乳房切除術の手術標本からのボクセル化された乳房ファントムの生成

Generation of voxelized breast phantoms from surgical mastectomy specimens.

• J Michael O'Connor
• Mini Das
• Clay S Dider
• Mufeed Mahd
• Stephen J Glick

抄録

目的:

専用の断層撮影乳房イメージングシステムの研究開発において、デジタルファントムとしても知られるデジタル乳房オブジェクトモデルは有用なツールである。様々なデジタル乳房ファントムが存在しますが、本研究の目的は、3次元（3D）乳房イメージングモダリティのシミュレーションに適した現実的な高解像度モデルを開発することでした。第一の目標は、現実的な乳房組織構造とシミュレーションを生成することができるモデルを設計することでした。

PURPOSE: In the research and development of dedicated tomographic breast imaging systems, digital breast object models, also known as digital phantoms, are useful tools. While various digital breast phantoms do exist, the purpose of this study was to develop a realistic high-resolution model suitable for simulating three-dimensional (3D) breast imaging modalities. The primary goal was to design a model capable of producing simulations with realistic breast tissue structure.

方法:

デジタル乳房ファントムのアンサンブルを生成するための方法論は、ベンチトップのコーンビームコンピュータ断層撮影システムを使用したイメージング外科的乳房切除標本に基づいていました。このアプローチにより、各角度位置での乳房切除標本の低ノイズ、高解像度の投影ビューを得ることができた。これらの投影セットの再構成は、ファントムを生成するために乳房組織タイプにセグメンテーションする前に、補正技術と拡散フィルタリングを使用して処理された。

METHODS: The methodology for generating an ensemble of digital breast phantoms was based on imaging surgical mastectomy specimens using a benchtop, cone-beam computed tomography system. This approach allowed low-noise, high-resolution projection views of the mastectomy specimens at each angular position. Reconstructions of these projection sets were processed using correction techniques and diffusion filtering prior to segmentation into breast tissue types in order to generate phantoms.

結果:

8個の圧縮デジタルファントムと20個の非圧縮デジタルファントムから、0.2mm(3)のボクセル寸法を持つ96個の擬似圧縮デジタルファントムを追加で生成した。乳房ファントムの形成には、2つの異なる組織分類モデルを使用した。二値モデルは、各組織ボクセルを脂肪または線維性腺のいずれかとして分類した。多値尺度モデルは、各組織ボクセルを脂肪組織の割合（範囲１％～９９％）として分類しました。パワースペクトル分析は、乳房ファントムを使用してシミュレーションされた再構成を元の乳房標本の再構成と比較するために実行され、フィットは類似していることが観察された。

RESULTS: Eight compressed digital phantoms and 20 uncompressed phantoms from which an additional 96 pseudocompressed digital phantoms with voxel dimensions of 0.2 mm(3) were generated. Two distinct tissue classification models were used in forming breast phantoms. The binary model classified each tissue voxel as either adipose or fibroglandular. A multivalue scaled model classified each tissue voxel as percentage of adipose tissue (range 1%-99%). Power spectral analysis was performed to compare simulated reconstructions using the breast phantoms to the original breast specimen reconstruction, and fits were observed to be similar.

結論:

本明細書で開発されたデジタル乳房ファントムは、断層撮影乳房画像モダリティの評価および最適化における使用に適した３次元非圧縮乳房および圧縮乳房の高解像度擬人化モデルを提供する。著者らは、他の研究グループがこのファントムの有用性を見つけるかもしれないと信じており、したがって、彼らはより広範な使用のためにそれらを利用できるようにすることを提供しています。

CONCLUSIONS: The digital breast phantoms developed herein provide a high-resolution anthropomorphic model of the 3D uncompressed and compressed breast that are suitable for use in evaluating and optimizing tomographic breast imaging modalities. The authors believe that other research groups might find the phantoms useful, and therefore they offer to make them available for wider use.