Optimisation of direct digital mammography with the Jackknife FROC method

"PURPOSE: The aim of this study was to investigate how the diagnostic accuracy in digital mammography is affected by dose to the breast. MATERIAL AND METHODS: Structures resembling invasive tumours and microcalcifications on x-ray images were positioned in an anthropomorphic breast phantom equivalent to a 50 mm compressed breast containing 50% glandular tissue. The average glandular dose based on phantom exposures using the automatic exposure control of the x-ray system (Siemens Mammomat Novation direct digital mammography) was 1.4 mGy, henceforth referred to as the 100% dose level. Thirty digital images were acquired of the phantom at each of three dose levels: 100%, 50% and 30% of the AEC-level. In each image there were at most 3 lesions present at random locations. Eight observers (3 radiologists and 5 non-radiologists) interpreted these 90 images on a DICOM calibrated 5 mega-pixel mammography monitor. For each image the observers were asked to identify the locations of perceived lesions and to assign an integer rating on a 4 - point confidence scale. A viewer was designed to make the evaluation easier and more accurate to perform. Observer performance was evaluated by the jackknife FROC (JAFROC) method. RESULTS: The mean FROC figures-of-merit (θ) for detecting the simulated lesions for the 100%, 50% and 30% dose levels, were 0.69, 0.68 and 0.63, respectively. There was no observed statistical difference in detection accuracy among observers between the 100% and the 50% dose level. The number of detected microcalcifications was almost identical (62.5%) at both dose levels, while the detected simulated invasive tumours was about 1% lower at the 50% level. At the 30% level the number of detected lesions was more than 10% lower both for the simulated invasive tumours and the microcalcifications. CONCLUSION: Within the precision of our measurements, it is possible to reduce the absorbed dose to the breast to half of the currently used dose level without compromising diagnostic accuracy. "Varje år genomförs cirka 750 000 röntgenundersökningar i Sverige av bröst. Genom röntgenstrålning fås en bild fram där radiologen kan utvärdera om bröstet är friskt. Ifall detta inte är fallet ökar chanserna att framgångsrikt kunna behandla cancern om upptäckten sker i god tid. Med undersökningarna måste fördelarna vägas mot nackdelarna. Risken att någon gång i livet få strålningsinducerad cancer på grund av en mammografiundersökning är mycket liten. Den kan jämföras med en flygresa till Kanarieöarna eller liknande. Men det går inte att komma ifrån att det finns en risk och även om den är liten så är det viktigt att försöka minska den så mycket som möjligt. Studien som gjorts avsåg att ta reda på om det går att reducera den absorberade dosen till bröstet och samtidigt bibehålla en tillräckligt hög noggrannhet i bildkvalitén. Det mänskliga ögat är komplext och fungerar närmast som en videokamera som sänder sina signaler till hjärnan som i sin tur "framkallar" och sedan tolkar den mottagna bilden. Hjärnans uppfattning om den mottagna bilden påverkas av personens psykiska och fysiska status, buller, stress mm. Ett exempel på en illusion ges i bilden till vänster där cirklarna i mitten lätt kan tolkas som de befinner sig närmre observatören än de övriga. Informationen i en bild behöver inte nödvändigtvis vara ”ärligare” bara för det enligt teorin borde vara så. Genom att studera skillnaderna mellan granskning av bilder på bröst, tagna med olika inställningar kan ett direkt mått på observatörens uppfattning fås. Den nya digitala undersökningstekniken innebär många fördelar i jämförelse med tidigare teknik. Möjligheten att få en högre bildkvalité eller minskad absorberad dos finns, men studier behöver göras som bekräftar att mer fördelaktiga inställningar kan användas kliniskt. Jag har gjort en studie med en serie bilder av ”bröst” där strukturer som liknar förändringar placerats in samt flyttats till olika positioner mellan bildtagningarna. Bilderna har varit realistiska, se bild till höger. En del av bilderna innehöll inte några förändringar medan andra innehöll flera. I slumpmässig ordning utvärderades sedan bilderna på ett kliniskt sätt av erfarna radiologer. Radiologerna sökte då i varje bild efter förändringarna och fick betygsätta dessa i skala 1-4 på hur säkra de var att de funnit en. Den samlade data med dessa betyg genomgick därefter en statistisk analys med en nyutvecklad programvara. Resultatet av studien innebär att funna förändringar i bilder tagna med en lägre absorberad dos kan bekräfta att en minskning av den absorberade dosen borde göras och följden bli att fler strålningsinducerade bröstcancerfall i framtiden förebyggs