Complementary analysis of breast cancer using MRI and breast tomosynthesis

The purpose of this work is to explore and quantify physical metrics of breast tumors in both magnetic resonance imaging (MRI) and breast tomosynthesis (BT) images, and relate these metrics to patho-physiological and histopathological bindings. An analysis of breast specimens containing tumors will be employed to determine BT metrics of interest. These metrics will then be applied to patient images to test whether they are suitable in predicting malignancy or not. Clinical images of 10 patients who have undergone both MRI and BT examinations have been obtained and studied in this project. The tumors seen in the tomosynthesis slices were characterized by objective measures such as degree of spiculation, irregularity and size. These measures were compared to contrast uptake curves created from the respective tumors in the MR images. Two different MRI methods (wash-in/wash-out and persistent curve type percentage) were established and compared. Both methods have a sensitivity of 100% but the specicity is higher for the persistent curve type percentagemethod. With regards to the BT metrics, the parameters irregularity and ellipticity both had a signicant difference between malignant and benign cases. No relationship was observed in the inter-metric analysis of the BT and MRI metrics, however, not enough data was available to draw any conclusions. The results indicate that the BT parameters irregularity and ellipticity may be useful for differentiation on between malignant and benign tumors.Bröstcancer är den vanligaste cancertypen hos kvinnor i Sverige. Nästan 7000 drabbas och ungefär 1600 avlider årligen som en följd av bröstcancer. Sedan man började med regelbundna hälsoundersökningar med mammografi (så kallad ”screening”) har dödligheten minskat betydligt. Vid konventionell mammografi tas tvådimensionella (2D) röntgenbilder av bröstet. Detta generar en bild som avspeglar röntgenstrålningens penetration genom hela bröstet. I och med att all vävnad i bröstet påverkar penetrationen kan överliggande och underliggande vävnad inte skiljas åt i de framtagna 2D-bilderna. Detta problem försvårar upptäckten av bröstcancer. Nyligen har en metod utvecklats som kan ta tredimensionella (3D) bilder av bröstet. Metoden kallas digital tomosyntes och syftar på att man tar flera bilder av bröstet från olika vinklar med ungefär samma totala stråldos som vid en 2D-undersökning. Med hjälp av ett avancerat datorprogram kan man sedan få fram en 3D-bild av bröstet. En annan teknik som används som ett komplement till mammografi är magnetresonanstomografi med kontrast (MR-kontrast). MR-kontrast grundar sig på förekomsten av nybildade kärl i tumören som suger åt sig den tillsatta kontrasten och skapar en bild av tumörens fysiologi och inte anatomi, som röntgenbaserade tekniker avbildar. Denna metod är bra på att upptäcka tumörer, men är dyr och undersökningarna tar lång tid. I det här arbetet kommer olika mått på tumörer i MR-kontrast och tomosyntesbilder att jämföras och knytas till patologin (sjukdomen). Tumörmassorna i tomosyntesbilderna kommer att karakteriseras av mått som avser tumörens storlek, oregelbundenhet och stråkighet, som kommer att jämföras med kontrastuppladdningskurvor (hur kontrasten sugs upp i tumören under en viss tidsperiod) för respektive tumör i MR-kontrastbilderna. De nämnda tomosyntesmåtten har tagits fram med hjälp av ett datorprogram genom att man först markerar ut tumörernas kanter i bilderna och sedan använder olika datorfunktioner för att beräkna måtten. Måtten är definierade matematiskt och funktionerna kan vara att man exempelvis jämför hur mycket stråkigheter man ”huggit” bort från cancern eller hur lik tumören är en ellips (ju mer ellipsoid, desto mindre farlig är den). Kontrastuppladdningskurvorna fås också fram med ett annat datorprogram, där en bildserie visar hur mycket kontrast cancern sugit upp under en viss tid. Jämförs andelen kontrast i cancern för vissa tider kan programmet skapa en kurva. Denna kurva ser typiskt olika ut för farliga och ofarliga cancrar. Resultatet visar att vissa av de här beräknade måtten är bra på att skilja benigna (ofarliga) och maligna (farliga) tumörer