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Virtuelle Mammografie

Simulation realistischer Phantombilder für die Mammografie

PTB-News 3.2019
24.09.2019
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Zugelassene Geräte im Rahmen des Mammografie-Screening-Programms müssen gewährleisten, dass Radiologen auch kleine Kontraste sicher erkennen können. In jährlichen Kontrollmessungen wird daher die Bildqualität jedes Gerätes überprüft. Dazu müssen Testbilder von Phantomen aufgenommen und mit Analyseverfahren ausgewertet werden. Die PTB hat eine Software entwickelt, die diese Aufnahmen durch realistische Simulationen nachbildet. Damit können die eingesetzten Analyseverfahren auf ihre Eignung überprüft und optimiert werden.

Schematischer Aufbau der virtuellen Mammografie

In der Mammografie werden Röntgenstrahlen eingesetzt, um nichtinvasiv nach Auffälligkeiten im Brustgewebe zu suchen. Grundsätzlich gilt: Je höher die Strahlungsintensität, desto zuverlässiger die Diagnose. Allerdings steigt damit auch das Risiko für Strahlenschäden. Optimal ist die Einstellung bei minimaler Dosis, aber noch ausreichender Bildqualität. Um eine für den Arzt ausreichende diagnostische Bildqualität zu gewährleisten, müssen Geräte in der Lage sein, kleine Strukturen mit niedrigem Kontrast hinreichend gut darzustellen. Zur Qualitätssicherung werden im Rahmen jährlicher Kontrollen Aufnahmen eines technischen Phantoms, bestehend aus Goldplättchen, mit unterschiedlichen Dicken und Größen erstellt. Die aufgenommenen Phantombilder werden entweder von einem Arzt beurteilt oder mithilfe von Analyseverfahren, die den menschlichen Sehprozess nachbilden, automatisiert bewertet.

Die PTB hat eine Simulationssoftware entwickelt, die das technische Phantom nachbildet und realistische Phantombilder der Goldplättchen erzeugt. Diese virtuelle Mammografie liefert Bilder mit genau bekannten Eigenschaften und gestattet es somit, die für die Qualitätssicherung eingesetzten Analyseverfahren zu validieren und zu optimieren. Basis des Simulationstools ist ein mathematisches Modell, mit dem ein Primärbild aus der Transmission simulierter Röntgenstrahlung berechnet wird. Anschließend werden Störeffekte wie Streuung oder Rauschen hinzugefügt. Durch Vergleich mit realen Aufnahmen konnte gezeigt werden, dass das Simulationstool Mammografie-Aufnahmen in realistischer Weise abbildet.

Die Software wurde bereits eingesetzt, um ein neues, an der PTB entwickeltes und verbessertes Analyseverfahren erfolgreich zu validieren. Zukünftig soll die virtuelle Mammografie insbesondere dazu genutzt werden, um die Grundlage für den Einsatz von Methoden des maschinellen Lernens in der Qualitätssicherung der Mammografie zu schaffen.

Ansprechpartner

Tobias Kretz
Fachbereiche 8.4 Mathematische Modellierung und Datenanalyse und
6.2 Dosimetrie für Strahlentherapie und Röntgendiagnostik
Telefon: (030) 3481-7978
Opens window for sending emailtobias.kretz(at)ptb.de

Wissenschaftliche Veröffentlichung

T. Kretz, M. Anton, T. Schaeffter, C. Elster: Determination of contrast-detail curves in mammography image quality assessment by a parametric model observer, Physica Medica 62, 120–128 (2019)