第一部分基于DBT曝光条件的拟人模体病灶显示优化研究[目的]全球范围内大多数国家女性乳腺癌的发病率持续增长,我国女性乳腺癌发病率也出现明显增长,乳腺癌已经成为中国女性发病率第一的恶性肿瘤。乳腺X线摄影目前已被公认为是乳腺癌的首选检查方式。近年来,影像设备不断更新,数字化乳腺断层融合技术,又称为数字乳腺断层摄影系统(Digital Breast Tomosynthesis,DBT)的出现使乳腺癌的早期检出和诊断有了进一步的提高。在目前工作中,DBT常规使用自动曝光控制(AEC)模式摄片,往往难以使患者所受剂量和病灶显示同时达到最优化。本部分研究旨在探讨在遵循剂量“在可合理达到尽可能低的水平(ALARA)’的原则基础上,采用手动模式调整曝光条件,为不同乳腺分型乳腺病灶显示最优化提供参考,推动数字乳腺断层摄影的广泛应用。[材料和方法]1.实验材料选取的人体乳腺组织标本来自于在南方医科大学南方医院放射科进行过数字乳腺断层摄影检查且临床诊断为乳腺癌需行乳腺改良根治术的患者,乳腺组织标本中原有的病灶已被挖除,术前数字乳腺断层摄影的乳腺密度分型有四种：脂肪型、少量腺体型、多量腺体型、致密型,然后使用美国标准的乳腺影像专用检测ACR-156模体与所得到的不同乳腺分型的人体乳腺组织标本进行模拟组合,模拟乳腺组织厚度均约42mm。组合的模拟乳腺组织将包含有不同大小的纤维样病灶、钙化样病灶及肿块样病灶。2.研究方法(1)采用Hologic Selenia Dimensions数字乳腺断层摄影系统,对四种不同拟人乳腺组织组合模体,先使用自动曝光模式(AEC)曝光,分别记录kVp、mAs、 AGD。摄影均选择钨靶,铝滤过。在同一乳腺分型下,根据AEC模式曝光时所得的管电压(kVp)值,通过降低或提高管电流(mAs),开始在标准平均腺体剂量之内的手动曝光,选取的管电流分别为自动曝光模式下曝光时的140%、130%、120%、110%、100%、90%、80%、70%、60%,50%,从而获得同一厚度四种不同乳腺分型的组合模体,在十种不同曝光条件下的影像和数据资料。影像阅片和图像质量评价在相应的诊断工作站和Barco 5M显示器上进行。(2)参考美国放射学会(ACR)推荐的评分法,请三位高年资的放射科医生进行评分。对组合乳腺模体内置各模拟病灶,按照三级制度从大到小进行评分(分值为1.0、0.5、0),最终各类模拟病灶得分以三位放射科医生评分的平均值为准。(3)模体病灶细节的描述：①纤维样病灶的细节能够分辨纤维的全长和方位的为1.0分,只能辨别全长的一半且方位正确为0.5分；②钙化样病灶的细节能够完整辨别每组4个以上的钙化点为1.0分,能够完整辨别每组2-3个的钙化点为0.5分；③肿块样病灶的细节可以在准确的位置辨别肿块的密度差及圆圈边界线为1.0分,有密度差但无法辨别圆圈边界线为0.5分。对四种不同乳腺分型的组合模体,对十种不同曝光条件下所得图像上纤维样病灶、钙化样病灶及肿块样病灶进行图像质量评价并做评分,以计算出的总检出率不低于60%为合格标准,检出率计算公式：病灶检出率=各类的病灶得分(纤维／钙化／肿块)÷各类病灶的总分(纤维／钙化／肿块)。(4)统计分析：应用SPSS20.0软件进行分析。通过单因素方差分析(One—Way ANOVA)对不同乳腺分型下,对不同曝光条件、平均腺体剂量、总体检出率进行方差齐性检验。如果方差齐性,对同一厚度下FFDM和DBT的平均腺体剂量和总体病灶检出率的样本均值做配对t检验,检验水准设为0.05,P<0.05认为有统计学意义。对不同模拟乳腺分型的曝光条件与总体病灶检出率的计量资料采用线性相关与回归(Linear Regression)分析。[结果]1.不同模拟乳腺分型曝光条件、平均腺体剂量与总体病灶检出率的关系。对于同一厚度下,手动增高和减少数字乳腺断层摄影曝光条件、测出平均腺体剂量、算出总体病灶检出率,FFDM与DBT下致密型乳腺的曝光条件及平均腺体剂量最大,多量腺体型次之,少量腺体型再次之,脂肪型乳腺的曝光条件及平均腺体剂量较小。不同乳腺分型下,FFDM下的平均腺体剂量及病灶总体检出率的样本均值小于DBT的平均腺体剂量及病灶总体检出率的样本均值。DBT平均腺体剂量的样本均值为(1.60±0.51)mGy,FFDM的平均腺体剂量的样本均值为(1.37±0.26)mGy, FFDM与DBT的平均腺体剂量样本均值的差异有统计学意义(t=18.354,P<0.01)。DBT病灶总体检出率的样本均值为80.57%±10.62%,FFDM的病灶总体检出率的样本均值为77.58%±9.23%,FFDM与DBT的总体检出率样本均值的差异有统计学意义(t=12.53,P<0.01)。2.数字乳腺断层摄影(DBT)下不同乳腺分型曝光条件与总体病变检出率的线性相关与回归分析。(1)DBT下脂肪型乳腺曝光条件与病灶总体检出率的回归方程为：总体病灶检出率(脂肪型)=0.459+0.007x曝光条件(mAs)(2)DBT下少量腺体型乳腺曝光条件与病灶总体检出率的回归方程为：总体病灶检出率(少量腺体型)=0.431+0.007×曝光条件(mAs)(3)DBT下多量腺体型乳腺曝光条件与病灶总体检出率的回归方程为：总体病灶检出率(多量腺体型)=0.477+0.006×曝光条件(mAs)(4)DBT下致密型乳腺曝光条件与病灶总体检出率的回归方程为：总体病灶检出率(致密型)=0.531+0.005x曝光条件(mAs)脂肪型、少量腺体型数字乳腺断层摄影的曝光条件与病灶检出率存在线性相关关系,且其相关性显著；多量腺体型与致密型数字乳腺断层摄影的曝光条件与病灶检出率也存在着线性相关关系,具有较高的相关性,并且各回归方程的b值都是大于0,说明DBT不同模拟乳腺分型的曝光条件与总体病灶检出率有线性相关关系且呈正相关。[结论]1.当管电流(mAs)为AEC曝光的50%-100%范围内时,增加管电流(mAs)能不同程度提高FFDM下各乳腺分型间不同病灶的检出率。2.对脂肪型和少量腺体型,当管电流(mAs)为AEC曝光的100%-140%范围内时,增加管电流(mAs)并不能提高DBT下不同病灶的检出率。3.对多量腺体型和致密型,当管电流(mAs)为AEC曝光的50%-100%范围内时,增加管电流(mAs)能提高DBT及FFDM下不同病灶的检出率,而当管电流(mAs)为AEC曝光的100%-140%范围内时,增加管电流(剂量)并不能提高FFDM对各病灶的检出率。4.同样的曝光条件下,DBT对各病灶的检出率高于FFDM。第二部分基于DBT图像重建技术的拟人模体病灶显示优化研究[目的]断层融合图像的重建层厚选择是数字乳腺断层摄影系统所特有的图像处理功能,它可以选择不同重建层厚对乳腺病灶进行观察,使乳腺病灶的图像显示达到最优化,且该项功能也是在日常工作中使用数字乳腺断层摄影进行乳腺疾病影像诊断所必不可少的一部分,而目前工作中图像重建技术对图像显示优化的程度没有引起足够的重视。因此,本部分使用美国Hologic数字乳腺断层摄影系统的combo模式,分别对四种不同乳腺分型的拟人模体摄影,对所得的断层融合图像采用不同的层厚在Hologic诊断工作站上重建,探讨不同重建层厚与不同乳腺分型模体上各类病灶显示最优化的关系,为临床乳腺断层影像诊断提供进一步的理论依据。[材料和方法]1.实验材料选取的人体乳腺组织标本来自于在南方医科大学南方医院放射科进行过数字乳腺断层摄影检查且临床诊断为乳腺癌需行乳腺改良根治术的患者,乳腺组织标本中原有的病灶已被挖除,术前数字乳腺断层摄影的乳腺密度分型有四种：脂肪型、少量腺体型、多量腺体型、致密型,然后使用美国标准的乳腺影像专用检测ACR-156模体与所得到的不同乳腺分型的人体乳腺组织标本进行模拟组合,模拟乳腺组织厚度均约42mmm。组合的模拟乳腺组织将包含有不同大小的纤维样病灶、钙化样病灶及肿块样病灶。2.研究方法(1)采用Hologic Selenia Dimensions数字乳腺断层摄影系统,对四种不同拟人乳腺组织组合模体,使用自动曝光条件下combo模式摄影,摄影均选择钨靶,铝滤过,同时获得二维及三维断层图像。对所得三维断层图像采用不同层厚重建,选取的图像重建层厚分别1mm、2mm、 3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、 8mm、9mm、10mm,影像阅片和图像质量评价在相应的诊断工作站和Barco 5M显示器上进行。(2)参考美国放射学会(ACR)推荐的评分法,请三位高年资放射科医生进行评分。对组合乳腺模体内置各模拟病灶,按照三级制度从大到小按进行评分(分值为1.0、0.5、0)。所得到的每幅图像进行两次评分,第一次不进行影像调节,直接在显示器上对初始图像做评分；第二次则对图像显示的参数进行任意调节,包括调节亮度、对比度、窗宽窗位、放大、翻转等工作站所能实现的功能,直到观察者认为最佳的显示状态,最终各类模拟病灶得分以三位医生评分的平均值为准。(3)模体病灶细节的描述：①纤维样病灶的细节能够分辨纤维的全长和方位的为1.0分,只能辨别全长的一半且方位正确为0.5分；②钙化样病灶的细节能够完整辨别每组4个以上的钙化点为1.0分,能够完整辨别每组2-3个的钙化点为0.5分；③肿块样病灶的细节可以在准确的位置辨别肿块的密度差及圆圈边界线为1.0分,有密度差但无法辨别圆圈边界线为0.5分。对四种不同乳腺分型的组合模体,对十种不同层厚重建下所得到的图像上纤维样病灶、钙化样病灶及肿块样病灶进行图像质量评价并做评分,以计算出的检出率不低于60%为合格标准,检出率计算公式：病灶检出率=各类的病灶得分(纤维/钙化/肿块)÷各类的病灶总分(纤维/钙化/肿块)(4)统计分析：应用SPSS20.0软件进行分析。通过单因素方差分析(One-Way ANOVA)对同一模拟乳腺分型下,对不同重建层厚、病灶检出率进行方差齐性检验。如果方差齐性采用方差分析,如果方差不齐对所得数据进行样本均值的多重比较。对不同模拟乳腺分型间各类病灶得分均值的采用多重比较(Kruskal-Wallis检验),P<0.05认为有统计学意义。[结果]1.同一模拟厚度不同乳腺分型,不同重建层厚下的病灶检出率的统计结果脂肪型在不同重建层厚下纤维样病灶计分值(4.89±0.47),钙化样病灶计分值(4.16±0.44),肿块样病灶计分值(3.78±0.51),总体检出率(80%±9%)；少量腺体型在不同重建层厚下纤维样病灶计分值(4.26±0.80),钙化样病灶计分值(4.01±0.58),肿块样病灶计分值(3.86±0.52),总体检出率(76%士11%)；多量腺体型在不同重建层厚下纤维样病灶计分值(3.97±0.57),钙化样病灶计分值(3.96±0.42),肿块样病灶计分值(3.48±0.60),总体检出率(71%±10%)；致密型在不同重建层厚下纤维样病灶计分值(4.05±0.67),钙化样病灶计分值(3.85±0.58),肿块样病灶计分值(3.46±0.61),总体检出率(72%±11%)。2.不同乳腺分型、重建层厚、总体病灶检出率的关系同一模拟乳腺厚度下,不同模拟乳腺分型间钙化样病灶、肿块样病灶、纤维样病灶计分以及总体检出率的差异无统计学意义(P值均>0.05),这可能是由于实验样本量不够大,乳腺腺体分布差异变小的原因所致。在不同重建层厚下,钙化样病灶、纤维样病灶、肿块样病灶以及总体检出率的差异均有统计学意义(P值均<0.01)。不同模拟乳腺分型间各类病灶检出率随着重建层厚的不同而变化,且不同模拟乳腺分型间,随着重建层厚的增加,病灶检出率的差异有统计学意义(P值均<0.01)。同一模拟乳腺厚度下,无论哪种乳腺分型下,当重建层厚为1mm时,钙化样病灶的总体检出率最高,纤维样病灶总体检出率次之,肿块样病灶总体检出率最低。而随着重建层厚的增加,钙化样病灶的检出率趋势呈逐渐降低改变,纤维样病灶和肿块样病灶检出率趋势是先升高后降低,当重建层厚为3mm-4mm时,纤维样病灶总体检出率达到最高,当重建层厚为5mm-6mm时,肿块样病灶总体检出率达到最高。不同重建层厚下,各病灶的检出率均大于60%,符合诊断要求。[结论]1.对于钙化样病灶,在四种乳腺分型下,当重建层厚为lmm时的检出率最高。而随着重建层厚的增加,钙化样病灶的检出率呈逐渐降低趋势。2.对于纤维样病灶,在四种乳腺分型下,随着重建层厚的增加,纤维样病灶的检出率呈均先升高后降低的趋势。当重建层厚为3mm-4mm时,纤维样病灶的检出率最高。3.对于肿块样病灶,在四种乳腺分型下,随着重建层厚的增加,肿块样病灶的检出率呈均先升高后降低的趋势。当重建层厚为5mm-6mm时,肿块样病灶的检出率最高。4.不同重建层厚下,各病灶的检出率均大于60%,符合诊断要求。不同重建层厚对检出率的影响可能是因为模拟病灶的大小、密度、形态及空间分布的不同所致。了解这些特点,可以为临床诊断阅片提供参考,提高诊断准确率。