFM = Screen Film Mammo- graphy) sia su supporto digitale (FFDM = Full Field DigitalIntroduzione Mammography) è costituito dall’elevata densità mammaria del substrato anatomico derivante dalla sovrapposizione delle di- verse “strutture”.L a tomosintesi digitale della mammella (DBT, Digital Bre- ast Tomosynthesis) è una tecnica di imaging tridimensio-nale che permette di ricostruire immagini volumetriche della E’ intuitivo che l’elevato spessore può produrre su una superfi- cie un “effetto di elevata densità”, anche se tra le strutture ghian-mammella a partire da un numero finito di proiezioni bidi- dolari esistono piani di grasso più o meno estesi. In presenza dimensionali a bassa dose, ottenute con angolazioni diverse del tali condizioni consegue la mancata o scadente visualizzazionetubo radiogeno. Il principio radiogeometrico della tomosinte- e la “non percezione” delle lesioni espansive (masse e distor-si è simile a quello applicato nella vecchia tecnica stratigrafica sioni) e delle calcificazioni, con errore significativamente più[1], con la differenza fondamentale che, mentre la stratigrafia rilevante per le lesioni espansive in relazione al minor contrastorichiedeva l’acquisizione di esposizioni multiple per ciascuno intrinseco.strato che si voleva “mettere a fuoco”, la tomosintesi digitale In virtù di una “nitida rappresentazione” in assenza di sovrap-permette di ricostruire un numero arbitrario di piani a parti- posizioni, la tomosintesi è in grado di “rendere visibili” e/o me-re dalla stessa sequenza di proiezioni bidimensionali [2]. Ciò è glio analizzabili nelle forma, nei contorni, nella disposizione ereso possibile dalla separazione tra il processo di acquisizione e nel numero le lesioni “non rappresentate o mal rappresentate”quello di visualizzazione consentita dall’impiego di rivelatori dalla mammografia.digitali diretti per cui le stesse proiezioni grezze possono essere Lo studio in corso presso lo IOV di Padova prevede il con-processate per ricostruire piani diversi. fronto tra le prestazioni cliniche della mammografia digitaleLa ricostruzione volumetrica, in linea di principio, consente di (FFDM) nelle due proiezioni standard (CC cranio-caudalesuperare uno dei limiti principali dell’imaging bidimensionale, e MLO medio-laterale-obliqua) e quelle della tomosintesiovvero il mascheramento di lesioni (nel caso della mammella, (DBT) in un’unica proiezione obliqua, rispettando così il vin-masse, microcalcificazioni, ecc.), causato dalla sovrapposizione coli di dose. Infatti, fino a quando non sarà dimostrata almenodi strutture normali; quindi l’opportunità di dissociare piani la non-inferiorità clinica della tomosintesi rispetto alla mam-diversi da parte della tomosintesi fa ritenere possibile una ridu- mografia, non è ragionevole aumentare la dose per l’esame dizione del numero di falsi negativi e di falsi positivi dovuti alla tomosintesi; per questo motivo, la dose per l’acquisizione dellasovrapposizione [3-5]. sequenza di proiezioni di tomosintesi è stata calcolata in modoDi seguito vengono illustrate le prime esperienze di tomosinte- da non superare quella di una mammografia tradizionale in duesi digitale della mammella sulle immagini prodotte con un pro- proiezioni (Figura 1).totipo sviluppato da GE Healthcare ed installato presso l’Unità N. 55 - 2008 ATTUALITÀ IN SENOLOGIA 25
  2. 2. OBIETTIVO SU Le sequenze di tomosintesi usate nello studio FIGURA 1 prevedono l’acquisizione di 15 proiezioni a bassa dose, comprese in un arco di ± 20° ri- spetto alla perpendicolare al rivelatore. La dose erogata per una sequenza di tomosin- tesi è stata calcolata entro un valore limite che non superi la dose di due proiezioni mammo- grafiche standard, così che in fase applicativa la dose di fatto viene frazionata in modo che per ciascuna proiezione sia 1/15 del totale [7]. Le proiezioni bidimensionali sono processate tramite un algoritmo di tipo SART (Simulta- neous Algebric Reconstruction Technique) per ricostruire il volume della mammella, campionato secondo strati contigui di 1 mil- limetro [8]. Approccio clinico Alcune osservazioni preliminari sulle possibi- lità delle tecniche e sul metodo di analisi delle immagini mettono in evidenza che alla “nonLo studio è stato condotto dopo aver ottenuto il parere favo- sovrapposizione della DBT” si contrappone un potenziale “be-revole del Comitato Etico, l’approvazione del Ministero della neficio geometrico” connesso alle due proiezioni della FFDM.Salute per l’uso di un “prototipo” e con il consenso informato Inoltre se è vero che la DBT può costruire un “numero arbitra-delle Pazienti eligibili. FIGURA 2ApparecchiaturaIl sistema per tomosintesi si basa sullapiattaforma del mammografo digitalecommerciale GE Senographe DS, conrivelatore flat panel di area 19 x 23cm2, che impiega Ioduro di Cesio iningresso per la conversione dei raggi-Xin luce, con dimensione nominale delpixel di 100 μm2. La movimentazionedelgantry è stata modificata in mododa permettere la rotazione del tuboradiogeno attorno all’asse perpendi-colare al rivelatore; inoltre il sistema dicompressione è stato reso separato dalgantry per far sì che il sistema “mam-mella compressa-rivelatore” rimangafermo durante la rotazione del tubo. Infigura 2 è schematizzata l’acquisizionedi un esame di tomosintesi [6].26 ATTUALITÀ IN SENOLOGIA 2008 - N. 55
  3. 3. OBIETTIVO SUrio” di sezioni da un numero finito di proiezioni, l’accuratez- le “performance” cliniche tramite analisi ROC. Tuttavia, perza d’informazione dipende dall’intervallo di campionamento mantenere un approccio più clinico, anziché far riferimentodelle fette. Il campionamento per ogni millimetro di spessore alle curve frutto dell’analisi statistica, nel seguito seguiremodelle sezioni (slice), ragionevole tra accuratezza e necessità di uno schema di valutazione delle immagini mammografiche e dilimitare il numero di immagini nell’ottica dell’ottimizzazione, tomosintesi secondo i 5 punti proposti da Kopans:può essere un limite a scopo diagnostico, ad esempio per la “va- 1) Riconoscimento: trovare la lesionelutazione d’insieme” di piccoli dettagli come le microcalcifica- 2) Presenza: è reale?zioni (Figura 3A). 3) Localizzazione: dove si trova ? 4) Interpretazione: cosa è ? 5) Decisione: “cosa farne” Di seguito sono sinteticamente riferite le “impressioni” più in- teressanti, mentre i primi risultati complessivi sui casi studiati sono riportati successivamente. 1) Riconoscimento Premesso che la densità mammaria può pregiudicare la rileva- bilità delle lesioni, condizione non superabile per entrambe le tecniche (FFDM e SFM), la DBT consente l’individuazione di un maggior numero di lesioni espansive, con una miglior analisi della forma e dei contorni delle masse e dell’ampiezza e dell’architettura delle distorsioni (Figure 4 A e B). Fig. 3APertanto sezioni più spesse (slab) sono a volte più vantaggiose:le immagini slab sono ottenute per compattamento di più slice(Figura 3B). FFDM DBT sinistra sinistra MLO MLO Fig. 4A slab [8-12] Fig. 3BSu tali premesse è stato preso in considerazione un primo grup-po di 50 casi sottoponendoli alla valutazione di tre Radiologiesperti con metodologia “blinded and independent”, per rica-vare, dal confronto fra le due tecniche, le prime valutazioni sul- Fig. 4B N. 55 - 2008 ATTUALITÀ IN SENOLOGIA 27
  4. 4. OBIETTIVO SUPer le calcificazioni al momento non sono emerse significative FFDM DBTdifferenze su questo punto. Le immagini slab costituiscono una RMLO RMLOvariante tecnica di riferimento nell’analisi della distribuzione,con particolare riguardo alla “configurazione duttale” (Figura 5) Fig. 6B 3) Localizzazione Le due proiezioni mammografiche ortogonali sono il riferi- mento standard per l’attribuzione del quadrante delle lesioni; Fig. 5 è noto anche che le proiezioni CC e MLO non sono spesso sufficienti a definire l’appartenenza anatomo-topografica.L’ingrandimento elettronico risulta di aiuto all’analisi sia nella Analogamente la tomosintesi ottenuta con mammella in po-FFDM che nella DBT. sizione obliqua con le attuali ricostruzioni non è in grado di svolgere questo compito. E’ lecito pensare che ulteriori sviluppi2) Presenza informatici in un prossimo futuro possano raggiungere ancheIl rumore anatomico (densità e sovrapposizione) in mammo- questo obiettivo.grafia può produrre dei “falsi positivi”. L’analisi mediante sezio-ni contigue elimina immagini apparentemente sospette soprat- Attualmente la DBT è solo in grado di stabilire correttamentetutto nei casi di sovrapposizione di strie con evidenza di aspetti la sede delle lesioni, tenuto conto delle modalità di posiziona-distorsivi (Figura 6A). In una prospettiva opposta la DBT può mento, definendo correttamente la profondità rispetto ai pianiconfermare con significatività “segni deboli” di presenza di le- cutanei di appoggio e di compressione.sione rivelati dalla mammografia (Figura 6B). Ne traggono beneficio in particolare le immagini di lesioni si- tuate in corrispondenza di questi (Figura 7). Case # 149 - FFDM FFDM DBT LCC LMLO Fig. 7 Fig. 6A28 ATTUALITÀ IN SENOLOGIA 2008 - N. 55
  5. 5. OBIETTIVO SU4) Interpretazione Primi risultati e considerazioniDai punti precedenti appare evidente in generale un maggiorcontributo da parte della DBT riguardo la semeiotica delle le- Vale la pena riassumere in queste prime applicazioni lesioni mammarie, che sembra ottimale per le distorsioni, buono impressioni comuni ai tre Radiologi che concordanoper le masse, ma di minore impatto per le calcificazioni. nell’affermare che la DBT permette un sostanziale mi-Per queste appare importante un uso adeguato delle slab che glioramento nel rilevamento e nell’analisi delle lesioni,consentono una visione d’insieme. influendo tanto sul convincimento della loro presenzaCome noto, solo in caso di rilievi molto significativi (masse a quanto nella certezza della loro assenza rispetto allacontorni sfrangiati, calcificazioni irregolari e racemose) gli ap- FFDM.porti della sola immagine radiologica possono essere definitivi A ciò si associa peraltro un tempo di lettura discreta-per stabilire con accuratezza una diagnosi di natura; di fatto mente più lungo, correlato al numero d’immagini e alè più spesso “orientativa” a stabilire l’indicazione agli apporti contenuto informativo significativamente più ampiocomplementari dell’ecografia, delle indagini agobioptiche di delle stesse da esaminare con attenzione sia in relazionesecondo livello e della Risonanza Magnetica con mezzo di con- all’analisi di strato quanto di ricomposizione spazialetrasto. da parte dell’operatore medico.In sintesi l’apporto della DBT diventa rilevante quando intro- La DBT non è in grado allo stato attuale di definireduca aspetti correlati ad una migliorata analisi che orientano con sufficiente accuratezza il quadrante nel quale la le-con convinzione verso la benignità o la malignità, apporto che sione è situata.peraltro deve essere contestualizzato nelle procedure già conva- I primi risultati delle prestazioni di ciascun Radiologolidate in Senologia. relativi ai 50 casi esaminati sono stati accolti ed ela- borati con il metodo ROC. La curva relativa al rileva-5) Decisione mento delle lesioni, sul significato statistico della qualeIl punto cruciale della decisione è frutto di tutte le informazio- peraltro non è possibile esprimere un giudizio definiti-ni raccolte, non solo delle immagini. vo, è per tutti i Radiologi indicativa di “performance”E’ chiaro che la DBT è particolarmente significativa quando migliori, comunque non peggiori, per la DBT rispettoelimina immagini potenzialmente sospette, come illustrato in alla FFDM.Fig 6A o invece riconosce lesioni sospette non visibili o insuffi- E’ infine da segnalare che la tomosintesi di fatto noncientemente documentate per rumore anatomico alla mammo- introduce elementi di “semeiotica nuovi”, ma richiedegrafia (Fig 6B). un periodo di adattamento all’immagine che nella no-La decisione, analizzati tali contributi, si coniuga inevitabil- stra esperienza è stato piuttosto breve.mente con l’interpretazione e procede di conseguenza. N. 55 - 2008 ATTUALITÀ IN SENOLOGIA 29
  6. 6. OBIETTIVO SUConclusioni imaging. Radiology 205, 399-406 (1997) 3.Bochud, F.O., Valley, J.F., Verdun, F.R.: EstimationLe prime esperienze cliniche sembrano indicare un im- of the noisy component of anatomical background. Med. Phys. 26, 1365-1370 (1999)patto favorevole della DBT nel rilevamento delle lesio- 4.Burgess, A.E., Jacobson, F.L., Judy, P .F.: On theni mammarie. difficulty of detecting tumors in mammograms. In:Il rilevamento tomografico consente di fatto di apprez- Proceedings of the 17th International Conference onzare isolatamente le lesioni che più “soffrono” della so- Information Processing, pp. 1-11. Springer-Verlag,vrapposizione e quindi della confusione dei piani alla London (2001)mammografia standard. 5.Kontos, D., Bakic, P.R., Maidment, A.D.A.: AnalysisSe anche i primi risultati comparativi, per ora esigui, of parenchymal texture properties in breast tomo-saranno confermati, la DBT potrà inserirsi a pieno ti- synthesis images. In: Giger, M.L., Karssemeijer, N.tolo nel novero delle tecniche idonee allo studio della (eds.) Proceedings of SPIE Medical Imaging 2007:mammella finalizzato al rilevamento di lesioni tanto Computer-Aided Diagnosis, vol.6514, pp. 651417nella diagnostica senologica quanto nello screening. (2007)Gli attesi sviluppi informatici, in particolare i disposi- 6.Gennaro G, di Maggio C, Baldan E, Bezzon E:tivi CAD dedicati, e le potenzialità connesse all’impie- Mammografia digitale 3D. In: “Mammografia Digi-go dei mezzi di contrasto sono da considerare ulteriori tale”, Poletto Editore 2007. 7.Wu, T., Liu, B., Moore, R., Kopans, D.: Optimal ac-promettenti innovazioni che la tomosintesi dovrebbe quisition techniques for digital breast tomosynthesisproporre ai Radiologi in un futuro non lontano. screening. In: Flynn, M.J., Hsieh, J. (eds.) Proce- edings of SPIE Medical Imaging 2006: Physics of Medical Imaging, vol. 6142, pp. 61425E (2006)Bibliografia 8.Zhang, Y., Chan, H.P Sahiner, B., Wei, J., Goodsitt, ., M.M., Hadjiiski, L.M., Ge, J., Zhou, C.: A comparati-1.A Vallebona: Una modalità di tecnica per la disso- ve study of limited-angle cone-beam reconstructionciazione radiografica. Radiologia Medica 17, 1090- methods for breast tomosynthesis. Med. Phys. 33,1097 (1931). 3781-3795 (2006).2.Niklason, L.T., Christian, B.T., Niklason, L.E., Ko-pans, D.B., Castleberry, D.E., Opsahl-Ong, B.H., Lan- Figuredberg, C.E., Slanetz, P.J., Giardino, A.A., Moore, R.,Albagli, D., DeJoule, M., Fitzgerald, P .F., Fobare, Fig. 1 - Le curve indicano la dose ghiandolare me-D.F., Gianbattista, B.W., Kwasnick, R.F., Jianqiang, dia (AGD = Average Glandular Dose) per la mam-L., Lubowski, S.J., Possin, G.E., Richotte, J.F., Wei, mografia tradizionale (SFM) e la tomosintesi (DBT)C.Y., Weirth, R.F.: Digital tomosynthesis in breast in funzione dello spessore mammario (breast thick-30 ATTUALITÀ IN SENOLOGIA 2008 - N. 55
  7. 7. OBIETTIVO SUness): esse appaiono quasi sovrapponibili. storsiva di 13 mm causata da sovrapposizione diFig. 2 - Principio di funzionamento della tomosin- strutture. La DBT conferma l’assenza della lesione.tesi. In fase di acquisizione (sinistra) il tubo ruota Fig. 6 - B) Nella FFDM è con difficoltà riconoscibileattorno all’asse perpendicolare al rivelatore e, in un una massa a contorni sfumati di 5 mm. Con DBT bennumero finito di posizioni prestabilite, il sistema ac- riconoscibile nella stessa sede massa isolata a con-quisisce proiezioni bidimensionali a bassa dose che torni sfrangiati (carcinoma tubulare).costituiscono i dati grezzi. Le immagini bidimensio-nali vengono poi trasferite al sistema di ricostruzio- Fig. 7 - La massa è riconoscibile con FFDM; con DBTne che, applicando un algoritmo di “shift-and-add”, si localizza nei piani superficiali e appare con net-ovvero di riallineamento delle strutture e di somma tezza delimitata da trasparenza attribuibile all’ariadel segnale, ricostruisce il volume della mammella (nevo cutaneo).che viene poi campionato ad intervalli di 1 mm, per-mettendo così di mettere a fuoco strutture che stan-no su piani diversi.Fig. 3 - A) Sequenza di slice da 1 mm relativo adun caso di microcalcificazioni (carcinoma duttale insitu).Fig. 3 - B) Confronto tra FFDM e DBT con immaginislab ottenute per compattamento di 5 slice.Fig. 4 - A) Confronto tra FFDM e DBT: proiezioneLMLO (Left Medio-Lateral-Oblique). Nella FFDMnon sono riconoscibili aspetti riferibili a masse. NellaDBT è evidente massa allungata con diametro massi-mo di 10 mm a contorni netti (lesione benigna).Fig. 4 - B) Anche in questo caso solo nella DBT èriconoscibile massa a contorni sfrangiati di 7 mm(carcinoma duttale infiltrante).Fig. 5 - Confronto tra FFDM e DBT: le informazioniriguardo le calcificazioni nella forma, numero e di-stribuzione sono analoghe per entrambe le tecniche.Fig. 6 - A) La FFDM in CC evidenzia immagine di- N. 55 - 2008 ATTUALITÀ IN SENOLOGIA 31

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