ITEM METADATA RECORD
Title: Validation of a new strategy to optimize the perception of microcalcifications in digital breast imaging systems
Other Titles: Validatie van een nieuwe strategie om de perceptie van microcalcificaties in digitale mammografie te optimaliseren
Authors: Zanca, Federica; S0111613
Issue Date: 14-Dec-2009
Abstract: Normal 0 21 false false false NL-BE X-NONE X-NONE MicrosoftInternetExplorer4 DefSemiHidden="true" DefQFormat="false" DefPriority="99" LatentStyleCount="267"&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="Normal"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="heading 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="Title"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="Subtitle"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="Strong"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="Emphasis"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Table Grid"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="No Spacing"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Shading"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light List"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Grid"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Dark List"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Shading"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful List"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Grid"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Shading Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light List Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Grid Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 1 Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 2 Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 1 Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="List Paragraph"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="Quote"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="Intense Quote"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 2 Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 1 Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 2 Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 3 Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Dark List Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Shading Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful List Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Grid Accent 1"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Shading Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light List Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Grid Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 1 Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 2 Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 1 Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 2 Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 1 Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 2 Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 3 Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Dark List Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Shading Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful List Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Grid Accent 2"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Shading Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light List Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Grid Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 1 Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 2 Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 1 Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 2 Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 1 Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 2 Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 3 Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Dark List Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Shading Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful List Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Grid Accent 3"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Shading Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light List Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Grid Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 1 Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 2 Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 1 Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 2 Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 1 Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 2 Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 3 Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Dark List Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Shading Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful List Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Grid Accent 4"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Shading Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light List Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Grid Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 1 Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 2 Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 1 Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 2 Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 1 Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 2 Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 3 Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Dark List Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Shading Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful List Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Grid Accent 5"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Shading Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light List Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Light Grid Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 1 Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Shading 2 Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 1 Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium List 2 Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 1 Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 2 Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Medium Grid 3 Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Dark List Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Shading Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful List Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" Name="Colorful Grid Accent 6"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="Subtle Emphasis"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="Intense Emphasis"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="Subtle Reference"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="Intense Reference"/&gt; UnhideWhenUsed="false" QFormat="true" Name="Book Title"/&gt; <!-- /* Font Definitions */ @font-face {font-family:"Cambria Math"; panose-1:2 4 5 3 5 4 6 3 2 4; mso-font-charset:1; mso-generic-font-family:roman; mso-font-format:other; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:0 0 0 0 0 0;} @font-face {font-family:Calibri; panose-1:2 15 5 2 2 2 4 3 2 4; mso-font-charset:0; mso-generic-font-family:swiss; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:-1610611985 1073750139 0 0 159 0;} /* Style Definitions */ p.MsoNormal, li.MsoNormal, div.MsoNormal {mso-style-unhide:no; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; margin-top:0cm; margin-right:0cm; margin-bottom:10.0pt; margin-left:0cm; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:Calibri; mso-fareast-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi; mso-fareast-language:EN-US;} .MsoChpDefault {mso-style-type:export-only; mso-default-props:yes; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:Calibri; mso-fareast-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi; mso-fareast-language:EN-US;} .MsoPapDefault {mso-style-type:export-only; margin-bottom:10.0pt;} @page Section1 {size:595.3pt 841.9pt; margin:70.85pt 70.85pt 70.85pt 70.85pt; mso-header-margin:35.4pt; mso-footer-margin:35.4pt; mso-paper-source:0;} div.Section1 {page:Section1;} --&gt; /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin-top:0cm; mso-para-margin-right:0cm; mso-para-margin-bottom:10.0pt; mso-para-margin-left:0cm; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-theme-font:minor-fareast; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin;} Mammografie blijkt het enig bewezen doeltreffend middel voor vermindering van van de borstkankermortaliteit door middel van vroegtijdige opsporing en karakterisering van microcalcificaties en massa's. In een mammogram vert onen de vroegste stadia van mamma carcinomen zich niet noodzakelijk als massa's; het enige teken van de ziekte kan de aanwezigheid van microcalcificaties (MC s) in de borst zijn. De opsporing en karakterisering van calcificaties, waarva n de dimensies van de orde van een paar honderd micron kunnen zijn, tegen een grote verscheidenheid van anatomische achtergronden, is echter technisch zeer veeleisend. Een extra beperking voor de beeldvorming van de borst is dat de stralingsdosis moet worden geminimaliseerd, in het bijzonder wanneer de techniek moet toegepast worden op een asymptomatische bevolking in het k ader van een screeningsprogramma. Om deze reden is het relevant om de prestatie van een digitaal mammografiesystee m te karakteriseren in termen van nauwkeurigheid voor het onthullen en reprod uceren van MCs. De vorm van de microcalcificatie is immers een sterke kwaadaardigheidsindicator en het is belangrijk om het complexe spectrum van vormen die teruggevonden worden in de klinische praktijk te karakteriser en. Verschillende testobjecten werden ontwikkeld om de zichtbaarheid te kwantificeren van MCs in film-scherm mammografie. De meeste van deze testobjecten bestaan uit hom ogene lagen van PMMA (PolyMethylMetAcrylaat) waarin kleine, hoog contrasterend e objecten van verschillende grootte en dikte zijn ingevoegd; de detecteer baarheid van deze objecten staat in rechtstreeks verband met het beeldcontrast in mammografische films. Omdat in digitale mammografie het electronisch beeld bewerkt wordt met beeldverwerkingsalgoritmen, en omdat het beeld afhangt van de x-stralen dosisdistributie in de detector en van de lokale textuur van het borstweefsel, is de waar de van het gebruik van deze homogene fantomen voor de beoordeling van een digitaal mammografiesysteem betwijfelbaar. Een andere beperking van de beoordeling van beeldvormingssystemen gebaseerd op statische testobjecte n is dat ze de perceptie van de informatie-inhoud door de radioloog niet kunn en evalueren. Gedreven door deze uitdagingen onderzochten we de mogelijkheid van een alternatie ve strategie om de perceptie van microcalcificaties in digitale beeld vorming van de borst te optimaliseren. Meer specifiek hebben we grote aantallen hybride beelden werden gegenereerd uitgaande van reële mammogrammen en patronen van gesimuleerde letsels. Door middel van geschikte beeldreeksen kunne n waarnemersprestatie experimenten (ENG: Observer Performance Experi ments), die het effect van de perceptie door de radioloog omvatten, uitgevoerd w orden voor zeer specifieke optimalisatie studies (detector, beeldverwerking, afbeelding, enz.). Aangezien aluminium (Al) algemeen gebruikt wordt als simulatiemateriaal voor microcalcificaties in allerhande courante testobjecten, brachten w e in hoofdstuk 1 verslag uit over de relatie tussen de attenuatie-eigenschapp en van microcalcificaties in de borst en Al. De resultaten tonen aan dat er een nauwe overeenkomst bestaat tussen de attenuatie eigenschappen van Al en van geëxtraheerd MC materiaal over het bestudeerde energiebereik, voor de Mo /Mo, Mo/Rh en W/Rh anode/filter combinaties. Bovendien werd vastgesteld dat d e W/Rh blootstellingsinstelling de kwaliteitsfactor (ENG: Figure of Merit (FoM)) maximaliseert MC specimens; dit komt overeen met de resultaten van een e erder onderzoek, dat verricht werd op aluminium plaatjes. In hoofdstuk 2, brachten we verslag uit over een methode voor het simuleren van microcalcificaties in de borst, die, gebaseerd op de resultaten van hoof dstuk 1, werden uitgedrukt in termen van Al-equivalente diktes. Het doel van dit werk was (1) het mogelijk maken van studies naar waarnemerdetectiepr estatie en waarnemerdiscriminatieprestatie in digitale mammografie, door h et genereren van een groot aantal hybride mammogrammen met realistische microcalcificaties, en (2) het valideren van de aangereikte methode m.b. t. de karakterisatie van microcalcificaties. Zoals blijkt uit de substantiële overeenstemming tussen de beoordelingen door de radiologen van de vorm v oor de gesimuleerde en echte letsels, zijn we in staat van de morfologie nauwke urig te simuleren. De 2AFC waarnemersprestatiestudie heeft ook aangetoond dat de gesimuleerde letsels niet onderscheiden kunnen worden van echte letsels. In hoofdstuk 3 beschreven we een toepassing van de methodologie ontwikkeld in hoofdstuk 2. Het doel van het onderzoek was van te bepalen of de door fabrikanten ontwikkelde beeldverwerkingsalgoritmen, die daadwerkelijk wo rden toegepast onder klinische omstandigheden, een effect hebben op de interp retatie van digitale mammogrammen. De huidige FROC analysemethode werd gebruikt voor de analyse van de verkregen gegevens uit de waarnemersprestatie experimente n. Deze studie heeft aangetoond dat beeldverwerking een aanzienlijke impact heef t op de detectie van microcalcificaties in digitale mammogrammen en suggereert d at objectieve metingen, zoals wij er één hebben uitgewerkt, zouden moe ten worden gebruikt om het optimale beeldverwerkingsalgoritme te selecteren . Aangezien een veel gebruikte aanpak voor de evaluatie van de prestatie van e en digitaal mammografiesysteem in termen van de weergave van grote laag con trast objecten en kleine hoog contrast objecten de zogenaamde CDMAM (Contrast Detail Mammography) analyse is, wilden we verifiëren of de resultaten ove r de impact van beeldverwerking op de detectie van microcalcificaties uit de voorgaande studie (hoofdstuk 3), ook zouden bekomen worden met het CDMAM fantoom en dezelfde klinische algoritmen. Om die reden werden in hoofdst uk 4 de contrast-detail (CD) karakteristieken voor verschillende routine beeldverwerkingsalgoritmen gemeten met behulp van menselijke en automati sche lezing. De CDMAM beelden vertoonden geen effecten, noch voordelen, noch nadelen, ten gevolge van beeldverwerkingsalgoritmen. Aangezien de waarnemersprestatie studie die gebruik maakt van klinische afbeeld ingen met letsels statistisch significante verschillen in prestatie vertoonde tussen de algoritmen, concludeerde deze studie dat een CDMAM analyse in zijn hu idige status niet kan worden gebruikt om de prestatie van een verwerkingsalgor itme om microcalcificaties op echte mammogrammen te detecteren te voorspellen. Door de menselijke waarnemer en de diagnostische taak op te nemen ambieert onze methodologie een end-to-end evaluatie van de beeldvormingsketen. H et vrije-respons (ENG: Free-Response) paradigma, voorgesteld als een uitbre iding van de ROC methode, en gebruikt in onze waarnemersexperimenten, hebben w e aan verschillende testen onderworpen. De recente jacknife alternatieve FROC (JAFROC en zijn variant JAFROC1) analysemethodes zijn ontwikkeld voor het analys eren van FROC gegevens, maar andere methodes als ROC of IDCA analyse kunnen w orden toegepast voor statistische analyse. Aangezien alleen simulatie studies JAFROC1, IDCA en ROC vergeleken, hebben we deze drie methodes (hoo fdstuk 5) toegepast (JAFROC1, IDCA en ROC) voor de analyse van FROC gegevens va n menselijke waarnemers, op een grote quasi-klinische set van gegevens, na melijk de set van gegevens bekomen uit het waarnemersprestatie experiment beschreven in hoofdstuk 3. Resultaten toonden aan dat IDCA en JAFROC1 an alyse van de FROC menselijke gegevens superieur zijn aan de ROC analyse en daa rom de voorkeur zouden moeten genieten wanneer statistische analyse van FROC ge gevens wordt uitgevoerd. In hoofdstuk 6, brachten wij verslag uit over een studie om na te gaan of d e modaliteitsvolgorde door de FROC analyse overeenkomt met deze van de ROC analyse en om te bepalen of de FROC gevoeliger is bij het bepalen van inter-modaliteitsverschillen. Aangezien de FROC analyse een recente methodologie is en aangezien het gebruik ervan toeneemt, was het belangr ijk om te bepalen of de twee methodes overeen komen; een onenigheid zou ernstig e bezorgdheid opwekken wat betreft de nieuwere methode. In hoofdstuk 5 bes chreven wij verschillende methodes voor statistische analyse van vrije-respons gegevens; in hoofdstuk 6 vergeleken we statistische analyse van gegevens bekomen uit het uitvoeren van een ROC en een FROC studie, gebruik makend e van het Multiple-Reader Multiple-Case (MRMC) studie ontwerp, waa rin dezelfde radiologen dezelfde set van gevallen interpreteerden met versch illende beeldverwerkingsalgoritmen (hybride mammogrammen gebruikt voor het onder zoek in hoofdstuk 3). Resultaten hebben aangetoond dat FROC en ROC dezelfde modaliteitsvolgorde opleverden, maar dat FROC de meest nauwkeurige metin g opleverde. Het is onze overtuiging dat het FROC paradigma gebruikt zou m oeten worden wanneer de lokalisatietaak klinisch relevant is voor de uitkomst van de patiënt. Optimale keuze van het beoordelingsparadigma is van essentieel belang voor het beheer van de gezondheidszorg van de patient en het beperken va n de kosten van de gezondheidszorg. Hoofdstuk 7 sluit het werk af met de visie van de kandidaat over hoe de resultaten kunnen gebruikt worden voor het verbeteren van de radiologische praktijk. Het simulatiekader maakt verschillende experimenten mogelijk gericht op de optimisalisering van de zichtbaarheid van microcalcificaties in digitale mammografie. Nieuwe optimaliseringsstudies kunnen uitgevoerd worden in v erband met detector dosis, blootstellingsinstellingen, beeldweergave of -verwer king. Effecten van beeldverwerking mogen niet over het hoofd worden gezien en zouden in meerdere radiologiedomeinen en voor meerdere types van letsels getest moeten worden. De hoofdstukken in dit werk die de rol van de ROC en de veralgem eende ROC analyses in opdracht-gebaseerde beeldkwaliteitsbeoordeling behandele n dragen bij tot de consensusvorming rond de geschikte werkwijzen voor het bepalen van waarnemerperformantie voor een klinisch relevante taak.
Publication status: published
KU Leuven publication type: TH
Appears in Collections:Radiology

Files in This Item:
File Status SizeFormat
PhD_thesis_FZA_final.pdf Published 3764KbAdobe PDFView/Open Request a copy

These files are only available to some KU Leuven Association staff members

 




All items in Lirias are protected by copyright, with all rights reserved.