擬人化されたファントムに基づく5つの乳房トーモシンセシスシステムのパフォーマンス特性評価のための定量的測定

目的：医療イメージングシステムでは、病気からの正常な組織を識別するには、解剖学の適切な演出が不可欠です。現在、デジタル乳房トモシンセシス（DBT）システムは、均一なファントムの病変視認性の主観的評価を使用して評価されています。この研究には、擬人化された乳房ファントムによる3D乳房モデルの演出を客観的に測定するための新しい方法論の開発と、異なるメーカーとモデルの5つの臨床DBTシステムに関するその実装が含まれていました。 方法：XCAT乳房モデルに基づいて、3Dの患者ベースの乳房ファントムを製造しました。このファントムは、代表的な乳房切断システムで画像化されました。乳房の3D構造を正確に再現するトモシンセシスシステムの能力は、結果として得られる画像の計算分析によって評価されました。脂肪変動指数（AVI）、均一な脂肪領域内のノイズとアーティファクトの寄与を反映しています。局所的な背景変動性とのコントラストを記述し、コントラスト変動性指数（CVI）、変動係数（COV）、脂肪変動性指数（CAVI）との対照、およびノイズ比指数（CNRI）との対照（CNRI）によって記述されるコントラスト検出可能性。インデックスは、画像データをモデル内の乳房組織のゴールドスタンダード3D分布と比較することによって取得されました。対応するインデックスは、10〜37 mmの範囲の目的領域（ROI）サイズ内で測定されました。特性評価は、5つのトーモシンセシスシステムで実行されました：富士アンパイアクリスタル、GEエッセンシャル、ホローニックディメンション、IMSジョット、およびシーメンスのインスピレーションはすべて、1.5 mG​​Yの平均腺用量の固定用量で評価され、AからEにランダムな順序で匿名化されました。 結果：結果は、ROIサイズの関数として提供されます。システムは、システムA-Eのそれぞれ7.4％、7.0％、6.9％、6.4％、5.2％の値で、CIに関して注文をランク付けしました。このシステムのランキングは、CNRIで同じでした。CIとCNRIの両方がROIサイズよりも一定でした。ランキングはCVIで類似していた。また、COVはROIサイズではほとんど変化しておらず、システム間で類似していました。10 mm ROIの場合、平均システムCOVは0.7であり、37 mM ROIで0.5に減少しました。2つのシステム（AとB）は、10 mM ROIで測定すると最高のAVI値を示しました。ただし、これはROIサイズに依存しており、他の3つのシステム（C-E）が37 mM ROIで測定するとAVI値が高くなりました。2つのシステム（BおよびE）は、他のシステムと比較して劣ったカビを示しました。 結論：システム間での画像の外観の違いで追跡されたレンディションの品質。調査結果は、擬人化されたファントムを、DBTの画像属性の定量的値を抽出するための基礎として使用できることを示しています。

PURPOSE: In medical imaging systems, proper rendition of anatomy is essential in discerning normal tissue from disease. Currently, digital breast tomosynthesis (DBT) systems are evaluated using subjective evaluation of lesion visibility in uniform phantoms. This study involved the development of a new methodology to objectively measure the rendition of a 3D breast model by an anthropomorphic breast phantom, and its implementation on five clinical DBT systems of different makes and models. METHODS: A 3D, patient-based breast phantom was fabricated based on XCAT breast models. This phantom was imaged on representative breast tomosynthesis systems. The ability of tomosynthesis systems to accurately reproduce the 3D structure of the breast was assessed by computational analysis of the resultant images in terms of three groups of indices: contrast index (CI), reflective of local difference between adipose and glandular material; adipose variability index (AVI), reflective of contributions of noise and artifacts within uniform adipose regions; and contrast detectability, which describes contrast against local background variability and is described by contrast variability index (CVI), coefficient of variation (COV), contrast to adipose variability index (CAVI), and contrast to noise ratio index (CNRI). The indices were obtained by comparing the image data to the gold standard 3D distribution of breast tissue in the model. Corresponding indices were measured within variable region of interest (ROI) sizes ranging from 10 to 37 mm. The characterization was performed on five tomosynthesis systems: Fuji Aspire Crystal, GE Essential, Hologic Dimension, IMS Giotto, and Siemens Inspiration, all evaluated at a fixed dose of 1.5 mGy average glandular dose, anonymized in random order from A to E. RESULTS: Results are provided as a function of ROI size. The systems ranked orders in terms of CI with values of 7.4%, 7.0%, 6.9%, 6.4%, and 5.2% for systems A-E, respectively. This system ranking was identical for CNRI. Both CI and CNRI were constant over ROI size. The ranking was similar for CVI. The COV also changed little with ROI size and was similar across systems. For 10 mm ROIs, the average system COV was 0.7, which reduced to 0.5 with 37 mm ROIs. Two systems (A and B) exhibited highest AVI values when measured in 10 mm ROIs. This, however, was ROI-size-dependent with the three other systems (C-E) yielding higher AVI values when measured with 37 mm ROIs. Two systems (B and E) showed inferior CAVI compared to others. CONCLUSIONS: The quality of rendition tracked with differences in image appearance across systems. The findings illustrate that the anthropomorphic phantom can be used as a basis to extract quantitative values of image attributes in DBT.