Estudo de otimização de imagem e dose em mamografia digital

O objetivo deste trabalho foi efetuar um estudo de otimização dos parâmetros de exposição do mamógrafo digital da marca GE, modelo Senographe DS instalado no Instituto Português de Oncologia de Coimbra (IPOC) baseado numa análise contraste detalhe e avaliar o impacto do resultado obtido na melhoria da capacidade de detecção clínica das estruturas da mama. O mamógrafo em estudo dispõe de um sistema de controle automático da exposição designado por sistema AOP (Automatic Optimization of Parameters) que foi otimizado pelo fabricante a partir da razão contraste ruído. O sistema AOP é usado na prática clínica na quase totalidade dos exames de mamografia realizados no IPOC. Tendo em conta o tipo de estrutura que se pretende visualizar na mamografia, nomeadamente estruturas de baixo contraste como as massas e estruturas de dimensão submilimétrica como as microcalcificações, a análise contraste detalhe poderia constituir uma abordagem mais adequada para o estudo de otimização dos parâmetros de exposição uma vez que permitiria uma avaliação conjunta do contraste, da resolução espacial e do ruído da imagem. Numa primeira fase do trabalho foi efetuada a caracterização da prática clínica realizada no mamógrafo em estudo em termos de espessura de mama comprimida “típica”, dos parâmetros técnicos de exposição e das opções de processamento das imagens aplicadas pelo sistema AOP (combinação alvo/filtro, tensão aplicada na ampola - kVp e produto corrente-tempo da ampola - mAs). Numa segunda fase foi realizado um estudo de otimização da qualidade da imagem versus dose na perspectiva dos parâmetros físicos. Para tal foi efetuada uma análise contrastedetalhe no objeto simulador de mama CDMAM e usada uma figura de mérito definida a partir do IQFinv (inverted image quality figure) e da dose glandular média. Os resultados apontaram para uma diferença entre o ponto ótimo resultante do estudo de otimização e o ponto associado aos parâmetros de exposição escolhidos pelo sistema AOP, designadamente no caso da mama pequena. Sendo a qualidade da imagem na perspectiva clínica um conceito mais complexo cujo resultado da apreciação de uma imagem de boa qualidade deve ter em conta as diferenças entre observadores, foi efetuado na última parte deste trabalho um estudo do impacto clínico da proposta de otimização da qualidade de imagem. A partir das imagens realizadas com o objeto simulador antropomórfico TOR MAM simulando uma mama pequena, seis médicos(as) radiologistas com mais de 5 anos de experiência em mamografia avaliaram as imagens “otimizadas” obtidas utilizando-se os parâmetros técnicos de exposição resultantes do estudo de otimização e a imagem resultante da escolha do sistema AOP. A análise estatística das avaliações feitas pelos médicos indica que a imagem “otimizada” da mama pequena apresenta uma melhor visualização das microcalcificações sem perda da qualidade da imagem na deteção de fibras e de massas em comparação com a imagem “standard”. Este trabalho permitiu introduzir uma nova definição da figura de mérito para o estudo de otimização da qualidade da imagem versus dose em mamografia. Permitiu também estabelecer uma metodologia consistente que pode facilmente ser aplicada a qualquer outro mamógrafo, contribuindo para a área da otimização em mamografia digital que é uma das áreas mais relevantes no que toca à proteção radiológica do paciente.

The aim of this work was to study the optimization of exposure parameters of a GE digital mammography, Senographe DS model installed at the Portuguese Institute of Oncology in Coimbra (IPOC) based on an analysis contrast detail and evaluate the impact of the result in improved ability of clinical detection of breast structures. The mammograph under study has a system of automatic exposure control called AOP (Automatic Optimization of Parameters) that has been optimized by the manufacturer from the noise contrast ratio. The AOP system is used in clinical practice in almost all mammograms performed in IPOC. Taking into account the type of structure that we want to see on mammography, namely low contrast structures such as the masses and sub millimeter-sized structures such as micro calcifications, contrast detail analysis could provide a more appropriate approach for the study of optimization of exposure parameters since they allow for a joint assessment of contrast, spatial resolution and image noise. In a first phase of the work we establish the characterization of the clinical practice carried out in the mammograph under study in terms of the "typical" compressed breast thickness, technical exposure parameters and options of image processing applied by the AOP system (combination anode / filter, the bulb applied voltage - kVp and current-time product - mAs). In the second phase we conducted a study to optimize the image quality versus dose from the point of view of the physical parameters. For such a study was performed a contrastdetail analysis on the breast phantom CDMAM and used a figure of merit defined from IQFinv (inverted image quality figure) and the average glandular dose. The results showed a significant difference between the optimum point resulting from optimization study and the operation point associated with the exposure parameters chosen by the AOP system, particularly in the case of small breast. As the image quality in clinical perspective is a more complex concept whose result of the appreciation of a good quality image must take into account the differences between observers, in the latter part of this work was made a study of the clinical impact of the proposed image quality optimization. From the images taken with the anthropomorphic phantom TOR MAM simulating a small breast, six physicians radiologists with over 5 years experience in mammography evaluated the "optimized" images obtained using the technical parameters of the exposure resulting from the optimization study and the resulting image from the choice of the AOP system. Statistical analysis of the assessments made by the physicians indicates that the small breast "optimized" image shows a better view of micro calcifications without loss of image quality in the detection of fibers and masses in comparison to the "standard" image. This work allowed to introduce a new definition of the figure of merit for the optimization study of dose versus image quality in mammography and also allowed us to establish a consistent methodology that can be easily applied to any other mammography system, contributing to the field of optimization in digital mammography which is one of the most relevant with regard to the radiological protection of patients.

Doutoramento em Física