최근 유방암은 암에 의한 국내 여성 환자의 사망률 중 2위를 차지하고 있고, 조기진단을 통해 생존확률이 높아 질 수 있다. 디지털 유방촬영기기(digital mammography, DM)가 유방암에 의한 조기 진단에 중요한 수단으로 사용되고 있지만 정상 조직과 병변 조직의 겹침에 의한 병변 검출률의 한계가 있다. 3차원 디지털 유방단층영상합성기기(digital breast tomosynthesis, DBT)는 기존 디지털 유방촬영기기의 겹침에 따른 검출률 저하의 한계를 극복하고자 개발되었다. 본 연구는 다양한 두께의 유방팬텀을 이용하여 DM과 DBT의 영상을 비교하였다. 이를 위해 동일한 실험 환경과 선량에서 유방 팬텀의 영상을 얻은 후, 정량적 평가와 시각적 평가를 통하여 대조도와 병변 크기 측정 정확성 분석을 시행하였다. 결과적으로, 유방팬텀의 두께가 두꺼울수록 DM에 비해 DBT가 병변을 검출하는데 있어 우수하다는 사실을 확인 할 수 있었다. 또한 DBT를 이용해 촬영하는 과정에서 압박에 따른 환자의 고통을 줄일 수 있다. 이러한 결과는 향후 임상에서 DBT의 보편화에 기여할 것으로 기대된다.
최근 유방암은 암에 의한 국내 여성 환자의 사망률 중 2위를 차지하고 있고, 조기진단을 통해 생존확률이 높아 질 수 있다. 디지털 유방촬영기기(digital mammography, DM)가 유방암에 의한 조기 진단에 중요한 수단으로 사용되고 있지만 정상 조직과 병변 조직의 겹침에 의한 병변 검출률의 한계가 있다. 3차원 디지털 유방단층영상합성기기(digital breast tomosynthesis, DBT)는 기존 디지털 유방촬영기기의 겹침에 따른 검출률 저하의 한계를 극복하고자 개발되었다. 본 연구는 다양한 두께의 유방팬텀을 이용하여 DM과 DBT의 영상을 비교하였다. 이를 위해 동일한 실험 환경과 선량에서 유방 팬텀의 영상을 얻은 후, 정량적 평가와 시각적 평가를 통하여 대조도와 병변 크기 측정 정확성 분석을 시행하였다. 결과적으로, 유방팬텀의 두께가 두꺼울수록 DM에 비해 DBT가 병변을 검출하는데 있어 우수하다는 사실을 확인 할 수 있었다. 또한 DBT를 이용해 촬영하는 과정에서 압박에 따른 환자의 고통을 줄일 수 있다. 이러한 결과는 향후 임상에서 DBT의 보편화에 기여할 것으로 기대된다.
Breast cancer is the second leading cause of women cancer death in Korea. The key for reducing disease mortality is early detection. Although digital mammography (DM) has been credited as one of the major reasons for the early detection to decrease in breast cancer mortality observed in the last 20 ...
Breast cancer is the second leading cause of women cancer death in Korea. The key for reducing disease mortality is early detection. Although digital mammography (DM) has been credited as one of the major reasons for the early detection to decrease in breast cancer mortality observed in the last 20 years, DM is far from perfect for several limitations. Digital breast tomosynthesis (DBT) is expected to overcome some inherent limitations of conventional mammography caused by overlapping of normal tissue and pathological tissue during the standard 2D projections for the improved lesion margin visibility and early breast cancer detection. In this study, we compared a DM system and DBT system acquired with different thickness of breast phantom. We acquired breast phantom data with same average glandular dose (AGD) from 1 mGy to 4 mGy under same experimental condition. The contrast, micro-calcification measurement accuracy and observer study were conducted with breast phantom images. As a result, the higher accuracy of lesion detection with DBT system compared to DM system was demonstrated in this study. Furthermore, the pain of patients caused by severe compression can be reduced with DBT system. In conclusion, the results indicated that DBT system play an important role in breast cancer detection.
Breast cancer is the second leading cause of women cancer death in Korea. The key for reducing disease mortality is early detection. Although digital mammography (DM) has been credited as one of the major reasons for the early detection to decrease in breast cancer mortality observed in the last 20 years, DM is far from perfect for several limitations. Digital breast tomosynthesis (DBT) is expected to overcome some inherent limitations of conventional mammography caused by overlapping of normal tissue and pathological tissue during the standard 2D projections for the improved lesion margin visibility and early breast cancer detection. In this study, we compared a DM system and DBT system acquired with different thickness of breast phantom. We acquired breast phantom data with same average glandular dose (AGD) from 1 mGy to 4 mGy under same experimental condition. The contrast, micro-calcification measurement accuracy and observer study were conducted with breast phantom images. As a result, the higher accuracy of lesion detection with DBT system compared to DM system was demonstrated in this study. Furthermore, the pain of patients caused by severe compression can be reduced with DBT system. In conclusion, the results indicated that DBT system play an important role in breast cancer detection.
두 장비 모두 양극표적은 텅스텐(Tugsten, W), 필터는 로듐(Rhodium, Rh)으로 조합된 X-선 튜브를 사용하였으며 촬영 시 30 kVp의 동일한 관전압을 설정하였다. Fig.
이를 위해 우선 012A 모델 팬텀을 촬영한 영상에서 가장 큰 미세석회 그룹 중 하나에 40 픽셀의 길이로 ROI를 지정하여 나온 선 프로화일(line profile)의 신호값을 정규화하여 두 장비를 비교 가능하도록 하였다. 또한 픽셀의 수와 크기를 곱하여 각각 실제 병변 크기와 비교할 수 있도록 선확산함수(Line Spread Function: LSF)으로 나타내었으며 BR3D 팬텀 영상에 있는 병변도 이와 같은 방법으로 LSF를 다음과 같이 나타내었다(Fig. 5, 6).
실험은 1∼4 mGy에서 유방팬텀의 두께를 변화시키며 획득한 영상의 미세석회의 폭을 비교하였다.
유방팬텀의 실제 병변 크기와 영상에서 나타난 병변 크기의 일치 정도를 확인함으로써 두 장비가 병변 검출 정확도를 비교하였다. 이를 위해 우선 012A 모델 팬텀을 촬영한 영상에서 가장 큰 미세석회 그룹 중 하나에 40 픽셀의 길이로 ROI를 지정하여 나온 선 프로화일(line profile)의 신호값을 정규화하여 두 장비를 비교 가능하도록 하였다.
1b). 이렇게 얻어진 영상은 분리가능 써로게이트(SPS: separable paraboidal surrogates)에 기반을 둔 최대우도 기댓값 최대화(ML-EM: maximum-likelihood expectation-maximization) 알고리즘을 사용하여 영상을 재구성하였다.
유방팬텀의 실제 병변 크기와 영상에서 나타난 병변 크기의 일치 정도를 확인함으로써 두 장비가 병변 검출 정확도를 비교하였다. 이를 위해 우선 012A 모델 팬텀을 촬영한 영상에서 가장 큰 미세석회 그룹 중 하나에 40 픽셀의 길이로 ROI를 지정하여 나온 선 프로화일(line profile)의 신호값을 정규화하여 두 장비를 비교 가능하도록 하였다. 또한 픽셀의 수와 크기를 곱하여 각각 실제 병변 크기와 비교할 수 있도록 선확산함수(Line Spread Function: LSF)으로 나타내었으며 BR3D 팬텀 영상에 있는 병변도 이와 같은 방법으로 LSF를 다음과 같이 나타내었다(Fig.
영상 판독은 암실의료용 판독용 모니터(Mono CCL 202, Mono ME 551i2, TOTOKU, Japan)의 영상을 이용하였고, 판독실의 조도 조건으로 맞추기 위해 주변의 밝기를 낮추고 모니터의 밝기를 높혔다. 평가는 총 15명의 방사선사 면허증 소지자와 평가의 객관성을 높이기 위해 경력 7년 이상인 방사선사 6명이 각각 5회씩 무작위 검사를 실시하였다. 영상의 확대도는 33.
3%였으며 명암(contrast)과 휘도(brightness)는 미세석회가 가장 잘 보이도록 고정하였다. 평가자와 모니터 간의 거리는 약 50 cm 정도로 전등을 밝힌 상태에서 평가가 이루어졌고, 관찰자가 미세석회와 종괴가 보이는 그룹까지를 표에 작성하도록 하였다. 작성된 표를 이용하여 보이지 않을 때의 시각화 정도를 1, 윤곽이 명확하지 않을 때를 2, 그리고 모의병소가 뚜렷하게 보일 때를 3으로 하여 시각화 정도를 점수로 환산한 후 그래프로 나타내었다(Fig.
대상 데이터
3차원 디지털 유방단층영상합성기기는 CsI phosphor/CMOS 평판형 검출기(2923MAM, Dexela Ltd., UK)를 사용하여 단계별 조사모드(step and shoot mode)를 통해 ±21° 범위에서 약 3°씩 회전하며 총 15장의 투사영상을 얻는다(Fig. 1b).
본 연구에서는 디지털 유방촬영기기(Brestige, MEDI-FUTURE, Korea)와 3차원 디지털 유방단층영상합성기기(Digital breast tomosynthesis, Korea Electrotechnology Research Institute, Korea)를 사용하였다(Fig. 1).
주관적 평가를 위해 유방팬텀의 두께를 2∼5 cm로 변화시켜가며 1∼4 mGy의 선량을 조사하여 촬영한 BR3D 팬텀영상이 사용되었다. 영상 판독은 암실의료용 판독용 모니터(Mono CCL 202, Mono ME 551i2, TOTOKU, Japan)의 영상을 이용하였고, 판독실의 조도 조건으로 맞추기 위해 주변의 밝기를 낮추고 모니터의 밝기를 높혔다. 평가는 총 15명의 방사선사 면허증 소지자와 평가의 객관성을 높이기 위해 경력 7년 이상인 방사선사 6명이 각각 5회씩 무작위 검사를 실시하였다.
영상의 주관적 평가를 위해 사용된 유방팬텀은 BR3D 팬텀 CIRS 020으로 Fig. 2b와 같다. BR3D 팬텀은 총 6장의 반원형 평판으로 구성되어 있고 DBT 또는 유방 CT에서 사용할 수 있는 3D 유방 팬텀이다.
주관적 평가를 위해 유방팬텀의 두께를 2∼5 cm로 변화시켜가며 1∼4 mGy의 선량을 조사하여 촬영한 BR3D 팬텀영상이 사용되었다.
평가에 이용할 영상을 얻고자 유형이 다른 두 가지 유방팬텀을 사용하였다. 균일한 조직의 유방팬텀 중 하나인 CIRS Mammography 연구 세트(Model 012A, CIRS, USA)와 불균일한 조직의 유방팬텀 중 하나인 BR3D 팬텀 CIRS 020(Model 020 BR3D Mammography phantom, CIRS, USA)을 이용하여 이번 연구를 진행하였다(Fig.
성능/효과
4 kg)이 되도록 권하고 있는데 치밀 조직으로 이루어져 있는 한국여성의 유방 특성상 환자의 고통이 수반되며 치밀조직으로 인한 의사들의 재검사요청 횟수 또한 빈번하다.2) 반면에 X-선관이 회전을 하여 여러 각도에서 영상을 획득하는 3차원 디지털 유방단층영상합성기기(Digital Breast Tomosynthesis, DBT)는 computed tomography(CT)보다는 화질이 떨어지나 낮은 선량으로 비교적 간단하게 영상을 재구성할 수 있다.3) 재구성된 단면 영상을 통해 병변의 깊이 정보를 파악할 수 있고4) 움직임에 의한 흐림을 방지할 수 있을 정도로만 유방을 고정시키면 되기 때문에 과도한 압박이 없어 환자의 통증을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
Fig. 3와 Table 2를 통해 미세석회에서 평균유선선량이 높아짐에 따라 대조도가 증가하는 경향을 볼 수 있으며, 유방팬텀의 두께가 얇아질수록 DM과 DBT의 대조도 차가 증가함을 알 수 있다. 또한 DBT의 대조도가 DM보다 높은 경향을 보이지만 2 cm의 유방팬텀을 DBT로 촬영한 경우에는 contrast가 증가하다가 급격히 감소하는 현상이 나타난다.
8을 통해 대체적으로 DBT가 DM보다 종괴의 시각화 정도 또한 높은 것을 알 수 있다. 그 차이는 두께가 두꺼운 경우 두께가 얇을 때에 비해 더 크며, 미세석회보다 DM과 DBT의 차이가 더 크게 나타났다. 미세석회와 마찬가지로, 유방팬텀의 두께가 얇은 경우에는 DM이 DBT보다 시각화 정도가 높은 경우도 있다는 것을 확인하였다.
7을 통해 DBT가 DM보다 미세석회의 시각화 정도가 높은 것을 알 수 있다. 그 차이는 두께가 두꺼운 경우가 얇은 경우에 비해 더 크며 두께가 얇은 경우에는 DM이 DBT보다 시각화 정도가 높을 수도 있음을 확인하였다.
본 연구에서는 동일한 유방팬텀으로 얻은 두께별, 선량별 영상에서의 미세석회와 종괴의 대조도를 구하여 두 장비를 비교한 결과, DM보다는 DBT에서 더 높은 대조도 값이 나온다는 것을 확인하였다. 또한 이와 같은 방법으로 미세석회의 LSF를 측정하여 얻은 폭을 비교하였을 때, DBT에서의 폭이 실제 미세석회의 크기에 더 가까워 병변 크기 측정 정확도가 더 높다는 것을 확인하였다. 마지막으로 주관적 평가를 통하여 깊이 정보 파악이 가능한 DBT 영상에서 병변 검출이 보다 용이함을 알 수 있었다.
또한 이와 같은 방법으로 미세석회의 LSF를 측정하여 얻은 폭을 비교하였을 때, DBT에서의 폭이 실제 미세석회의 크기에 더 가까워 병변 크기 측정 정확도가 더 높다는 것을 확인하였다. 마지막으로 주관적 평가를 통하여 깊이 정보 파악이 가능한 DBT 영상에서 병변 검출이 보다 용이함을 알 수 있었다.
그 차이는 두께가 두꺼운 경우 두께가 얇을 때에 비해 더 크며, 미세석회보다 DM과 DBT의 차이가 더 크게 나타났다. 미세석회와 마찬가지로, 유방팬텀의 두께가 얇은 경우에는 DM이 DBT보다 시각화 정도가 높은 경우도 있다는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 동일한 유방팬텀으로 얻은 두께별, 선량별 영상에서의 미세석회와 종괴의 대조도를 구하여 두 장비를 비교한 결과, DM보다는 DBT에서 더 높은 대조도 값이 나온다는 것을 확인하였다. 또한 이와 같은 방법으로 미세석회의 LSF를 측정하여 얻은 폭을 비교하였을 때, DBT에서의 폭이 실제 미세석회의 크기에 더 가까워 병변 크기 측정 정확도가 더 높다는 것을 확인하였다.
평가는 총 15명의 방사선사 면허증 소지자와 평가의 객관성을 높이기 위해 경력 7년 이상인 방사선사 6명이 각각 5회씩 무작위 검사를 실시하였다. 영상의 확대도는 33.3%였으며 명암(contrast)과 휘도(brightness)는 미세석회가 가장 잘 보이도록 고정하였다. 평가자와 모니터 간의 거리는 약 50 cm 정도로 전등을 밝힌 상태에서 평가가 이루어졌고, 관찰자가 미세석회와 종괴가 보이는 그룹까지를 표에 작성하도록 하였다.
전체적인 주관적 평가 결과를 살펴보면 Fig. 7, 8과 같이 관찰자가 영상에서 병변을 검출할 때 DM보다 DBT를 이용하여 얻은 영상에서 더 나은 병변 검출율을 보였다.
후속연구
이와 같은 정량적, 주관적 평가를 바탕으로 기존 DM에 비해 DBT의 우수성을 확인할 수 있었으며 촬영 과정에서 환자의 고통 또한 감소한다는 장점이 있으므로 앞으로 임상에서의 DBT의 보편화가 기대된다.
Dance DR, Young KC, van Engen RE: Estimation of mean glandular dose for breast tomosynthesis: factors for the use with the UK, European and IAEA breast dosimetry protocols. Phys Med Biol 56:453-471 (2011)
Dance DR, Skinner CL, Young KC, Beckett JR, Kotre CJ: Additional factors for the estimation of mean glandular breast dose using the UK mammography dosimetry protocol. Phys Med Biol 45:3225-3240 (2000)
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