PACS和專用工作站對數字乳腺斷層合成攝影圖像解釋的對比研究

朱人杰 葉春明* 范璐敏 王書卜 沈玲麗 周程輝

數字乳腺斷層合成攝影(digital breast tomosynthesis,DBT)局部多個連續視圖的三維重建能克服腺體組織對重疊病變的影響[1].與傳統的2D乳腺X線攝影相比,DBT在腫塊檢測、結構扭曲和不對稱方面提供優勢[2-3].已經證明DBT在增加乳腺癌檢測和降低召回率方面具有優勢[4-5].但DBT有一些局限性,如較長的圖像解釋時間以及對大容量存儲的需求.此外,其需要專用工作站來分析DBT圖像[6].醫學影像歸檔和通信系統(PACS)能夠使用DICOM標準格式存儲DBT數據,從而使得放射科醫師能夠使用PACS來評估DBT圖像的可能.通過使用PACS進行DBT閱片,可更輕松地存儲圖像數據及訪問病例.若使用PACS讀取DBT不會影響診斷的準確性和效率,DBT的可及性和放射科醫師的便利性將得到改善.因此,本研究擬比較使用PACS和專用工作站解釋DBT圖像的診斷準確性和效率的差異.

1 資料與方法

1.1 一般資料 2015年12月至2016年5月期間,連續選擇接受DBT篩查和診斷目的女性病例(包括在專用工作站和PACS上存儲且可用于讀取的DBT圖像).在120例女性中,排除有手術病史和術后手術瘢痕的12例女性.共納入108例接受DBT診斷(n=55)和篩查目的(n=53)的女性(年齡23~78歲,中位年齡50歲).所有惡性和良性腫瘤通過穿刺活檢或手術切除后組織病理學證實,所有在2年后進行數字乳腺X線攝影隨訪的患者均未發現乳腺惡性腫瘤的患者被認為是陰性或良性發現.本研究為回顧性研究,得到本院倫理委員會的批準,并且豁免了知情同意權.

1.2 圖像采集 所有DBT和數字乳腺X線攝影均由一位專業技術人員使用Selenia Dimensions系統(Hologic,Bedford,MA)進行,該設備使用定制設計的高功率鎢陽極X射線管和銠、銀、鋁X射線濾波器.基于乳房的厚度/組成產生最佳X射線光譜(20~49kVP),DBT和數字乳腺X線攝影成像模式中的不同濾光器使用自動曝光控制.在每側乳房中獲得DBT和數字乳腺X線攝影圖像,包括頭尾位和內外側斜位.當壓縮乳房時,X射線球管旋轉15°,采取一系列超低劑量的乳房X線攝影.DBT圖像層厚1mm,重建投影以創建乳房的三維圖像集.使用DICOM二次捕獲對象格式在專用工作站中存儲所有DBT圖像,并在PACS中使用DICOM數字乳腺斷層合成攝影對象格式.

1.3 圖像準備和顯示 使用PACS觀察器(INFINITT PACS;Infinitt Healthcare,Seoul,South Korea) 和專用工作站(SecurView工作站;Hologic,Bedford,MA,USA)和兩個21英寸黑白顯示器(ME 551i2;Totoku,Tokyo,Japan)評估DBT圖像.顯示器的矩陣為2048X2560,最大亮度為750cd/m2,監視器亮度按照供應商的建議進行校準.兩個相同的顯示器并排放置在標準閱片室的同一桌子上.在每個顯示器中使用1X1布局顯示圖像,并以堆疊或電影模式查看.在同一房間內使用PACS和專用工作站讀取DBT.

1.4 圖像分析 三名研究者首先接受100例DBT的教學文件進行訓練.正式實驗開始后,研究者使用專用工作站獨立閱讀97例DBT圖像,間隔2個月后使用PACS閱片.每次圖像分析時,圖像隨機化并以交替順序呈現,所有圖像都是匿名的,評定者無法獲得患者任何其他相關圖像,對患者的組織學診斷以及任何臨床或實驗室信息不知情.要求每位觀察者使用帶有圖形界面的標準化記錄紙記錄所有病變的數量和位置,參照第5版乳腺影像報告及數據系統(BI-RADS)對腫塊型病變進行評估,進行BI-RADS分類和乳腺致密度分類,分類為BI-RADS 1,2或3的病例,歸為正常或良性,BI-RADS 4或5的病例歸為異常或惡性.BI-RADS分類c、d歸為致密型乳腺,a、b歸為非致密型乳腺[2,7].分別記錄使用專用工作站或PACS的每個案例的閱片時間.最后做圖像質量評估,如果PACS的圖像質量不足以做出診斷,將該病例評估為"不能診斷";如果PACS上的圖像質量與專用工作站相比較差,但不影響診斷,則評估為"低質量但具有診斷性";如果PACS和專用工作站之間的圖像質量沒有差異,評估為"相等".

1.5 統計學分析 采用SPSS 19.0和MedCalc 12.7統計軟件包.采用受試者操作特征曲線評估不同觀察者在PACS和專用工作站檢測病變的診斷靈敏度和特異性,并與組織病理學結果和隨訪數據進行比較.觀察者間一致性評估采用Kappa分析,一致性差(κ<0.20),一 般(κ=0.21-0.40), 中 度(κ=0.41-0.60), 良好(κ=0.61-0.80)和非常好(κ=0.81-1.0).雙尾P<0.05則認為差異具有統計學意義.

2 結果

2.1 患者臨床及病理特征 108例患者中,23例為惡性腫瘤,30例為良性腫瘤,55例為陰性.見表1.

表1 108例患者的臨床及病理特征

2.2 不同觀察者使用PACS和工作站對惡性腫瘤ROC分析比較 見表2.典型病例見圖1.

2.3 閱片時間比較 不同觀察者在工作站和PACS上解釋DBT圖像的時間見表3.在PACS(1.67min/例)上解釋DBT圖像的平均時間長于在工作站上的時間(1.30min/例)(P=0.009).

表2 使用PACS和專用工作站分析惡性腫瘤的靈敏度和特異性、ROC曲線下面積比較

表3 不同觀察者圖像觀察時間(±s)

表3 不同觀察者圖像觀察時間(±s)

PACS 工作站總共用時(min) 每例用時(min) 總共用時(min) 每例用時(min)觀察者1 152.3 1.41±0.30 132.8 1.23±0.33觀察者2 189.0 1.75±0.45 143.6 1.33±0.23觀察者3 200.9 1.86±0.52 145.8 1.35±0.29合計 180.7 1.67±0.46 140.8 1.30±0.28

2.4 圖像質量評價 PACS上顯示的大多數DBT圖像質量被評估為相等(83.3%)或低于工作站上顯示的圖像質量但具有診斷性(16.4%)(見表3).只有一個病例認為需要使用工作站重新分析(觀察者4),使用PACS,該病例被解釋為區域分布的點狀鈣化,最終評估為BI-RADS 3(圖2A).使用工作站,該病例被解釋為精細、多形性微鈣化,最終評估為BI-RADS 4A(圖2B).另外兩位觀察者將該病例解釋為無定形或精細多形微鈣化,最終評估為BI-RADS 4B或4C,與顯示方法(PACS或工作站)無關.該病例的參考標準是彌漫性、點狀鈣化,最終評估為BI-RADS 3類,在2年的影像學隨訪后沒有乳腺惡性腫瘤的證據.根據觀察者3,PACS上顯示的該病例的圖像質量是不可診斷性,需要在工作站上重新進行閱片.但是,觀察者使用PACS的閱片解釋是正確的,但使用工作站反而不正確.因此,假設即使PACS上顯示的DBT的圖像質量主觀上比工作站上顯示的更差,也不會影響診斷性能.

圖1 45歲,女性患有浸潤性導管癌DBT圖像[在極其致密的乳腺組織左上部區域顯示出輕微的不對稱性(箭頭),觀察者1在PACS(1A)上將此判為陰性,但在工作站(1B)上判為陽性]

圖2 44歲,女性左乳房微鈣化DBT圖像[觀察者3認為有必要使用工作站重新分析,在工作站(2A)比在PACS(2B)上更清晰地看到微鈣化]

表4 不同觀察者圖像質量評定結果[n(%)]

2.5 觀察者間一致性結果 使用PACS,觀察者1和2之間的κ=0.595(P<0.001),觀察者1和3之間的κ=0.553(P<0.001),觀察者2和3之間的κ=0.611(P<0.001),具有中等一致性.而使用工作站的具有良好一致性:觀察者1和2(κ=0.768,P<0.001),觀察者1和3(κ=0.695,P<0.001),觀察者2和3(κ=0.799,P<0.001).

3 討論

為了充分利用DBT圖像,通常需要專有的圖像顯示器,使用供應商的圖像可以順利地在另一個平臺上查看.以適當的速度和刷新率處理增加的圖像量并執行專門的后處理(例如合成的2D視圖和平板視圖)也很重要.使用最近開發的技術,標準DICOM格式的重建部分圖像推送到PACS并以堆疊或電影模式觀看,類似于其他容積或堆疊圖像序列[5-6].對于普通用戶,PACS的功能足夠強大,尤其是具有兼容性PACS,圖像顯示合理的時間長度,并且能以可接受的步驟執行圖像的操作和注釋.

本研究中,假設使用PACS系統解釋DBT圖像將產生與使用專用工作站獲得的相似診斷性能.從篩查和診斷人群中選擇正常和異常病例,三名觀察者對患者資料數據不知情的情況下使用專用工作站和PACS以2個月間隔讀取DBT圖像兩次.總體而言,診斷性能和靈敏度相當,但PACS系統的特異性較低.本研究結果表明,在大多數臨床病例中,PACS可用于解釋臨床實踐中的DBT圖像,而不是僅專用工作站.然而,在專用工作站上進行分析時,特異性高于PACS.這可能是由于在工作站上對腫塊的形狀或邊界的評估比在PACS上更準確.因此,使用工作站進行表征病變的最終評估可能比PACS更準確.本研究中僅有一名觀察者在使用PACS評估DBT圖像時需要使用工作站重新分析一個病例,并且使用PACS檢測乳腺癌的靈敏度與工作站相當,因此,建議首先使用PACS解釋DBT圖像,以后使用專用工作站進行更好的表征.

使用PACS解釋DBT圖像的閱片時間長于使用專用工作站.以前的一項研究表明,使用專用于單一成像模式的工作站使放射科醫生每天浪費28min.此外,工作站中可用的工具和選項的多樣性可能使放射科醫師浪費更多時間,每天多達18min.因此,使用專用工作站時,可能需要更長的時間來解釋圖像.然而,本研究中僅比較閱片時間,發現使用PACS以堆棧模式上傳和操作DBT圖像耗時更多,結果與之前的研究不一致.可能使用更高級的軟件技術可以解決整體閱片時間更長的問題.

本研究的局限性:首先,采用回顧性研究,且入選病例數仍然偏少.其次,由于研究樣本包括來自篩查和診斷人群的患者,無法提供關于特定人群的診斷性能或解釋時間的不同數據.有必要開展更大規模的研究,以滿足篩查或診斷人群的需求.第三,僅評估了單一類型的DBT和PACS系統,結果不能外推至DBT和PACS機器的所有其他供應商設備.