Высокое качество изображений, существенное снижение лучевой нагрузки

Маммограф Philips MicroDose SI

Переход на новый уровень здравоохранения, общими усилиями

Стремление Philips обеспечить переход на новый уровень здравоохранения отражено в аппарате MicroDose SI.

Клиническое сотрудничество и интеграция

Метод прямого подсчета рентгеновских фотонов и спектральные технологии составляют надежную платформу для будущих разработок в маммографии. Для расширения потенциала спектральной визуализации и развития научных основ маммографии компания Philips тесно сотрудничает с ведущими практикующими врачами.

Забота о пациентах

Пациентки высоко ценят небольшую продолжительность исследования, низкую лучевую нагрузку и удобство, обеспечиваемое изогнутой и подогреваемой опорой для молочной железы.

Повышение рентабельности

Система MicroDose SI рассчитана на высокую пропускную способность, необходимую для проведения скрининга, и в то же время обеспечивает превосходное качество медицинской помощи.

В основе системы MicroDose SI лежит испытанная технология подсчета фотонов. Эта технология, достоинства которой уже оценены в сотнях медицинских учреждений по всему миру, представляет собой оптимальный баланс лучевой нагрузки на пациентку и качества изображений. Она позволяет пользователям получать изображения великолепного качества при существенно сниженной лучевой нагрузке.

Информация, получаемая методом спектральной визуализации на аппарате MicroDose

MicroDose SI — это большой шаг в расширении возможностей предшествущей модели.

В новом аппарате доступна опция неинвазивной спектральной визуализации, позволяющая получить дополнительные сведения о строении молочной железы. Данная функция является совершенно уникальной благодаря тому, что метод прямого подсчета фотонов позволяет собирать спектральные данные в течение той же экспозиции, во время которой получают обычную маммограмму с низкой дозой — причем без использования контрастного вещества. Такой подход не требует дополнительного облучения и изменений в существующем рабочем процессе. Первое спектральное приложение для системы MicroDose SI (Breast Density Measurement) будет по достоинству оценено теми рентгенологами, которые заинтересованы в точном количественном методе определения плотности молочной железы и оценке рисков возникновения злокачественных новообразований.

Высокая надежность,
большой потенциал

• Проверено: превосходное качество изображений при очень низкой лучевой нагрузке
• Точно: использование объективных результатов спектрального измерения плотности молочной железы для оценки риска возникновения злокачественных новообразований
• Без введения контраста: спектральные данные содержатся в маммограмме, которую получают быстро и с заботой о комфорте пациентки .
• Привлекательно: увеличение количества направлений на исследования благодаря уникальной технологии, ориентированной на пациенток

Высокая эффективность использования лучевой нагрузки, превосходное качество изображений

Система маммографии MicroDose позволяет снизить лучевую нагрузку без потери качества изображения благодаря следующим характеристикам:

• Высокий коэффициент поглощения рентгеновских фотонов
• Прямой подсчет фотонов
• Устранение 97% рассеянного излучения
• Почти полное отсутствие электронного шума
• 100 %-е отсутствие «нерабочих» пикселов
• Отсутствие фантомных изображений
• Малый размер пиксела — 50 мкм

Известно, что молочная железа особо чувствительна к облучению, поэтому лучевая нагрузка на нее должна быть минимальна. Технология прямого подсчета фотонов идеальна для визуализации молочных желез в силу того, что она позволяет добиться существенного снижения лучевой нагрузки пациентку при проведении скрининга. Согласно данным клинических испытаний, системы MicroDose позволяют снизить дозу излучения на величину от 18 до 50%, а среднее снижение дозы составляет 40%^1,2,3,4,5. При этом качество изображений не снижается: системы MicroDose обеспечивают наилучшее в отрасли пространственное разрешение 50 мкм, что позволяет визуализировать мельчайшие структуры молочной железы, в том числе микрокальцинаты и спикулы. Технология сканирования MicroDose SI также гарантирует 100%-ю информативность всех пикселов изображения, устраняя возможность появления «битых» пикселов и связанной с ними потери данных.

Кроме того, система MicroDose SI оснащена функцией Smart AEC, которая в процессе сканирования осуществляет регулировку параметров экспозиции в зависимости от плотности ткани молочной железы.

В результате корректные параметры экспозиции устанавливаются без предварительной съемки.

«Технология маммографии MicroDose позволяет не только снизить лучевую нагрузку и обеспечить превосходное качество изображений, но и сократить время проведения скринингового исследования, что существенно повышает его эффективность».

Марго Уитон, руководитель программы, Служба скрининговых исследований молочных желез Солихалла и Ковентри, гр. Уорикшир, Великобритания

Diagnostic Scan способствует лучшей визуализации мельчайших деталей

Традиционно в маммографии для лучшей детализации подозрительных областей применяется методика геометрического увеличения. При геометрическом увеличении снижается влияние рассеянного излучения и применяется более высокая доза, что приводит к улучшению разрешения маммограммы. При проведении съемки с увеличением, молочная железа помещается на увеличительный столик для уменьшения расстояния между фокусом излучателя и железой.

Альтернативой геометрическому увеличению в маммографе MicroDose SI является функция диагностического сканирования. Визуализация мельчайших деталей на маммограмме достигается за счет использования более высокой дозы

Изображение молочной железы (проекция MLO), полученное с помощью опции диагностического сканирования

на локальную область под компрессией и цифрового увеличения изображения на рабочей станции.

Исследование подозрительных локальных областей молочной железы с увеличением дозы позволяет улучшить визуализацию мельчайших структур, в том числе микрокальцинатов и спикул. В силу высочайшего разрешения детектора MicroDose (25 млн. пикселей), малого размера пикселя (50 мкм) и отсечения 97% рассеянного излучения, геометрическое увеличение теряет свои преимущества. При диагностическом сканировании происходит цифровое увеличение локального изображение на рабочей станции лаборанта. В дополнении к этому, при диагностическом сканировании нет необходимости в установке увеличительного столика и переукладке молочной железы, что позволяет существенно экономить время при подготовке к исследованию.

Локальная прижимная пластина

Высокое качество изображений

• Для визуализации и определения характеристик мелких структур молочной железы необходимо высокое пространственное разрешение. Максимальное пространственное разрешение изображения на данный момент составляет 50 мкм.
• Для дифференциации тканей молочной железы с близкими коэффициентами поглощения требуется высокое контрастное разрешение.
• Система визуализации должна иметь широкий динамический диапазон, позволяющий регистрировать информацию из областей как плотной железистой, так и жировой ткани, причем на любой глубине вплоть до линии кожи.
• Низкий уровень шума упрощает постановку правильного диагноза. Присутствие шума на изображении снижает его контрастное разрешение.

• Отсутствие артефактов. Артефакты могут быть вызваны, в частности, электронным шумом в детекторах; также возможно двоение изображений (артефакты-призраки).
• Отсутствие битых пикселов. Значения для битых пикселов можно получить путем интерполяции значений соседних пикселов, однако этот способ лишь улучшает восприятие изображения, но не позволяет восстановить утерянную информацию.

Низкая доза излучения

• Высокая квантовая эффективность детектора позволяет регистрировать каждый приходящий фотон рентгеновского излучения, тем самым обеспечивая максимальную эффективность использования рентгеновской дозы системой.
• Эффективное подавление рассеянного излучения. Рассеянное излучение приводит к повышению уровня шума и снижению контрастного разрешения изображения, и должно компенсироваться увеличение длительности экспозиции.

Технология подсчета фотонов

Рентгеновское излучение часто воспринимается как непрерывный поток энергии. В действительности, этот поток состоит из отдельных частиц (рентгеновских фотонов). Таким образом, рентгеновское излучение является, по сути, цифровым. При создании детектора Philips MicroDose его разработчики ориентировались именно на эту, цифровую сущность рентгеновского излучения. Показания счетчика фотонов детектора увеличиваются при регистрации каждого фотона, прошедшего через молочную железу. Таким образом исключаются промежуточные этапы между регистрацией фотона и формированием значения пиксела маммограммы, которые могут приводить к повышению уровня шума.

Детектор Philips MicroDose явился побочным результатом научных исследований в области физики высоких энергий. Он вобрал в себя результаты деятельности тысяч научных сотрудников, работавших начиная с 1960 и вплоть до открытия t-кварка в 1996 году⁶. В физике высоких энергий, в том числе и в работах, связанных с t-кварками, существовали очень высокие требования к эффективности детектирования, связанные с необходимостью извлечения максимума информации от каждой регистрируемой частицы, включая рентгеновские фотоны.

В качестве материала детектора в MicroDose SI используется кристаллический кремний. Благодаря развитию рынка микроэлектроники, сегодня кристаллический кремний является, безусловно, самым чистым материалом для изготовления детекторов. Он характеризуется высокой добротностью и надежностью. Кроме того, одним из ключевых преимуществ детектора на основе кристаллического кремния является гарантия бесперебойной работаты в широком диапазоне температуры и уровня влажности в помещении.

⁶ Abe, F. et al., 1994. Evidence for Top Quark Production in pp Collisions at sqrt(s) = 1.8 TeV. Fermilab-PUB-94/116-E. May 16, pp.1-19

В экранно-пленочных системах и системах, использующих сцинтилляторы, возможно значительное снижение качество изображений, связанное с шумом. Причиной этого шума являются случайные флуктуации сигнала, возникающие при преобразовании рентгеновских фотонов в видимый свет7. В результате, два фотона с одинаковыми энергиями могут

регистрироваться детектором по-разному, что приводит к увеличению общей неопределенности накопленного сигнала. Этот эффект отчасти проявляется и в детекторах на основе аморфного кремния. Отсутствие шумов является главным преимуществом технологии прямого подсчета фотонов

Снижение влияния рассеянного излучения

Добиться эффективного подавления рассеянного излучения существенно проще в сканирующих системах, в которых полноформатное изображение получают путем перемещения небольшого детектора вдоль объекта. В принципе, чем меньше детектор, тем меньше вероятность регистрации фотонов рассеянного излучения.

Детектор Philips MicroDose относится к многощелевому типу. Фотоны, не относящиеся к первичному излучению, отсекаются от пучка с помощью предварительного коллиматора. Эти фотоны не несут полезной информации и лишь увеличивают дозу облучения пациентки. Фотоны,

которые рассеиваются в тканях молочной железы и не направлены в сторону детектора, поглощаются с помощью коллиматора, расположенного за объектом исследования.

Вышеуказанное является еще одной причиной, по которой детектор Philips MicroDose позволяет существенно снизить дозу облучения по сравнению с традиционными системами.

Основные характеристики детектора Philips MicroDose

• Разработан с учетом корпускулярных (цифровых) свойств рентгеновского излучения, каждый фотон обрабатывается отдельно, почти полное подавление внешнего шума, высокая квантовая эффективность.
• Почти идеальное поглощение рассеянного излучения.
• Размер пиксела 50 мкм.
• Продолжительность сканирования 3-15 секунд.
• Вольфрамовый анод, фильтрация 0,5 мм Al.
• Все излучение попадает в активную область детектора, нет потерь излучения.
• Максимальная частота регистрации фотонов 2 МГц на пиксел, отсутствие двоения изображений (артефактов).
• Отсутствие битых пикселов.

⁷ Swank, R., 1973. Absorption and noise in X-ray phosphors. Journal of Applied Physics, 44, pp. 4199- 203.

Высокая скорость проведения маммографического исследования является большим преимуществом как для пациенток и медицинского персонала, так и для администрации клиники. Система MicroDose SI отличается упрощенным и эффективным рабочим процессом, который способствует увеличению пропускной способности кабинета, позволяя проводить за один час до 15 исследований. Эргономичный дизайн, автоматизированное позиционирование и удобные для оператора функции позволяют пользователям сосредоточиться на пациентках и упрощают работу с ними.

Простота укладки пациенток

Дизайн маммографа MicroDose позволяет снизить напряжение пациенток во время исследования. Молочную железу можно легко расположить в любом месте поля обзора. Поле обзора имеет оптимальные размеры 24x26 см, которые позволяют визуализировать более 99% молочных желез в одной проекции без снижения качества съемки молочных желез малого размера⁸.

Еще одним достоинством системы для пациенток является изогнутая подогреваемая поверхность опорного столика, а также набор компрессионных пластин для исследования молочных желез любого размера.

⁸ Hoffmeister, S., 2009. A Comparison of Digital Mammography Field of View Detector Sizes and the Need for Extra Views. BSC DCR.

В системе MicroDose SI реализовано первое спектральное приложение компании Philips — функция измерения плотности молочной железы Spectral Breast Density Measurement. Данная функция использует различия в энергетическом спектре жировой и железистой тканях для их дифференциации

Это позволяет проводить точные измерения объемной плотности молочной железы⁹ и открывает новые возможности для улучшения оценки рисков и выработке индивидуального подхода к каждой пациентке.

⁹ Ding H, Molloi S., 2012. Quantifcation of breast density with spectral mammography based on a scanned multi-slit photon-counting detector: A feasibility study. Phys Med Biol. 57: 4719-4738.

Принципы работы

Рентгеновские пучки состоят из фотонов с разными уровнями энергии. Поскольку поглощение фотонов различными тканями молочной железы зависит от их уровня энергии, информацию о поглощении можно использовать для получения важной информации о тканях.

Функция Spectral Breast Density Measurement использует спектральную информацию, полученную из обычной низкодозной маммограммы для:

• расчета объема и объемной процентной доли железистой ткани;

• присвоения изображению показателя плотности ткани, который согласуется со шкалой BI-RADS® для состава тканей молочной железы, что экономит время при анализе изображений;

• сохранения данных о плотности тканей в DICOM-заголовке и в виде структурированного отчета DICOM для последующего отображения на рабочей станции.

Путь к индивидуальному подходу в маммографии

• Точные спектральные измерения объемной плотности тканей молочной железы
• Расчет объективного показателя плотности, согласующегося со шкалой BI-RADS для состава тканей молочной железы
• Автоматический расчет показателей, способствующий сокращению времени анализа и составления отчетов
• Оценка риска развития рака молочной железы и, как следствие, индивидуальный подход к конкретной пациентке

Volumetric glandularity: 8% Glandular volume: 146 cm³ Breast volume: 1825 cm³ MicroDose Density Score: I

Volumetric glandularity: 15% Glandular volume: 135 cm³ Breast volume: 899 cm³ MicroDose Density Score: II

Volumetric glandularity: 46% Glandular volume: 168 cm³ Breast volume: 366 cm³ MicroDose Density Score: III

Volumetric glandularity: 68% Glandular volume: 269 cm³ Breast volume: 395 cm³ MicroDose Density Score: IV