Идентификация распределения эффективного атомного номера в диагностике рака молочной железы

1. Идентификация распределения эффективного атомного номера в диагностике рака молочной железы Д.т.н.,проф.Горшков В.А. Институт космических исследований Российская Академия наук Президент Российской ассоциации маммологов, д.м.н.,чл.-корр.РАМН  Рожкова Н.И., к.т.н.,ст.н.сотр. Прокопенко С.П. ФГУ "Российский научный центр рентгенологии Росмедтехнологий" ИКИ РАН

2. Аннотация Рассматриваются вопросы реконструкции структуры молочной железы на основе распределения эффективного атомного номера. Идентификация эффективного атомного номера осуществляется на основе маммограмм, полученных на различных энергиях рентгеновского излучения, а также на основе восстановления отношения массового коэффициента рассеяния к коэффициенту полного поглощения. Визуализация распределение эффективного атомного номера является весьма эффективным средством в арсенале методов диагностики онкологических заболеваний. ИКИ РАН

3. Проблема: В России раком молочной железы заболевает каждая десятая женщина По представленным данным на совместном совещании министерства здравоохранения США, ЦРУ и НАСА, посвященного проблемам маммологии (http://www.womenshealth.gov/news/pr/1996.imaging.htm) • В США раком молочной железы заболевала • в 1950 г. каждая 20-тая женщина, • - в 1998 г. одна женщина из 8-ми Ошибки диагностики в США: 40% - ложная постановка диагноза «рак», 10-15% - пропуск ракового заболевания

4. Скрининговая маммография Исходное рентгеновское излучение КР КР ФЭ МЖ Коллиматор Стол Стол Кассета с пленкой или люминофором Кассета с пленкой или люминофором

5. Акты взаимодействия фотонов с МЖ Доля фотонов, прошедших МЖ без взаимодействия Доля фотонов, претерпевших взаимодействие с МЖ Доля фотонов, претерпевших фотопоглощение Долярассеянных фотонов μt,μc,μph,- массовые коэффициенты полного поглощения, комптоновского рассеяния и фотопоглощения, ρ - плотность участка молочной железы, d- толщина участка молочной железы

6. Традиционные маммограммы

7. Цитаты Микрокальцинаты – предвестники рака “…the tiny calcifications that can be the earliest Indicator of breast cancer…” Н.И.Рожкова,С.П.Прокопенко,В.Б.Китаев, .В.Мякишева, В.Б.Мошаров, Р.А.Керимов,В.П.Демидов, Ю.В.Варшавская, Г.А.Франк,А.Д.Островцев, Б.А.Павлдова и др. Johns PC, Yaffe MJ. , Ph.D., Caryl Brzymialkiewicz,Gwen Banks,… . Раковые опухоли характеризуются повышенным эффективным атомным номеров – предвестники рака “…the cancers exhibit a higher effective atomic number than do the normal tissues…” “…soft tissue and cancerous tissue a very similar but their atomic number differs…” Frank Carroll, M.D., Sarah Bixby, B.S. , George Thomas, B.S.,Robert Traeger, B.S. , James Waters, Ph.D. , Dale Evertson, Ph.D. , Marcus Mendenhall, Ph.D. , Cynthia B.Paschal, Ph.D., Caryl Brzymialkiewicz, Gwen Banks, B.J. Heismann,Johns PC, Yaffe MJ.,… Важнейшим эффектом в маммографии является фотоэффект Barbara O’Connell “…therefore the photoelectrical affect is the most important …” Перспективным направлением в диагностике онкологических заболеваний является применение двойной энергии излучения “…Dual-energy mammography may provide information regarding the atomic number and density characteristics of the breast tissue. …” Johns PC, Yaffe MJ. , Johns PC, Drost DJ, Fenster A., Shaber GS, Tecotzky M., Boone JM, Alexander GM, John M. Lewin, Pamela K. Isaacs, Virginia Vance, Fred J. Larke,… …

8. Zэф МЖ

9. Рентгенограммы на двух энергиях Human chest phantom (simulation) Dual energy x-ray imaging system and method for radiography and mammography Document Type and Number: United States Patent 6683934 Publication Date: 01/27/2004

10. Dual-energy mammography J.Lewin, P.Isaacs, F. Larke

11. Физическая основа рентгеновской трансмиссионной маммографии μ- массовый коэффициент полного поглощения, определяемый эффективным атомным номером участка молочной железы и энергией рентгеновского излучения, ρ - плотность участка молочной железы, d- толщина участка молочной железы

12. Пропорциональность атомного номера α =μ40keV-μ20keV =kβ Z β=μ40keV /μ20keV=kα Z

14. Физическая основаоценки эффективного атомного номера где NLd,NHd,- число зарегистрированных фотонов на двух энергиях (индекс L соответствует низкой энергии, H- высокой), NL0,NH0,- исходное число фотонов на двух энергиях, μL, μH, - массовые коэффициенты поглощения ткани МЖ на двух энергиях ρ - плотность ткани, d - толщина МЖ, k1,k2 - коэффициенты пропорциональности.

15. Физическая основа оценки эффективного атомного номера и плотности

16. Традиционные маммограммы 40 kV 20 kV Здоровая ткань Рак

17. Распределения Z и плотности (рак) Zρ ТМ ρ Z

18. Распределения Z и плотности (рак) Zρ ТМ ρ Z

19. Распределения Z и плотности (здоровая ткань) Zρ ТМ ρ Z

20. Повышение контрастности визуализации Z Возможные нелинейные преобразования Исходное распределение Z

21. Выявление микрокальцинатов на основе смещенных снимков Смещение отсутствует Смещение dx=0,5мм, dy=4 мм μL,T / μH,Ca μL,Ca / μH,Ca μL,Ca / μH,T μL,T / μH,T Z Z

22. Изменение контрастности изображения за счет снижения высокой энергии при реконструкции Традиционная маммограмма Распределение ZЕн=33 keV Распределение ZрЕн=25keV

23. Зависимость оптической плотности от экспозиции Оптическая плотность Цифровая рентгенография на люминофорах (ЦЛР) Цифровой маммограф Обдасть нормальной экспозиции Пленка Экспозиция (N)

24. Оценка No No Nd Оптическая плотность Рентгеновская пленка Цифровой маммограф

25. Примеры изменения контрастности визуализации Z Z1 Z Z2 Z3

26. Примеры изменения контрастности визуализации Z Z Z1 Z3 Z2

27. Z-Маммограммы 5 мм 5 мм 0,1 мм ТМ Z1-1 Z2-1 Z3-1 ИКИ РАН

28. РеконструкцияраспределенияZ Традиционная Визуализация Z Визуализация Z маммограмма (повышенная контрастность)

29. Сопоставление двух маммограмм • Dual-energy mammogram (J.Lewin ),2003Визуализация Z

30. Вывод Визуализация распределение эффективного атомного номера представляется полезным средством в арсенале методов диагностики онкологических заболеваний.

31. Спасибо за внимание ИКИ РАН

32. Интерфейс рабочей программы ИКИ РАН

33. Интерфейс рабочей программы ИКИ РАН

34. Это не микрокальцинаты и не молочная железа Звезды ИКИ РАН Туманность Грудь женщины - космос (Козьма Прудков)

35. Фиванская царица Алкмена тайно родила от Зевса мальчика Геракла, но, боясь наказания жены Зевса, Геры, спрятала новорожденного в кустах. Однако Гера случайно обнаружила малыша и решила покормить его грудью. Но маленький Геракл почувствовав в Гере врага оттолкнул богиню. Молоко брызнуло на небо, отчегои образовался Млечный Путь. ИКИ РАН Этим объясняется схожесть проблем маммологии и космологии

36. Спасибо ИКИ РАН

37. Приложения ИКИ РАН

38. Зависимость коэффициентов от Zэф Область вариации Z в МЖ

39. Фантом МЖ

40. Маммограммы на рассеянном и трансмиссионном излучениях (моделирование) 2Д-представление 3Д-представление MK – 5% Холестерин MK – 1% MK – 5% No=30 000 Холестерин MK – 1%