Die digitale Brusttomosynthese (DBT) ist ein bildgebendes Verfahren, das eine volumetrische Rekonstruktion der gesamten Brust aus einer endlichen Anzahl von zweidimensionalen Niedrigdosis-Projektionen ermöglicht, die durch unterschiedliche Röntgenröhrenwinkel gewonnen werden, wobei das geometrische Prinzip dem der Stratigraphie sehr ähnlich ist.
Hintergrund
Obwohl die direkte digitale Mammographie (FFDM – Full Field Digital Mammography) die Sensitivität der Methode verbessert hat, insbesondere bei dichten Brüsten, ist die Anzahl der falsch-negativen Ergebnisse (FN) immer noch hoch, was vor allem auf das Vorhandensein von dichtem Gewebe zurückzuführen ist, das die Auffälligkeit von Läsionen beeinträchtigen kann: Das Mammogramm ist in der Tat ein „Summationsbild“, das auf einer einzigen Ebene eine mehr oder weniger sichtbare Darstellung jeder Struktur zeigt, die vom Röntgenstrahl zwischen Eingangs- und Ausgangsfläche durchquert wird.
Theoretische Lösungen für das Problem gibt es: Die wichtigste unter ihnen ist die MRT, aber diese ist nicht die ideale Lösung, weil sie teuer und zeitaufwendig ist und in vielen Fällen nicht in der gleichen Abteilung zur Verfügung steht.
Was stattdessen benötigt wird, ist eine Lösung, die ist:
- a) erschwinglich (ein Aufschlag auf den Preis einer Mammographie),
- b) schnell (der Radiologe muss in der Lage sein, die ergänzende Untersuchung unmittelbar nach der Auswertung der Mammographie-Bilder durchzuführen)
- c) praktisch (die Untersuchung sollte im gleichen räumlichen Bereich von den gleichen Mitarbeitern durchgeführt werden),
- d) einfach (eine neue Methode würde erfordern, dass Techniker und Radiologen neue Verfahren für die Untersuchung und Beurteilung erlernen).
Die Phänomene der Summation und Subtraktion, die für die Erzeugung falsch-positiver Befunde (FP) und für die Maskierung echter positiver Befunde (TP) verantwortlich sein können, veranlassten Alessandro Vallebona 1930, die „Stratigraphie“ (im Folgenden „Tomographie“ genannt) zu entwickeln und einzuführen, d.h. eine ergänzende radiodiagnostische Technik, die darauf abzielt, analytische Bilder zu erstellen, die nur die Strukturen in den vorher ausgewählten Schichten der betreffenden Region darstellen. Diese Technik war nicht ohne Nachteile, die beinhalten:
- begrenzte Kontrastauflösung, die durch die intrinsische Schattierung des Bildes ermöglicht wird;
- Vorhandensein von parasitären Schatten (d.h. Hintergrundrauschen);
- hohe Gesamtdosis, die bei mehreren aufeinanderfolgenden Aufnahmen der als nützlich angesehenen Schichten abgegeben wird.
Dank der Flat-Panel-Technologie wurde eine Neuinterpretation in der digitalen Tonart der Vallebona-Tomographie als neues Werkzeug für die Früherkennung vorgeschlagen: die DBT-Digitale Brust-Tomosynthese.
Digitale Brust-Tomosynthese
Bei der DBT macht die Röntgenröhre einen Bogen, während dessen eine Serie von Bildern aufgenommen wird, von denen jedes eine Dosis erhält, die einem Bruchteil der Dosis einer Standard-Mammographie entspricht. Während der Aufnahme empfängt jedes Detektorelement zeitlich sequenzbezogene Informationen über jedes Objektvolumenelement. Der Satz digitaler Projektionen enthält somit vollständige Strukturinformationen über alle Objektschichten in Form von Rohdaten. Diese werden an einen Computer gesendet, wobei geeignete Rekonstruktionsalgorithmen die Reihenfolge und die korrekte Summierung der Projektionswerte rekonstruieren, was als Endergebnis erlaubt, Schnitte zu erhalten, die mit denen der konventionellen Tomographie vergleichbar sind, aber von den zuvor erläuterten kritischen Aspekten befreit sind.
Die Tomosynthese liefert also keine direkten Projektionsbilder, sondern rekonstruierte Bilder beliebiger Einzelschichten durch mehrere verfügbare, mehr oder weniger effiziente Algorithmen, die jeweils darauf abzielen, aus den rekonstruierten Schnitten die oberen und unteren Schichten vom „strukturierten Rauschen“ zu befreien.
Die in der ersten Gerätegeneration verwendeten Rekonstruktionsalgorithmen (u. a. der FBP-Filtered Back Projection-Algorithmus, ideal für die Rekonstruktion von 360°-CT-Aufnahmen, aber nicht optimal für die DBT-Rekonstruktion, da er Rauschen und Artefakte erzeugt) wurden heute zugunsten iterativer Algorithmen aufgegeben, wie die SART – Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique und die MLEM – Maximum Likelihood Expectation Maximization, die die Bildqualität durch die endgültige Reduktion von Streifenartefakten sowie die Erhöhung des Kontrast-Rausch-Verhältnisses verbessern können und damit die Sichtbarkeit von Mikroverkalkungen und Hauträndern verbessern.
DBT ermöglicht die Erkennung einer größeren Anzahl von ausgedehnten Läsionen und eine bessere morphologische Analyse von Massen und architektonischen Verzerrungen, dank des Kontrasts der Befunde, der größer ist als der Hintergrund, gegeben durch die schattigeren Strukturen, die zu den oberen und unteren Schichten gehören, und dann durch die geringere Menge des Rauschens. Damit wird eine der Grenzen der zweidimensionalen Bildgebung, nämlich die Maskierung von Läsionen durch die Überlagerung normaler Strukturen, überschritten.
Die Möglichkeit der Trennung verschiedener Schichten deutet auf eine mögliche Reduktion von falsch-negativen und falsch-positiven Befunden aufgrund von Überlagerungen hin.
Nach frühen Studiendaten soll die DBT einen höheren Prozentsatz von Brustkrebsen auffällig machen als die konventionelle Mammographie, was den Prozentsatz der falsch-negativen Befunde (FN) auf einen geschätzten Wert von etwa 15 % reduziert. Neuere Studien deuten auf eine um ca. 30 % erhöhte Sensitivität und Spezifität der DBT im Vergleich zur FFDM hin, bei einer Reduktion der Recalls im Screening um ca. 40 %.
Ein weiterer Vorteil der DBT liegt in der fehlenden Notwendigkeit einer Bedienerschulung (die Brust wird wie bei der konventionellen Mammographie in MLO- und/oder CC-Projektion positioniert) und für den Radiologen (da er die Diagnose weiterhin anhand von Bildern mit Mammographie-Merkmalen stellt).
Es läuft noch eine Studie, die die klinische Leistung von FFDM in zwei Projektionen (CC + MLO) und die der DBT in einer einzigen Projektion (MLO) unter Einhaltung der Dosisbegrenzung vergleicht. Bis zumindest die klinische „Nicht-Unterlegenheit“ der DBT gegenüber der FFDM nachgewiesen ist, ist eine Dosissteigerung bei der DBT nicht sinnvoll. Aus diesem Grund wird die Dosis so begrenzt, dass sie die Dosis einer FFDM mit zwei Projektionen nicht übersteigt.
Merkmale, die allen DBT-Systemen gemeinsam sind, sind der Ausführungsmodus (MLO-Projektion), die Akquisitionszeit (10-20 Sek.) und die Rekonstruktionszeit (zwischen 40 und 180 Sek.), die Schichtdicke (1 mm), der Darstellungsmodus (Einzelschicht oder Slab-Cine-Loop), die Möglichkeit der Durchführung von Standard-Mammogrammen und die FFDM/DBT-Echtzeitauswahl bei vorhandener Brustkompression.
Wir finden stattdessen eine große Variabilität in der Anzahl der Aufnahmen (zwischen 13 und 25) und dem Aufnahmewinkel (zwischen 15 ° und 50 °), signifikante Merkmale in der Bildqualität, die bei der DBT von der Dosis und der Anzahl der Projektionen und dem Aufnahmewinkel sowie der Anzahl der Aufnahmen abhängt: wenn also ein enger Winkel mit wenig Belichtung eine schnelle, aber niedrig auflösende 3D-Aufnahme ermöglicht, bietet ein weiter Winkel mit vielen Aufnahmen eine gut auflösende 3D-Aufnahme, aber bei einer langsamen Aufnahme mit den daraus resultierenden Mitteln der Bewegungsartefakte und der Qualitätsverschlechterung der rekonstruierten Bilder.
Eine interessante Alternative stellt die variable Geometrie (V-DBT) dar, die durch eine ungleichmäßige Abtastung die höchste 3D-Auflösung bei maximaler Aufnahmegeschwindigkeit bietet.
Bei der V-DBT werden durch die 40°-Röhrenschwingungsbewegung 13 Aufnahmen gemacht, die zentrale mit 50 % der abgegebenen Gesamtdosis (entspricht der für eine einzelne Mammographie-Projektion) und die restlichen 50 % ungleichmäßig auf die zwölf übrigen Aufnahmen verteilt.
Der Rekonstruktionsalgorithmus im V-DBT-System nutzt alle Informationen, die in der 0°-Projektion bereitgestellt werden, die im Grunde ein Standard-Mammogramm ist, das sich durch einen hohen Kontrast auszeichnet, der auch wertvolle Informationen für die Visualisierung von Mikroverkalkungen und deren Identifizierung durch 3D-CAD liefert, das noch nicht verfügbar ist, aber sicherlich zu den zukünftigen Entwicklungen im Zusammenhang mit der DBT gehört.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die DBT definitiv in der Lage ist, die Bildgebung von dichten Brüsten zu verbessern, indem sie eine Mammographie-Dosis von zwei Projektionen verwendet und dabei die hohe räumliche Auflösung und den schnellen Arbeitsablauf beibehält, der typisch für FFDM ist. Die DBT kann die Spezifität beim Screening verbessern, indem sie überlappende Strukturen ausschließt und so die Identifizierung kleiner Läsionen erleichtert.
Iodierte Kontrastmittel können detailliertere Informationen über die Blutversorgungsdynamik bereits identifizierter Läsionen liefern, sogar im Vergleich zu denen, die mit CEDM – kontrastverstärkter digitaler Mammographie – gewonnen werden.