Согласно последней европейской статистике, случаи заболевания раком молочной железы составляют от (Польша) до (Швеция) на человек. B.Jonsson & N.Willking, «The Cost and Burden of Cancer», Annals of Oncology 18 (supplement 3): iii2-iii7, 2007 Актуальность

«Микрокальцинаты – предвестники рака» «Раковые опухоли характеризуются повышенным эффективным атомным номером» …the cancers exhibit a higher effective atomic number than do the normal tissues… …the tiny calcifications that can be the earliest Indicator of breast cancer … …soft tissue and cancerous tissue a very similar but their atomic number differs… Frank Carroll, M.D., Sarah Bixby, B.S., George Thomas, B.S.,Robert Traeger, B.S., James Waters, Ph.D., Dale Evertson, Ph.D., Marcus Mendenhall, Ph.D., Cynthia B.Paschal, Ph.D., Caryl Brzymialkiewicz, Gwen Banks, B.J. Heismann,Johns PC, Yaffe MJ.,… Н.И.Рожкова,С.П.Прокопенко,В.Б.Китаев,.В.Мякишева, В.Б.Мошаров, Р.А.Керимов,В.П.Демидов, Ю.В.Варшавская, Г.А.Франк,А.Д.Островцев, Б.А.Павлдова и др. Johns PC, Yaffe MJ., Ph.D., Caryl Brzymialkiewicz,Gwen Banks,…. Роль эффективного атомного номера

«Важнейшим эффектом в маммографии является фотоэффект» …therefore the photoelectrical affect is the most important … «Перспективным направлением в диагностике онкологических заболеваний является применение двойной энергии излучения» …Dual-energy mammography may provide information regarding the atomic number and density characteristics of the breast tissue. … Johns PC, Yaffe MJ., Johns PC, Drost DJ, Fenster A., Shaber GS, Tecotzky M., Boone JM, Alexander GM, John M. Lewin, Pamela K. Isaacs, Virginia Vance, Fred J. Larke… Barbara OConnell Фотоэффект

Методы диагностики заболеваний в маммологии Основным недостатком данных методов является невозможность реконструкции распределения эффективного атомного номера Ядерная маммография Оптическая маммография Рентгеновская компьютерная маммография Ультразвуковая маммография

Исходное рентгеновское излучение МЖ ФЭ КР Кассета Коллиматор Кассета d - толщина участка молочной железы ρ - плотность участка молочной железы, Скрининговая маммография μ - массовый коэффициент полного поглощения, определяемый эффективным атомным номером Z участка молочной железы и энергией рентгеновского излучения E

Делительная маммография (ДДМ) ДДМ Недостатки двухэнергетической маммографии: -Увеличение радиационной нагрузки на орган, -Невозможность реконструкции подвижных органов. ДВМТМ Вычитательная маммография (ДВМ) (dual-energy subtraction mammography) где Z – эффективный атомный номер, ρ - плотность ткани, d - толщина МЖ, N L d, N H d,- числа зарегистрированных фотонов (L - низкая энергия, H- высокая), N L 0, N H 0,- исходные числа фотонов Двухэнергетическая маммография

Направление исследований Рабочая гипотеза: Реконструкция распределения эффективного атомного номера возможна по рассеянному и трансмиссионному излучениям Коэффициент комптоновского рассеяния Коэффициент фотопоглощения Коэффициент полного поглощения Формулы реконструкции распределения эффективного атомного номера

Модель процесса регистрации рассеянных и трансмиссионных фотонов Исходные характеристики фотона (координаты ввода, угловые характеристики, энергия), число моделируемых фотонов Моделирование длины свободного пробега Расчет координаты взаимодействия Нет Да Нет Да Взаимодействие внутри МЖ Моделирование типа взаимодействия Комптон- эффект Моделирование азимутального и комптоновского угла рассеяния Расчет угловых характеристик нового вектора распространения фотона Попадание в детектор Трансмиссионн- ого излучения Регистрация фотона Формирование массива трансмиссионных фотонов (х0,у0) x min < x < x max y min < y < y max z min < z < z max F (cosω) = R χ = 2π * R

Zэф молочной железы

Физическая основа реконструкции распределения эффективного атомного номера

Число зарегистрированных рассеянных фотонов Число рассеянных фотонов

Моделируемые объекты Неоднородный объект Однородный объект г.см 3 Z 66…66 6,1 … …………… 7,8 … 7,9 … Mut 0,283 … 0,292 … …………… 0,497 … 0,512 … MuC 0,163 … 0,162 … …………… 0,158 … 0,157 … Ro 0,50,55…1,41,41,45 0,50,55…1,41,41,45 …………… 0,50,55…1,41,41,45 0,50,55…1,41,41, мм 10 мм

Результаты моделирования однородной модели, как основа коррекции числа зарегистрированных рассеянных фотонов Число рассеянных фотонов Функция столбца

Результаты реконструкции неоднородного объекта Где N s (x,y) – Количество рассеянных фотонов в том числе фотопоглотившихся k(x,y) – Коэффициент перевода количества зарегистрированных фотонов в число рассеянных, в том числе фотопоглотившихся N s,r (x,y) – Количество зарегистрированных рассеянных фотонов Число рассеянных зарегистрированных фотоновЧисло трансмисионных зарегистрированных фотонов

Распределение коэффициента перевода k(x,y) Число рассеянных фотонов в МЖ включая претерпевших фотопоглощение

Микрокальцинаты Идентификация холестерина и микрокальцинатов Микрокальцинаты или холестерин?

Фантом МЖ MK – 1% ДО – 1,2 г.см3 Холестерин MK – 5%

Визуальная реконструкция Z

No=1000 No= No= Численная реконструкция Z

Распределения Z и плотности Традиционная маммограмма Произведение Z на плотность Эффективный атомный номер Плотность

Реконструкция онкологической опухоли без микрокальцинатов Традиционная маммограмма Онкологическая опухоль Здоровая ткань Распределение Z

Оценка эффективности предлагаемого метода Эффективность реконструкции эффективного атомного номера оценивалась средним квадратическим отклонением реконструируемого (Z rec ) распределения от фактического (Z f ) Как показали исследования, имеет место оптимальная энергия, при которых ошибки минимальны

Томосинтез

Восстановление числа рассеянных фотонов

1) Восстановление исходного числа фотонов N 0 (на основе эталонной пластины). 2) Восстановление отношения линейных коэффициентов комптоновского рассеяния и полного поглощения. 3) Восстановление распределения эффективного атомного номера. 4) Восстановление распределения фактической плотности. 5) Восстановление распределения линейных коэффициентов полного поглощения, комптоновского рассеяния и фотопоглощения. Алгоритм идентификации распределения эффектного атомного номера

Схема работы маммографического комплекса Объект ПЭВМ Система ввода-вывода Система сканирования Источник излучения Устройство сканирования Детектор трансмиссионного излучения Счетчик трансмиссионного излучения Устройство детектирования Счетчик обратнорассеянного излучения Детектор обратнорассеянного излучения

Схема сканирования (горизонтальное позиционирование)

Пилотный облик прибора (горизонтальное позиционирование)