PACS和專用工作站對數(shù)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(shù)字乳腺斷層合成攝影(digital breast tomosynthesis,DBT)局部多個(gè)連續(xù)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(tǒng)的2D乳腺X線攝影相比,DBT在腫塊檢測、結(jié)構(gòu)扭曲和不對稱方面提供優(yōu)勢[2-3].已經(jīng)證明DBT在增加乳腺癌檢測和降低召回率方面具有優(yōu)勢[4-5].但DBT有一些局限性,如較長的圖像解釋時(shí)間以及對大容量存儲(chǔ)的需求.此外,其需要專用工作站來分析DBT圖像[6].醫(yī)學(xué)影像歸檔和通信系統(tǒng)(PACS)能夠使用DICOM標(biāo)準(zhǔn)格式存儲(chǔ)DBT數(shù)據(jù),從而使得放射科醫(yī)師能夠使用PACS來評估DBT圖像的可能.通過使用PACS進(jìn)行DBT閱片,可更輕松地存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)及訪問病例.若使用PACS讀取DBT不會(huì)影響診斷的準(zhǔn)確性和效率,DBT的可及性和放射科醫(yī)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(zhǔn)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(xù)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(chǔ)且可用于讀取的DBT圖像).在120例女性中,排除有手術(shù)病史和術(shù)后手術(shù)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(shù)切除后組織病理學(xué)證實(shí),所有在2年后進(jìn)行數(shù)字乳腺X線攝影隨訪的患者均未發(fā)現(xiàn)乳腺惡性腫瘤的患者被認(rèn)為是陰性或良性發(fā)現(xiàn).本研究為回顧性研究,得到本院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn),并且豁免了知情同意權(quán).

1.2 圖像采集 所有DBT和數(shù)字乳腺X線攝影均由一位專業(yè)技術(shù)人員使用Selenia Dimensions系統(tǒng)(Hologic,Bedford,MA)進(jìn)行,該設(shè)備使用定制設(shè)計(jì)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(chǎn)生最佳X射線光譜(20~49kVP),DBT和數(shù)字乳腺X線攝影成像模式中的不同濾光器使用自動(dòng)曝光控制.在每側(cè)乳房中獲得DBT和數(shù)字乳腺X線攝影圖像,包括頭尾位和內(nèi)外側(cè)斜位.當(dāng)壓縮乳房時(shí),X射線球管旋轉(zhuǎn)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(chuàng)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(chǔ)所有DBT圖像,并在PACS中使用DICOM數(shù)字乳腺斷層合成攝影對象格式.

1.3 圖像準(zhǔn)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(gè)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(jiān)視器亮度按照供應(yīng)商的建議進(jìn)行校準(zhǔn).兩個(gè)相同的顯示器并排放置在標(biāo)準(zhǔn)閱片室的同一桌子上.在每個(gè)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(nèi)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(xué)文件進(jìn)行訓(xùn)練.正式實(shí)驗(yàn)開始后,研究者使用專用工作站獨(dú)立閱讀97例DBT圖像,間隔2個(gè)月后使用PACS閱片.每次圖像分析時(shí),圖像隨機(jī)化并以交替順序呈現(xiàn),所有圖像都是匿名的,評定者無法獲得患者任何其他相關(guān)圖像,對患者的組織學(xué)診斷以及任何臨床或?qū)嶒?yàn)室信息不知情.要求每位觀察者使用帶有圖形界面的標(biāo)準(zhǔn)化記錄紙記錄所有病變的數(shù)量和位置,參照第5版乳腺影像報(bào)告及數(shù)據(jù)系統(tǒng)(BI-RADS)對腫塊型病變進(jìn)行評估,進(jìn)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?；驉盒?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(gè)案例的閱片時(shí)間.最后做圖像質(zhì)量評估,如果PACS的圖像質(zhì)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(zhì)量與專用工作站相比較差,但不影響診斷,則評估為"低質(zhì)量但具有診斷性";如果PACS和專用工作站之間的圖像質(zhì)量沒有差異,評估為"相等".

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 19.0和MedCalc 12.7統(tǒng)計(jì)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(xué)結(jié)果和隨訪數(shù)據(jù)進(jìn)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(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

2 結(jié)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(shí)間比較 不同觀察者在工作站和PACS上解釋DBT圖像的時(shí)間見表3.在PACS(1.67min/例)上解釋DBT圖像的平均時(shí)間長于在工作站上的時(shí)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(shí)間(±s)

表3 不同觀察者圖像觀察時(shí)間(±s)

PACS 工作站總共用時(shí)(min) 每例用時(shí)(min) 總共用時(shí)(min) 每例用時(shí)(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(jì) 180.7 1.67±0.46 140.8 1.30±0.28

2.4 圖像質(zhì)量評價(jià) PACS上顯示的大多數(shù)DBT圖像質(zhì)量被評估為相等(83.3%)或低于工作站上顯示的圖像質(zhì)量但具有診斷性(16.4%)(見表3).只有一個(gè)病例認(rèn)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(qū)域分布的點(diǎn)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(xì)、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(xì)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(guān).該病例的參考標(biāo)準(zhǔn)是彌漫性、點(diǎn)狀鈣化,最終評估為BI-RADS 3類,在2年的影像學(xué)隨訪后沒有乳腺惡性腫瘤的證據(jù).根據(jù)觀察者3,PACS上顯示的該病例的圖像質(zhì)量是不可診斷性,需要在工作站上重新進(jìn)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(shè)即使PACS上顯示的DBT的圖像質(zhì)量主觀上比工作站上顯示的更差,也不會(huì)影響診斷性能.

圖1 45歲,女性患有浸潤性導(dǎo)管癌DBT圖像[在極其致密的乳腺組織左上部區(qū)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(rèn)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(zhì)量評定結(jié)果[n(%)]

2.5 觀察者間一致性結(jié)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(yīng)商的圖像可以順利地在另一個(gè)平臺上查看.以適當(dāng)?shù)乃俣群退⑿侣侍幚碓黾拥膱D像量并執(zhí)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(fā)的技術(shù),標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)大,尤其是具有兼容性PACS,圖像顯示合理的時(shí)間長度,并且能以可接受的步驟執(zhí)行圖像的操作和注釋.

本研究中,假設(shè)使用PACS系統(tǒng)解釋DBT圖像將產(chǎn)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(shù)據(jù)不知情的情況下使用專用工作站和PACS以2個(gè)月間隔讀取DBT圖像兩次.總體而言,診斷性能和靈敏度相當(dāng),但PACS系統(tǒng)的特異性較低.本研究結(jié)果表明,在大多數(shù)臨床病例中,PACS可用于解釋臨床實(shí)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(jìn)行分析時(shí),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(zhǔn)確.因此,使用工作站進(jìn)行表征病變的最終評估可能比PACS更準(zhǔn)確.本研究中僅有一名觀察者在使用PACS評估DBT圖像時(shí)需要使用工作站重新分析一個(gè)病例,并且使用PACS檢測乳腺癌的靈敏度與工作站相當(dāng),因此,建議首先使用PACS解釋DBT圖像,以后使用專用工作站進(jìn)行更好的表征.

使用PACS解釋DBT圖像的閱片時(shí)間長于使用專用工作站.以前的一項(xiàng)研究表明,使用專用于單一成像模式的工作站使放射科醫(yī)生每天浪費(fèi)28min.此外,工作站中可用的工具和選項(xiàng)的多樣性可能使放射科醫(yī)師浪費(fèi)更多時(shí)間,每天多達(dá)18min.因此,使用專用工作站時(shí),可能需要更長的時(shí)間來解釋圖像.然而,本研究中僅比較閱片時(shí)間,發(fā)現(xiàn)使用PACS以堆棧模式上傳和操作DBT圖像耗時(shí)更多,結(jié)果與之前的研究不一致.可能使用更高級的軟件技術(shù)可以解決整體閱片時(shí)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(shù)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(guān)于特定人群的診斷性能或解釋時(shí)間的不同數(shù)據(jù).有必要開展更大規(guī)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(tǒng),結(jié)果不能外推至DBT和PACS機(jī)器的所有其他供應(yīng)商設(shè)備.