Идентификация распределения эффективного атомного...
DESCRIPTION
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 . , - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
ИКИ РАНИКИ РАН 11
Идентификация Идентификация распределения распределения
эффективного атомного эффективного атомного номера в диагностике номера в диагностике
рака молочной железырака молочной железы Д.т.н.,проф.Горшков В.А. Д.т.н.,проф.Горшков В.А.
Институт космических исследований Институт космических исследований Российская Академия наукРоссийская Академия наук
Президент Российской ассоциации Президент Российской ассоциации маммологов, д.м.н.,маммологов, д.м.н., чл.-корр.РАМН чл.-корр.РАМН
Рожкова Н.ИРожкова Н.И..,,к.т.н.,ст.н.сотр. Прокопенко С.П.к.т.н.,ст.н.сотр. Прокопенко С.П.
ФГУ "Российский научный центр рентгенологии ФГУ "Российский научный центр рентгенологии Росмедтехнологий"Росмедтехнологий"
ИКИ РАНИКИ РАН 22
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.
АннотацияАннотация
33
В России раком молочной железы заболевает каждая десятая женщина
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
По представленным данным на совместном совещании министерства здравоохранения США, ЦРУ и НАСА, посвященного проблемам маммологии(http://www.womenshealth.gov/news/pr/1996.imaging.htm)
Проблема:Проблема:
44
Скрининговая Скрининговая маммографиямаммография
Коллиматор
МЖ
Кассета с пленкой или люминофоро
м
Исходное рентгеновское излучение
ФЭ КРКР
Кассета с пленкой или люминофоро
м
СтолСтол
55
Акты взаимодействия фотонов с МЖ
Доля фотонов, претерпевших фотопоглощение
dt
teP d
actteP 1
t
Cds
teP )1(
t
phdph
teP )1(
Доля рассеянных фотонов
Доля фотонов, прошедших МЖ без взаимодействия
Доля фотонов, претерпевших взаимодействие с МЖ
μt, μc, μph, - массовые коэффициенты полного поглощения, комптоновского рассеяния и фотопоглощения,
ρ - плотность участка молочной железы,
d - толщина участка молочной железы
66
Традиционные Традиционные маммограммымаммограммы
77
ЦитатыЦитатыМикрокальцинаты – предвестники рака
Раковые опухоли характеризуются повышенным эффективным атомным номеров – предвестники рака
Важнейшим эффектом в маммографии является фотоэффект
“…the cancers exhibit a higher effective atomic number than do the normal tissues…”
“…the tiny calcifications that can be the earliest Indicator of breast cancer …”
“…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. …”
“…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.,…
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,… …
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,… .
Barbara O’Connell
88
Zэф МЖ
99
Рентгенограммы на двух Рентгенограммы на двух энергияхэнергияхDual energy x-ray imaging system and method for radiography and mammography Document Type and Number:United States Patent 6683934
Publication Date:01/27/2004
Hp
H
Lp
L
Hp
H
Lp
L
N
N
N
N
N
N
N
NS
0
0
00 lnlnln
Human chest phantom(simulation)
1010
J.Lewin, P.Isaacs, F. J.Lewin, P.Isaacs, F. LarkeLarke
Dual-energy Dual-energy mammographymammography
Массовый коэффициент фотопоглощения
050
100150200
10 20
33.2 40 60 100
1111
Физическая основа Физическая основа рентгеновской рентгеновской
трансмиссионной трансмиссионной маммографиимаммографии
dEZekNN ),(0
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
1212
Пропорциональность атомного номера
α =μ 40keV - μ 20keV =kβ Z
Отношение и разность массовых коэффициентов полного поглощения
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Z
betta=Mu20/Mu40 alpha=Mu20-Mu40
Диапазонизменения ZДиапазон
изменения bettaДиапазонизменения alpha
β =μ 40keV / μ 20keV=kα Z
1313
1414
dHHd
dLLd
H
L
eNkN
eNkN
01
01
где NLd , NH
d ,- число зарегистрированных фотонов на двух энергиях (индекс L соответствует низкой энергии, H- высокой), NL
0 , NH
0 ,- 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.
Физическая основаФизическая основа оценки оценки эффективного атомного номераэффективного атомного номера
1515
Физическая основа оценки эффективного Физическая основа оценки эффективного атомного номера и плотностиатомного номера и плотности
Zk
N
Nk
N
Nk
Hp
HL
Lp
LL
H
L
0
0
ln
ln
ZkN
kN
N
kN
d Hp
H
Lp
LHL
)ln(ln
1 00
Zk ln{...}ln{...}
kZln{...}ln{...}
k
ln{...}ln{...}
ln{...}ln{...}
1616
1
2
40 40 kVkV 20 20 kVkV
Здоровая ткань
Рак
Традиционные маммограммыТрадиционные маммограммы
1717
ТМ
ρZ
Zρ
Распределения Распределения ZZ и плотности и плотности ( (рак)рак)
1818
ТМ
ρZ
Zρ
Распределения Распределения ZZ и плотности (рак) и плотности (рак)
1919
ТМ
ρZ
Zρ
Распределения Распределения ZZ и плотности (здоровая и плотности (здоровая ткань)ткань)
2020
Повышение контрастности визуализации Z
Возможные нелинейные преобразования
Исходное распределение Z
2121
Смещение отсутствует Смещение dx=0,5мм, dy=4 мм
Выявление микрокальцинатов на Выявление микрокальцинатов на основе смещенных снимковоснове смещенных снимков
Z Z
μL,Ca / μH,Ca
μL,T / μH,T
μL,T / μH,Ca
μL,Ca / μH,T
2222
ТрадиционнТрадиционная ая
маммограммаммограммамаРаспределениРаспределени
е е ZZЕЕнн=33 =33 keVkeV
Распределение Распределение ZZрр
ЕЕнн==2525 keVkeV
Изменение контрастности изображения Изменение контрастности изображения за счет снижения высокой энергии при за счет снижения высокой энергии при реконструкцииреконструкции
2323
Обдасть нормальной экспозиции
Цифровая рентгенография на люминофорах
(ЦЛР)
Пленка
Цифровой маммограф
Экспозиция (N)
Оптическая плотность
Зависимость оптической плотности от Зависимость оптической плотности от экспозицииэкспозиции
2424
Рентгеновская пленка Цифровой маммограф
OpDen_F
00.5
11.5
22.5
33.5
4
0 50 100 150 200
N
OpDen_D
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
0 50 100 150 200
N
Оценка Оценка NoNo
No
Nd
eee dEd eNN )(
0
Оптическая плотность
2525
Примеры изменения контрастности Примеры изменения контрастности визуализации визуализации ZZ
Z1
Z3Z2
Z
2626
Примеры изменения контрастности Примеры изменения контрастности визуализации визуализации ZZ
Z1Z
Z2 Z3
ИКИ РАНИКИ РАН 2727
5 мм
5 мм
ZZ--ММааммммооггррааммммыы
ТМ
Z2-1
Z1-1
Z3-1
0,1 мм
2828
Традиционная Визуализация Z Визуализация Zмаммограмма (повышенная
контрастность)
РеконструкцияРеконструкция распределенияраспределения ZZ
2929Dual-energy mammogram (J.LewinJ.Lewin ),2003 Визуализация Z
Сопоставление двух маммограммСопоставление двух маммограмм
3030
ВыводВывод
Визуализация распределение эффективного атомного номера представляется полезным средством в
арсенале методов диагностики онкологических заболеваний.
ИКИ РАНИКИ РАН 3131
Спасибо за внимание
ИКИ РАНИКИ РАН 3232
Интерфейс рабочей программыИнтерфейс рабочей программы
ИКИ РАНИКИ РАН 3333
Интерфейс рабочей программыИнтерфейс рабочей программы
ИКИ РАНИКИ РАН 3434
Это не микрокальцинаты
и не молочная железа
Звезды
ТуманностьГрудь женщины - космос (Козьма Прудков)
ИКИ РАНИКИ РАН 3535
Фиванская царица Алкмена тайно родилаот 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, отчего и образовался Млечный Путь.
Этим объясняется схожесть проблем маммологии и космологии
ИКИ РАНИКИ РАН 3636
Спасибо
ИКИ РАНИКИ РАН 3737
ПриложенияПриложения
3838
Зависимость коэффициентов от Zэф
Зависимость коэффициентов от атомного номера. Е=25 кэВ
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Атомный номер Z
μC
μp
μt
μC/μt
Область вариации Z в МЖ
3939
Фантом МЖФантом МЖ
4040MK – 1%
MK – 5%
Холестерин
MK – 5%
MK – 1%
Холестерин
3Д-3Д-представлениепредставление
No=30 000
22Д-Д-представлениепредставление
Маммограммы на рассеянном и Маммограммы на рассеянном и трансмиссионном излученияхтрансмиссионном излучениях
((моделирование)моделирование)