Image quality in digital mammography: Phantom study for comparison of systems based on amorphous selenium and Caesium Iodide with amorphous silicon detectors

Das Mammakarzinom ist in den westlichen Industrieländern der häufigste maligne Tumor der Frau. Das Lebenszeitrisiko liegt bei ungefähr 10 % mit weltweit steigender Tendenz. Dabei ist eine frühe Diagnosenstellung zur Reduktion der Mortalität und Verbesserung der Prognose ausschlaggebend. In den letzten Jahren konnten große Studien zeigen, dass die konventionelle Mammographie mit einer Sensitivität von 72,4 % und einer Spezifität von 97,3 % bisher das beste Verfahren für die Brustkrebsfrüherkennung darstellt. Auf der anderen Seite sind 10 - 20 % aller palpablen Mammakarzinome in der konventionellen Mammographie nicht sichtbar. Um Brustkrebs noch früher und sicherer diagnostizieren zu können, werden seit einigen Jahren digitale Mammographiesysteme entwickelt. Diese besitzen trotz ihrer geringeren maximalen Ortsauflösung im Vergleich zur konventionellen Film-Folien-Mammographie eine höhere effektive Quantenausbeute und ein besseres Signal-zu-Rausch- Verhältnis. In dieser Arbeit wurde eine neue digitale Vollfeldmammographieeinheit auf der Basis von amorphem Selen mit einem mit Cäsium aktivierten Jodid arbeitenden, bereits von der FDA zugelassenen, Gerät und mit einem konventionellen Mammographiesystem verglichen. Ein besonderes Augenmerk galt dabei dem möglichen Dosiseinsparungspotenzial durch Verwendung neuer Detektoren, härterer Strahlung und rasterloser Technik. Hierzu wurde das CDMAM-Phantom 3.4 mit 3 bzw. 5 cm Plexiglas verwendet, um unterschiedlich dicke Mammae zu simulieren. Es wurden mit jedem System Bilderserien mit den Anoden-Filterkombinationen Molybdän/ Molybdän, Molybdän/Rhodium und Rhodium/Rhodium hergestellt, jeweils mit und ohne Raster. Diese Bilder wurden von 3 Untersuchern unabhängig voneinander gelesen. Wir fanden heraus, dass beide digitalen Systeme signifikant bessere Ergebnisse im Vergleich zum konventionellen Mammographiesystem erreichten. Wider unserer Erwartungen zu Beginn der Arbeit, zeigte sich, trotz der höheren Ortsauflösung und geringeren Pixelgröße, keine Überlegenheit des neuen mit amorphem Selen (aSe) arbeitenden Systems gegenüber dem CäsiumJodid (CsI)-Gerät. Es stellte sich sogar heraus, dass die CsI-Einheit in der Versuchsanordnung mit Molybdän als Anoden- und Filtermaterial und rasterloser Technik signifikant bessere Ergebnisse bei einer simulierten Brustdicke von 4 cm erreichte. Durch Entfernung des Rasters konnte ein Dosiseinsparungspotenzial von 10 bis 30 Prozent nachgewiesen werden, abhängig von der verwendeten Anoden-Filterkombination und der simulierten Brustdicke. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass beide digitalen Mammographieeinheiten vergleichbare Resultate erzielten und signifikant bessere Ergebnisse erreichten als das konventionelle System. Des Weiteren muss in der digitalen Mammographiediagnostik über das Entfernen des Rasters bei geringer Brustdicke und die Verwendung härterer Strahlung diskutiert werden.Breast Cancer is the most common malignant tumor regarding women in the western industrialized countries. The lifetime risk is about 10% with a worldwide rising trend. For this an early diagnosis is important to reduce mortality and improve the prognosis. In recent years, large studies showed that conventional mammography with a sensitivity of 72.4% and a specificity of 97.3% so far is the best method for early detection of breast cancer. On the other hand, 10-20% of all palpable breast cancers are not visible in the conventional mammography. To be able to detect breast cancer even earlier and more specific, in recent years digital mammography systems have been under development. These have higher effective quantum efficiency and better signal-to-noise ratio, despite their lower maximum spatial resolution in comparison to conventional film mammogram. In this paper, a new digital full field digital mammography (FFDM) on the basis of amorphous selenium, a digital system working with cesium activated iodide, which is already approved by the FDA, and a conventional mammography unit are compared with each other. Particular attention was paid to the possible dose-saving potential by using new detectors, harder X-rays and gridless technology. Therefore we used the CDMAM phantom 3.4 with 3 or 5 cm PMMA (polymethylmethacralate) to simulate different breast thickness. With each unit series of images were taken with different anode filter combinations (Mo/Mo, Mo/Rh and Rh/Rh), each with and without grids. These images were analysed by three independent readers. We found out that both digital systems have significantly better results compared to the conventional mammography system. In contrast to our expectations at the beginning of the research, no superiority of the new aSe system could be seen in comparison to the CsI/aSi unit, despite the higher resolution and smaller pixel size of the aSe system. It even turned out that the CsI unit in the experimental arrangement with molybdenum as anode and filter material and grid technology, achieved significantly better results in a simulated breast thickness of 4 cm. By removing the grid a dose-saving potential of 10 to 30 percent could be proofen, depending on the used anodes filter combination and the simulated breast thickness. Summing up it can be said that both digital mammography units achieved comparable results and showed significantly better results than the conventional system. Further investigations will be needed in the digital mammography diagnostics to proof the necessity of the removal of the grid at low breast thickness and the use of harder X-rays