Digitale Tomosynthese der Brust E-Book

• Herausgeber: Thieme
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 153

Veröffentlichungsjahr: 2015

Beschreibung

Rund vierzig umfassend dokumentierte Fallbeispiele veranschaulichen die beeindruckenden Möglichkeiten der digitalen Tomosynthese anhand von Normalbefunden, benignen Mikrokalk-Befunden, malignen Herdbefunden, suspekten Mammografie-Befunden sowie mammografisch nicht detektierten Befunden. Dieser Wegweiser bietet Ihnen detaillierten Einblick in das neue Verfahren:

• Technik der digitalen Brust-Tomosynthese
• Klinische Bewertung der Methode
• 40 umfassend dokumentierte Fallbeispiele
• Mit Onlinezugriff auf instruktive Tomosynthese-Videos

Leseprobe

Digitale Tomosynthese der Brust

Herausgegeben von

Jörg Barkhausen, Achim Rody, Fritz K.W. Schäfer

Unter Mitarbeit von

Kristin Baumann, Dorothea Fischer, Isabell Grande-Nagel, Smaragda Kapsimalakou, Thomas Mertelmeier, Christoph Mundhenke, Berndt Michael Order, Florian Vogt

Mit einem Geleitwort vonWalter Jonat

339 Abbildungen

Vorwort

Seit 5 Jahren ist die digitale Brust-Tomosynthese in der klinischen Routine verfügbar und bisher gibt es noch kein Lehrbuch, das sich dieser innovativen Technik widmet. Das wollten wir ändern!

Dieses Buch versucht die aktuellen Ergebnisse aus den verfügbaren klinischen Studien zur digitalen Brust-Tomosynthese zusammenzufassen und daraus Empfehlungen für die klinische Routine abzuleiten. Im zweiten Teil kann der Leser anhand von mehr als 40 ausführlich dokumentierten Fallbeispielen erste Erfahrungen mit der Tomosynthese sammeln, oder seine klinischen Kenntnisse vertiefen und testen. Dabei wurde Wert darauf gelegt, aussagekräftige Bilder aller verfügbaren bildgebenden Modalitäten in der Mammadiagnostik zusammenzustellen, um die Stärken aber auch die Limitation der Verfahren vergleichend diskutieren zu können.

Mammadiagnostik lebt von der Interdisziplinarität und der engen Zusammenarbeit von Radiologen und Gynäkologen, die die Untersuchungsergebnisse in den Tumorboards mit Pathologen, Onkologen, und Strahlentherapeuten diskutieren. Auf diese Interdisziplinarität haben wir sowohl bei den Herausgebern als auch den Autoren geachtet: Diagnostiker und Kliniker, die seit vielen Jahren die Tomosynthese in der klinischen Routine nutzen, haben insbesondere in den Fallbeispielen ihre Erfahrungen zusammengetragen.

Dieses Buch richtet sich sowohl an Ärzte in der Weiterbildung als auch an Kolleginnen und Kollegen mit Erfahrung in der Mammadiagnostik, die sich mit diesen neuen bildgebenden Verfahren in der Mammadiagnostik vertraut machen wollen. Viel Spaß beim Lesen!

Kiel und Lübeck, im Dezember 2014

Fritz Schäfer

Achim Rody

Jörg Barkhausen

Abkürzungsverzeichnis

AAPM 

American Association of Physicists in Medicine

ACR 

American College of Radiology

ADH 

atypische duktale Hyperplasie

AGD 

Average Glandular Dose, mittlere Parenchymdosis

Al 

Aluminium

ART 

Algebraic Reconstruction Technique

a‑Se 

amorphes Selen

a‑Si 

amorphes Silizium

BI-RADS 

Breast Imaging Reporting and Data System

c 

Korrekturfaktor für Glandularität

CC 

kraniokaudal

CAD 

Computer Aided Diagnosis, Computer-assistierte Diagnose

CT 

Computertomografie

DBT 

Digital Breast Tomosynthesis, digitale Tomosynthese der Brust

DCIS 

duktales Carcinoma in situ

DgN 

Normalized Glandular Dose Coefficient, normierter glandulärer Dosiskoeffizient

DQE 

Detective Quantum Efficiency, detektive Quanteneffizienz

FBP 

Filtered Back Projection, gefilterte Rückprojektion

g 

Korrekturfaktor für die Luftkerma am Eingang

Gy 

Gray, Einheit der Eingangsdosis

HU 

Hounsfield Units, Hounsfield-Einheiten

K 

Eingangsluftkerma

K-Kante 

Absorptionskante, Sprunghafter Übergang von schwacher zu stärkerer Absorption – wenn bei zunehmender Energie die K-Schale ionisiert werden kann.

kV 

Kilovolt

kVp 

Kilovolt Peak

LIN 

Lobuläre intraepitheliale Neoplasie

mAs 

Milliamperesekunde, Einheit des Gesamt-Strom-Zeitprodukts

MB 

Megabyte

ML 

mediolateral

MLO 

mediolateral-oblique, mediolateral-schräg

MR 

Magnetresonanz

PE 

Probeexzision

QS-RL 

Qualitätssicherungs-Richtlinie

Rh 

Rhodium

ROC 

Receiver Operating Characteristic, Grenzwertoptimierungskurve

ROC-AUC 

area under the ROC-curve, Fläche unterhalb der ROC-Kurve

s 

Korrekturfaktor für die Anoden/Filter-Kombination

SART 

Simultaneous Algebraic Reconstruction Theory

SD 

Standard Deviation, Standardabweichung

Si 

Silizium

SIRT 

Simultaneous Iterative Reconstruction Theory

T 

Tesla

TFT 

Thin Film Transistor, Dünnfilmtransistor

W 

Wolfram

Glossar

Aliasing

Alias-Effekt, Streifenartefakte

Artefakt

Störsignal

autolog

zum selben Individuum gehörig

benigne

gutartig

fulcrum

Punkt, um den sich eine Strahlungsquelle in der Fokusebene dreht

Glandularität

Anteil des Drüsengewebes am Gesamtgewebe

heterolog

andersartig, von abweichender Form oder Funktion

Kerma

Kinetic energy released per unit mass, Quotient der auf die Sekundärteilchen der ersten Generation übertragene Bewegungsenergie dividiert durch die bestrahlte Masse

Luftkerma

Messung der Kerma anhand des Bezugsmediums Luft

maligne

bösartig

Moiré-Effekt

Spezialfall des Alias-Effekts durch Unterabtastung

Mortalität

Sterblichkeit

Inzidenz

Anzahl der Neuerkrankungen pro Jahr

Pixel

kleinstes Element bei der gerasterten, digitalisierten Darstellung eines Bildes

Prävalenz

Anzahl der Erkrankungen pro Jahr

Recall

Wiedereinbestellung

Shepp-Logan-Filter

Kombination aus Rampenfilter und Spektralfilter bei der CT

Voxel

Volumenelement, Bildpunkt im Volumen eines Scans

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Abkürzungsverzeichnis

Glossar

1 Einleitung

2 Technik der Tomosynthese

2.1 Einführung

2.2 Datenakquisition und Abtastung

2.3 Bildrekonstruktion

2.3.1 Analytische Rekonstruktion

2.3.2 Iterative Rekonstruktion

2.3.3 Kombinierte Rekonstruktionsverfahren

2.3.4 Visualisierung

2.4 Artefakte

2.5 Dosis

2.6 Überblick: existierende Systeme

2.7 Technische Qualitätssicherung

2.8 Literatur

3 Klinische Wertigkeit der digitalen Brust-Tomosynthese

3.1 Einleitung

3.2 Mammografie versus Mammografie plus Tomosynthese

3.3 Tomosynthese versus mammografische Zusatzaufnahmen

3.4 Mammografie versus Tomosynthese

3.5 Zusammenfassung

3.6 Literatur

4 Innovationen und zukünftige Entwicklungen

4.1 Einleitung

4.2 Synthetisierte digitale 2D-Mammografie

4.3 Computer-assistierte Diagnose für die Tomosynthese

4.4 Tomosynthese-gesteuerte Intervention

4.5 Kontrastmittel-verstärkte Tomosynthese

4.6 Literatur

5 Fallbeispiele

5.1 Einleitung

5.2 Fälle

5.2.1 Fall 1

5.2.2 Fall 2

5.2.3 Fall 3

5.2.4 Fall 4

5.2.5 Fall 5

5.2.6 Fall 6

5.2.7 Fall 7

5.2.8 Fall 8

5.2.9 Fall 9

5.2.10 Fall 10

5.2.11 Fall 11

5.2.12 Fall 12

5.2.13 Fall 13

5.2.14 Fall 14

5.2.15 Fall 15

5.2.16 Fall 16

5.2.17 Fall 17

5.2.18 Fall 18

5.2.19 Fall 19

5.2.20 Fall 20

5.2.21 Fall 21

5.2.22 Fall 22

5.2.23 Fall 23

5.2.24 Fall 24

5.2.25 Fall 25

5.2.26 Fall 26

5.2.27 Fall 27

5.2.28 Fall 28

5.2.29 Fall 29

5.2.30 Fall 30

5.2.31 Fall 31

5.2.32 Fall 32

5.2.33 Fall 33

5.2.34 Fall 34

5.2.35 Fall 35

5.2.36 Fall 36

5.2.37 Fall 37

5.2.38 Fall 38

5.2.39 Fall 39

5.2.40 Fall 40

5.2.41 Fall 41

5.2.42 Fall 42

5.2.43 Fall 43

5.2.44 Fall 44

5.2.45 Fall 45

5.3 Literatur

Anschriften

Sachverzeichnis

Impressum

1 Einleitung

Jörg Barkhausen, Achim Rody

Das Mammakarzinom ist in Deutschland die mit Abstand häufigste Krebserkrankung der Frau. Nach Prognosen des Robert-Koch-Institutes ist die Inzidenz im Jahr 2012 auf 74500 Fälle gestiegen, was einer Zunahme um 4 % gegenüber 2008 entspricht. Im selben Zeitraum ist aber die geschätzte Fünfjahresprävalenz um 10 % auf rund 300000 Erkrankungen in Deutschland gestiegen. Da die Prävalenz deutlich stärker zunimmt als die Inzidenz, muss es zu einer Reduktion der Mortalität und einer Verlängerung des Gesamtüberlebens durch verbesserte Therapiemöglichkeiten gekommen sein.

Als mögliche Erklärungen für diesen Effekt sind neben biologischen Faktoren die Früherkennung und das Mammografie-Screening sowie entsprechende Fortschritte in der bildgebenden Diagnostik zu nennen. Die komplementäre Bildgebung, bestehend aus der digitalen Mammografie und der hochauflösenden Mamma-Sonografie, die bildgesteuerten Interventionen und die MR-Mammografie gehören heute zu den Standardverfahren in der kurativen Diagnostik und im Screening. Diese Verfahren haben sich in der letzten Dekade technisch weiterentwickelt, werden flächendeckend qualitätsgesichert durchgeführt und sind in den entsprechenden Leitlinien mit klaren Indikationen fest verankert.

Die derzeit in der klinischen Routine etablierten Verfahren und Algorithmen können aber nicht immer zweifelsfrei zwischen benignen und malignen Veränderungen differenzieren. Dies zeigt sich zum Beispiel bei Intervallkarzinomen im Screening oder bei den teilweise mehr als 50 % benignen Befunden bei den Mammabiopsien. Daraus resultiert der Bedarf weiterer Optimierung der bestehenden Techniken oder auch die nötige Entwicklung völlig neuer bildgebender Verfahren. Mehr als 15 Jahre nach der Erstbeschreibung ist die digitale Tomosynthese der Brust (digital breast tomosynthesis, DBT) jetzt in der klinischen Routine angekommen.

Neue Techniken stellen immer eine Herausforderung dar. Zum einen stellen sie unser bisheriges Tun auf den Prüfstand. Zum anderen muss definiert werden, wann, bei welcher Patientin und mit welcher Fragestellung die entsprechende Technik medizinisch und ökonomisch sinnvoll eingesetzt werden kann. Viele dieser Fragen zum Einsatz der Tomosynthese in der klinischen Routine können noch nicht abschließend beantwortet werden. Dieses Buch erklärt die Technik der Tomosynthese, beschreibt die wichtigsten Ergebnisse der derzeit verfügbaren klinischen Studien und zeigt die nächsten Entwicklungsschritte auf. Letztlich können Sie sich durch zahlreiche, überwiegend histologisch gesicherte Fallbeispiele mit den Möglichkeiten wie auch den Limitationen der Tomosynthese vertraut machen.

Über allem steht natürlich die Frage, ob die DBT eher ein additives Verfahren ist, oder ob sie mittelfristig die digitale Mammografie vollständig ersetzen wird. Für den Einsatz im Screening ist die Reduktion der Recall-Rate und der falsch positiven Befunde ein ganz wesentliches Ziel. In der kurativen Mammografie müssen die Detektionsraten für unterschiedliche histologische oder auch molekulare Subtypen geklärt werden. Auch die Auswirkungen der Bildgebung auf das operative Vorgehen zum Beispiel im Hinblick auf den Nachweis einer Multizentrizität sind zu prüfen. In der Nachsorge stellen insbesondere autologe und heterologe Rekonstruktionen eine Herausforderung dar. Außerdem muss untersucht werden, wie zuverlässig Tumorrezidive per Tomosynthese erkannt werden können.

Die Beantwortung all dieser Fragen wird sicher noch einige Zeit in Anspruch nehmen. Klar ist: Die DBT ist ein klinisch und wissenschaftlich extrem spannendes Thema für die nächsten Jahre.

2 Technik der Tomosynthese

Thomas Mertelmeier

2.1 Einführung

Schon wenige Jahre nach der Entdeckung der Röntgenstrahlung durch Wilhelm Conrad Röntgen kamen die ersten Ideen auf, wie man nicht nur Projektionsbilder erzeugt, sondern auch dreidimensionale Informationen über das abzubildende Objekt gewinnen kann. Doch es dauerte noch eine beträchtlich lange Zeit, bis sich dies auch technisch realisieren ließ. Zunächst gab es eine dreidimensionale Technik, die während der Bewegung des Röntgenstrahlers relativ zum Objekt die von diesem geschwächte Röntgenstrahlung auf dem Strahlungsempfänger, dem Film, aufsummierte. Bei dieser klassischen bzw. konventionellen Tomografie bewegt sich die Strahlungsquelle um einen Punkt, dem sog. Fulcrum, in der Fokusebene herum (Tome, griechisch: Schnitt). Diese Ebene wird dann scharf auf dem Film abgebildet. Andere Ebenen werden jedoch durch die Bewegung während der Bildentstehung verwaschen dargestellt. Deshalb wurde diese Technik auch Verwischungstomografie genannt.

Ziedes des Plantes ▶ [1] nutzte die lineare Verwischungstomografie erstmals in der Praxis, nämlich bei Schädelaufnahmen. Strahler und Bildempfänger bewegten sich linear um das Fulcrum. Er wird deshalb häufig als der Erfinder der Tomografie betrachtet, obwohl es viele andere Varianten gab (▶ [2], ▶ [3]).

Nachteil der klassischen Verwischungstomografie war der hohe Dosisbedarf, da immer nur eine Ebene, definiert durch die Aufnahmegeometrie scharf abgebildet wurde. Für jede weitere Schicht musste eine neue Aufnahme mit angepasster Geometrie durchgeführt werden. Dies änderte sich erst mit der Einführung von digitalen Bildempfängern (Flächendetektoren), die schnell und verzeichnungsfrei ausgelesen werden konnten und durch Computer, die retrospektiv aus den einzeln abgespeicherten Projektionsbildern aus unterschiedlicher Perspektive das gewünschte Schnittbild rekonstruieren konnten. Der damit verbundene Dosisvorteil ist offensichtlich, da mit einer Bewegung des Aufnahmesystems jede beliebige Bildebene scharf abgebildet werden kann. Dieses Bildgebungsverfahren, bei dem der Röntgenstrahler relativ zum Objekt unterschiedliche Aufnahmepositionen einnimmt, wird digitale Tomosynthese oder auch nur Tomosynthese genannt. Aus Einzelaufnahmen von unterschiedlichen Blickwinkeln werden Schicht- oder Schnittbilder rekonstruiert. Dadurch kann um objektinterne Strukturen herumgesehen werden und man erhält dreidimensionale Informationen in Form von Einzelschichten.

Abb. 2.1 Ausschnitt (18 × 29 mm) aus 2 Tomosynthese-Schichten der Mamma (Rohdaten, mit freundlicher Genehmigung von Dr. Ingvar Andersson, Universitätskrankenhaus Malmö, Schweden, und Siemens AG Healthcare Sector).

2.2 Datenakquisition und Abtastung

Für die Tomosynthese werden üblicherweise modifizierte Röntgensysteme eingesetzt. Auch für die mammografische Tomosynthese werden digitale Mammografie-Systeme verwendet, bei der die Strahlungsquelle relativ zum Untersuchungsobjekt in unterschiedliche Positionen bewegt werden kann.

Prinzipiell unterscheiden wir 2 Systeme. Bei den einen bewegt sich die Röhre kontinuierlich und wird dabei im Aufnahmetakt des Detektors gepulst. Bei den anderen wird die Röhre zwischen 2 Aufnahmen zur nächsten Position gefahren und der Röntgenpuls im Ruhezustand der Röhre abgegeben im sog. „Step&shoot“-Modus. Der Weg des Strahlers kann dabei ein Kreisbogen um einen Punkt im Objekt oder zumindest nahe dem Objekt sein oder prinzipiell auch eine lineare Verschiebung sein. Der Detektor ist während des Abtastvorgangs (Scan) entweder stationär (▶ Abb. 2.2) oder er wird mitbewegt, d.h. der Strahlerbewegung nachgeführt. Bei mitbewegtem Detektor unterscheiden wir zwischen einer isozentrische C-Bogen-Geometrie, bei der sich Detektor und Strahler um einen gemeinsamen Rotationspunkt drehen, und einer partiell isozentrische Geometrie. Bei dieser bewegt sich der Detektor zwar synchron mit dem Strahler, ist aber nicht fest gekoppelt und wird z.B. linear in der Aufnahmeebene verschoben ▶ [5]. Bei typischen mammografischen Aufnahmegeometrien ist die Brust nahe am Detektor positioniert, es wird daher in den meisten Systemen der Detektor nicht oder nur sehr geringfügig mitbewegt (▶ Abb. 2.2).

Da bei der Bildrekonstruktion jede Einzelprojektion eines Scans zu einem Bildpunkt im Volumen (Volumenelement, Voxel) beiträgt, kann ein Tomosynthese-Datensatz mit etwa der gleichen Dosis wie für ein zweidimensionales Projektionsröntgenbild akquiriert werden (Kap. ▶ 2.5). Die Gesamtdosis wird aber auf die Einzelprojektionen verteilt. Dazu wiederum ist ein Detektor notwendig, der auch bei diesen niedrigen Dosiswerten ein rauscharmes Signal liefert. Dies bedeutet, dass der Detektor auch bei einer sehr niedrigen Dosis eine genügend hohe detektive Quanteneffizienz (Detective Quantum Efficiency, DQE) aufweisen muss (Kap. ▶ 2.5). Des Weiteren muss der Detektor schnell auslesbar sein und eine hohe Bildrate ermöglichen, um die Scandauer und damit auch die Kompressionszeit für die Untersuchung kurz zu halten ▶ [6]. Beide Anforderungen an den Detektor stellen angesichts der in der Mammografie erforderlichen Orts- und Kontrastauflösung erhebliche Herausforderungen dar. Die Scanzeit kann verkürzt werden, wenn beim Auslesen des Detektors Pixel zusammengefasst werden. Der damit verbundene Auflösungsverlust und die evtl. einhergehende Erhöhung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses hängen von den technischen Details des betrachteten Systems ab.

In den heute zur Verfügung stehenden kommerziellen Brust-Tomosynthese-Systemen (Beispiel ▶ Abb. 2.3) werden überwiegend direktkonvertierende Detektoren auf der Basis von amorphem Selen mit Dünnfilmtransistorarrays aus amorphem Silizium (a‑Si‑TFT) eingesetzt. Es existieren auch ein System mit Szintillator und Fotodioden aus amorphem Silizium mit a‑Si‑TFT‑Auslesearrays sowie ein Prototyp mit Silizium-Direktkonverter-Zeilendetektoren.

Das für die Tomosynthese verwendete Röntgenspektrum ist entweder gleich oder ähnlich der bei der digitalen Mammografie eingesetzten Strahlungsqualität und die Röhrenspannung hängt von der Dicke der komprimierten Brust ab. Um die Dosis so gering wie möglich zu halten, kann die Energie der Röntgenstrahlung, also die Röhrenspannung, eher etwas angehoben sein. Alternativ kann eine etwas stärkere Filterung verwendet werden, wodurch die mittlere Energie der Quanten angehoben wird. Typisch ist die Verwendung von Wolfram/Rhodium (W/Rh), wie in der digitalen Mammografie, oder Wolfram/Aluminium (W/Al) als Anoden/Filter-Kombination.

Abb. 2.2 Tomosynthese-Aufnahmegeometrie mit stationärem Detektorund 9 Strahlerpositionen bzw. Projektionen.

Abb. 2.3 Brust-Tomosynthese-System in MLO-Position (MLO: mediolateral-oblique).

Vertikale Auflösung und Tiefenschärfe werden in erster Linie durch die Aufnahmegeometrie, d.h. den Tomosynthese-Winkel beeinflusst (▶ Abb. 2.4). Dieser ist definiert als der Winkelbereich bezüglich des Drehpunktes, der von der Röhre überstrichen wird. Je größer dieser Winkelbereich ist, desto höher wird die Tiefenauflösung, desto kleiner wird die effektive Schichtdicke und desto weniger Verwischungsartefakte von benachbarten Ebenen, sog. Out-of-plane-Artefakte, erhält man. Mit einem großen Tomosynthese-Winkel kann auch die Kontrastauflösung bei niedrigen Ortsfrequenzen, d.h. für relativ große Objekte verbessert werden, da aufgrund des größeren Winkelbereichs mehr Information speziell bei kleinen Ortsfrequenzen zur Verfügung steht (Kap. ▶ 2.3) (▶ [7], ▶ [8]). Allerdings wird bei Verwendung eines stationären, nicht mitbewegten Detektors das zugängliche Volumen durch die Schrägeinstrahlung verringert.

Die Frage nach einem optimalen Tomosynthese-Winkel ist bisher nicht geklärt, da die Tiefenauflösung nicht der einzige Parameter ist, der vom Tomosynthese-Winkel beeinflusst wird. So verlängert ein großer Tomosynthese-Winkel bei gleicher Winkelgeschwindigkeit der Röntgenröhre die Messzeit und erhöht damit das Risiko von Bewegungsartefakten. Bei den zurzeit existierenden Brust-Tomosynthese-Systemen werden Tomosynthese-Winkel zwischen 11° und 60° mit guten Ergebnissen verwendet. Es gibt aber bisher keine klinischen Studien die den Einfluss des Tomosynthese-Winkels auf die Detektion der klinisch relevanten Strukturen (Sternfiguren, Mikrokalk) systematisch untersuchen.

Abb. 2.4 Einfluss des Tomosynthese-Winkels auf die Tiefenauflösung.

Abb. 2.4a Bei einem kleinen Tomosynthese-Winkel können in vertikaler Richtung benachbarte Objektpunkte schlechter getrennt werden.

Abb. 2.4b Bei einem großen Tomosynthese-Winkel können in vertikaler Richtung benachbarte Objektpunkte besser getrennt werden.

Neben dem eingeschränkten Abtastwinkel stellt die limitierte Anzahl an Projektionen, d.h. die dünnbesetzte Abtastung, eine Herausforderung für ein dreidimensionales Bildgebungssystem dar. Bei Hochkontrastobjekten führt eine Unterabtastung zu Moiré-Effekten (Aliasing), die sich als Streifenartefakte bemerkbar machen und von der Computertomografie (CT) bekannt sind. Dies gilt prinzipiell auch für die Tomosynthese, bei der das Winkelinkrement nicht größer als einige Grad sein sollte, um solche Streifenartefakte zu vermeiden. In der Praxis ist die maximale Zahl der Projektionen durch die minimal mögliche Dosis am Detektor pro Aufnahme bestimmt, um die Gesamtdosis auf die Größenordnung einer Projektionsaufnahme zu begrenzen. Die Scandauer, und damit auch die Kompressionszeit für die Patientin, hängen bei gegebener Bildrate des Detektors von der Zahl der Projektionen ab. Bei heute bekannten Systemen, einschließlich Prototypen, werden meist zwischen 7 und 30 Projektionen aufgenommen.

Folgende Größen hängen also von den Parametern der Aufnahmegeometrie und der Abtastung sowie von den eingesetzten Gerätekomponenten ab:

Auflösung

Rauschen

Artefaktniveau

Dosis

zugängliches Volumen

Untersuchungszeit

All diese Größen erfordern somit die Optimierung des Gesamtsystems. Der Übersichtsartikel von Sechopoulos (▶ [9], ▶ [10]) stellt einen aktuellen technischen Überblick über die Brust-Tomosynthese dar, der alle Aspekte dieses Themas behandelt – von der Aufnahmegeometrie, über Detektortechnologie, Röntgenspektrum und Dosis bis zur Bildrekonstruktion. Außerdem bietet der Artikel einen Überblick über die momentan verwendeten Systeme.

2.3 Bildrekonstruktion

Die Aufgabe der Bildrekonstruktion ist, aus (n‑1)‑dimensionalen Projektionsbildern eines n‑dimensionalen Objekts, aufgenommen aus unterschiedlichen Winkeln, die Verteilung des n‑dimensionalen Schwächungskoeffizienten, das Objekt, zu berechnen. Da es sich bei der Tomosynthese-Datenakquisition um zweidimensionale Projektionsbilder handelt, wird der dreidimensionale Schwächungskoeffizient berechnet. Wegen des eingeschränkten Winkelbereichs der tomosynthetischen Datenaufnahme (limited angle tomography) kann dieses Problem nicht exakt gelöst, sondern nur mit mathematischen Methoden bestmöglich geschätzt werden. Auch gibt es keine objektive quantitative Skala für die rekonstruierten Grauwerte, z.B. Hounsfield-Einheiten (HU).

Außerdem ist es durch den limitierten Tomosynthese-Winkel nicht möglich, eine isotrope Auflösung zu erreichen. In der Richtung des Zentralstrahls, die wir im Folgenden die vertikale oder z-Richtung nennen, ist die Auflösung geringer als orthogonal dazu, denn die für die isotrope Tiefenauflösung notwendigen Informationen aus Projektionen parallel zur Schichtebene werden nicht akquiriert. Deshalb werden in der Tomosynthese nur Schichtbilder senkrecht zur vertikalen Richtung rekonstruiert, die bei Systemen mit stationärem Detektor Schichten parallel zur Detektorebene entsprechen.

Prinzipiell stehen für die Bildrekonstruktion 2 Klassen von Methoden zur Verfügung:

die analytische Rekonstruktion und die

die iterative Rekonstruktion.

2.3.1 Analytische Rekonstruktion

Analytische Rekonstruktionsalgorithmen lehnen sich an die Standard-Algorithmen der CT an und versuchen durch speziell gestaltete Rekonstruktionsfilter die Defizite der Abtastung mit eingeschränktem Winkelbereich zu verringern und so Artefakte zu minimieren. In der Literatur wurden verschiedene Algorithmen für die Tomosynthese-Rekonstruktion beschrieben (▶ [5], ▶ [11], ▶ [12]). Die Methoden heißen analytisch, da die Lösung als Inversion der Radontransformation analytisch formuliert wird. Diese Lösung wird dann auf dem Computer implementiert und mit numerischen Methoden berechnet. Der typische Ablauf der Bildrekonstruktion kann wie folgt beschrieben werden ▶ [13] (▶ Abb. 2.5).

Abb. 2.5 Ablaufdiagramm für die analytische Rekonstruktion vom Typ der gefilterten Rückprojektion.