3 dquorum™成像技术

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通过人工智能和Smartslices改善放射科表现

布拉德·凯勒博士,Hologic公司乳腺健康临床研究主任。
Ashwini Kshirsagar博士,首席科学家,临床解决方案,研究和开发,Hologic, Inc。安德鲁·史密斯博士,Hologic影像研究和乳房健康副总裁。公司。


介绍

在筛查中使用乳腺x线断层扫描已经证明了对癌症检测的改进
与数字乳房X线切摄影相比的假阳性减少了乳房爆米合作用的一些挑战是辐射学家需要审查的图像数量的增加,并且平均解释时间增加大文件大小还需要足够的PACS存储和高网络带宽。最近引入具有70微米像素尺寸(HOLOGIC3DIMENSIONS®)的高分辨率断层合成成像进一步影响了这些问题。


为了应对这些挑战,Hologic公司推出了一种新型的断层合成图像,称为3DQuorumTM,它提供了6毫米厚的切片(称为SmartSlices),分辨率为70微米,并利用了人工智能和机器学习,连同智能2DTM合成的2D图像,提供与1毫米厚切片相同的诊断性能,并具有更快的平均解释时间,如提交给美国FDA的临床试验所示。


设计目标

商业乳房断层合成系统中最常用的层厚度是1毫米。3对于普通的乳腺厚度为60毫米的乳房,放射科医生需要在标准的4视图筛查乳房x光片中复查240个图像切片。3DQuorum的设计目标是提供更少、更厚的切片供检查,以加快解释时间,使用更小的文件以方便传输和存储,同时保持与1毫米乳腺断层扫描数据集相比的临床性能。


一些商业系统提供10毫米的薄片,称为平板然而,这些10毫米厚的薄片是在1毫米薄薄片的基础上呈现的,因此它们都增加了文件大小,而且不太可能减少放射科医生的解释时间,因为它们必须在1毫米薄片的基础上进行复查。


在乳腺层析成形术中,最佳层厚应该是多少并不是很明显。考虑到临床需要检测5-10毫米大小的病变,我们可以认为1毫米的默认切片比需要的薄,和钙化的检测微钙化集群分布在z方向的10个或更多毫米。在10毫米的情况下病变distortionsor spiculations指出的飞机,它可能是更好的欣赏当整个病变中可以看到专注在一个给定的片,这只会发生在薄片厚度大于1毫米的情况下。


以微钙化簇为例,在一个切片中看到所有形成簇的钙化可以帮助检测,并且可以认为切片厚度大于1mm。此外,在数百个切片中搜索微钙化簇可能比在少量切片中搜索它们更慢,更累人。


设计目标
- 更快的放射科医师阅读时间
-减少断层合成切片的数量
—减少数据存储空间和网络流量


考虑到这些观察结果,Hologic研究了什么是可以替代1毫米切片的大于1毫米的最佳切片厚度。虽然第一个设计标准是确保保持临床性能,但在非常初始的实验中,很明显,为了在滚动过程中更平稳地过渡,有必要在相邻较厚的切片之间保持重叠。这还可以确保如果对象恰好位于两个切片之间,则不会出现次优显示。我们进行了一项调查,以评估SmartSlices的一系列切片厚度的性能,从4毫米的切片厚度2毫米重叠,到10毫米的切片厚度5毫米重叠。有1毫米重叠的2毫米SmartSlices并没有减少切片的总数,因此该选项被提前拒绝。为了确定最佳的层厚和重叠大小,我们进行了一系列并排的图像审查,其中2 - 3名具有阅读层合成图像经验的用户仔细评估了各种癌症和良性病变的病变外观。从10片5-mm重叠切片的配置开始,并排评估包括8mm厚4mm重叠,6mm厚3mm重叠,4mm厚2mm重叠。用于这种主观评估的病例包括几个小尺寸(小于1厘米)和低显著性的病变,以了解在创建smartslice的过程中是否丢失了任何临床信息。用户还被要求评估正常组织结构的外观,并报告任何可能归因于创建smartslice过程的潜在额外回调。用户表示,10毫米切片厚度5毫米重叠和8毫米片4毫米的厚度往往显示显著的边际损失与1毫米相比重建图像,尤其是对非常微妙的病变,包括非晶态微钙化簇或小建筑扭曲致密的乳房。 The remaining configurations (6 mm and 4 mm) were deemed to show no loss of conspicuity on any of the lesions evaluated, and also did not indicate any concerns of false recalls due to the creating of SmartSlices. Since 6 mm thickness with 3 mm overlap was more advantageous than 4 mm thickness in reducing the number of images, that option was chosen for the final product. In addition to this subjective evaluation a pilot study with MRMC study design was conducted on approximately 100 cases and 5 readers to understand the difference in AUC using the 1 mm slices and the proposed configuration of SmartSlices at 6 mm. In this pilot study the AUC of the two reconstruction modes was comparable, with the 6 mm SmartSlice mode performing marginally better than 1 mm tomosynthesis mode for AUC. This confirmed that the selected configuration did not result in any loss of clinical information while reducing the number of images to one third of the original 1 mm slices.


当6mm SmartSlices与3mm重叠时,切片数量比1mm切片减少2/3。由于最终切片的数量减少,文件大小大约减少了60%。



图1所示。1毫米的薄片被寻找临床感兴趣的特征,并且他们的位置被注意到


如何创建SmartSlices

常用的制造较厚切片的方法,例如相邻薄片的简单求和,或者最大强度投影(MIP)算法可以产生模糊,并且由于重叠组织的效果,也可以降低低对比度和较小物体的可见性。这就是为什么HOLOGIC开发了SmartSlices技术,旨在确保在1毫米片中看到的6毫米片和重要的物体中的6毫米片的可见性。基本哲学类似于我们合成的2D图像智能2D中使用的内容,并依赖于人工智能和机器学习。


在SmartSlice生成过程中,输入数据是1毫米切片,并且高性能CAD算法搜索每个切片,以获取可能在临床相关的细节,例如可以代表钙化的明亮斑点,辐射线可以代表植精化的辐射线或建筑扭曲,以及可能代表裂片和圆形病变的圆形密集物体。当它找到这些对象时,它会列出其x,y位置和切片号。这在图1中示意性地示出。


搜索完1mm的SmartSlices后,创建了6mm的SmartSlices。在人工智能搜索1毫米切片时找到并标记的信息将用于组合每个给定SmartSlice的6个组件。请参见图2,图2演示了这个过程。


重复此步骤,确保后续SmartSlices之间有3mm的重叠。下表显示了每个SmartSlice的组件片。由于有重叠,可以看出SmartSlices的数量大约是1mm厚的切片数量的1/3。重叠的排列方式如图3所示。在原切片数不能被3整除的情况下,再重建1片或2片,以完成切片过程。



图2。6个1毫米的切片被组合成一个6毫米的SmartSlice,为ai定位的感兴趣对象提供额外的权重





图3。每个SmartSlice由6个1毫米大小的切片计算而成,每个连续的SmartSlice都与前一个SmartSlice重叠3个1毫米大小的切片。



临床研究综述

3DQuorum(3DQ)图像的性能,相比于1毫米断层合成,在一个多阅读器,多病例临床研究中得到了证明。具体而言,将3DQuorum plus合成二维图像(I2D)与1 mm断层合成C-ViewTM合成二维图像进行比较。满足所有临床研究终点。主要端点如下:

  • 通过ROC曲线下面积测量,所有阅读3DQ/I2D (6 mm 3D切片和高分辨率合成2D图像)的读者的平均诊断准确率不低于1 mm 3D切片和C-View图像。

  • 在所有读者中,使用3DQ/I2D的癌症病例召回率(即灵敏度)在仅钙化的病例中并不低于使用1mm 3D切片和C-View图像的召回率。


  • 读者研究由391个病例和15个读者组成,他们具有广泛的临床和断层合成经验。该研究采用了全交叉读者研究设计。它包括2个阶段,间隔至少4周的淘汰期。在第一阶段,读者随机阅读两种模式的组合。在每个会议中,在每种模式下阅读的案例的选择是随机的,它们向读者展示的顺序也是随机的。在第二阶段,考生以不同的随机顺序阅读与之相反的试题。通过这个设计,每个读者都用两种方式来阅读每个案例。除了对每个病例的临床评分(BI-RADS评分和病变检测),还记录了每个读者对每个病例的解释/图像查看时间。临床研究的更多细节可以在报告3DQuorum医师标签手册MAN-06153中找到。

    图4。 3DQuorum plus I2D和SOC (Standard of Care)汇集的ROC曲线在15个读者中平均

    临床研究的结论

    3DQuorum和标准1mm断层合成集性能的平均ROC曲线见图4。3DQuorum模式下,两种模式下的AUC差异为+0.027 (p-value = 0.027)。这样就达到了第一个主要终点。


    第二个主要终点是,当阅读者检查3DQ/I2D图像集相对于标准的1毫米断层合成图像集(预先指定的95%置信区间的非劣效界为-0.05)时,显示了仅钙化型癌症病例的非劣效召回率(即灵敏度)。混合回归显示,仅钙化型癌症的召回率差异为+0.047 (p-value=0.08),优于3DQuorum,因此满足仅钙化型癌症非劣效召回率的第二个主要终点。


    计算3DQ/I2D和标准1mm断层合成组的平均图像读取时间。标准的1 mm断层合成集平均读取时间为61.9秒,3DQ/I2D平均读取时间为54.5秒。这相当于使用3DQuorum时,读取时间减少了约13%,换算成每天8小时平均节省1小时。


    临床研究结果表明,我们符合我们使用3DQUORUM加合成的2D成像的设计目标,即读取时间的显着降低,并且与1mm的分子混溶相比,切片数约1/3。


    临床结果
    - 在8小时的日期内节省1小时的平均节省时间 - 减少2/3的切片数。
    -不需要检查1毫米的切片
    -相对于1毫米,性能不差

    形象的例子

    在下面的页面上有一些示例,展示了生成SmartSlices的过程。图5显示了针状肿块病变的6毫米SmartSlices的生成情况。左边的图像是1毫米数据集的一个切片。右边的图像显示了基于算法过程中ai识别的病变创建的SmartSlice。图6显示钙化簇的图像。SmartSlice过程保持重要临床属性的可见性,并允许更少、更厚的切片,同时保持诊断准确性。

    临床实现

    HOLOGIC明白,一些客户可能希望在他们的临床实践中使用它们之前对SmartSlices提供信心,以更换其目前的1 mm Tomosynthesis切片。因此,HOLOGIC的获取站(AWS)将允许创建Tomos合成切片以及SmartSlics的配置。AWS也可以配置为发送切片模式或两种方式以查看工作站和PAC。因此,除了SmartSlices之外,客户还可以继续生成1毫米切片,并将其中两者发送到审核工作站,直到用户在SmartSlices对SmartSlices充满信心。在此期间,他们可以选择将其中任何一个图像发送到PACS存储,并在准备就绪时完全切换到SmartSlices。



    图5。Smartslice为刺激质量病变产生。左侧图像是单个1毫米切片,右侧图像是6 mm smartslice


    图6。钙化群集的SmartSlice生成。左侧图像是单个1毫米切片,右侧图像是6 mm smartslice

    结论

    Hologic公司推出的产品3DQuorum 6毫米切片称为SmartSlices,可以显著减少断层合成数据集中的切片数量和文件大小,同时保持与1毫米数据集相比的临床性能。在研究中总切片数量的减少允许减少放射科医生的解释时间,在8小时的一天中为每个读者平均节省1小时。


    术语表



    参考文献

    1. Friedewald SM, Rafferty EA, Rose SL等。利用断层合成技术结合数字乳房x线照相术进行乳腺癌筛查。JAMA, 2014年6月25日;311(24):2499-507。

    2. Dang PA, Freer PE, Humphrey KL等。传统数字乳房x线摄影增加断层合成:对筛查检查图像解释时间的影响。放射学2014年1月;270(1): 49-56。

    3. 魏丹丹等。数字乳腺x线摄影技术:最新进展,放射学2015年12月;277(3): 663 - 684。

    4. https://assets.publishing.service.gov.uk/government/上传/系统/上传/附件_data/ file / 771830 / ge_pristina_tomo.pdf


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    发表于:THU,2021年2月25日



    Hologic,人工智能,人工智能,成像技术,3DQuorum™,临床研究,智能切片通过人工智能和智能切片改善放射科医生的表现

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