3DQuorum™成像技术

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通过人工智能和Smartslices改善放射科表现

Brad Keller,博士学位,临床研究乳房健康,Hologic,Inc。主任
Ashwini Kshirsagar,博士,首席科学家,临床解决方案,研发,Hologic,Inc. Andrew Smith,Ph.D.,Image Research乳房健康,Hologic。公司


介绍

在筛选中使用乳房染色体,已经证明了癌症检测的改善
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推出了一种名为3D QuoRumTM的新型Tomosynest图像,其提供6毫米厚的切片(称为SmartSlices),具有70微米像素分辨率,并利用人工智能和机器学习,与智能一起使用2DTM合成的2D图像,提供与1毫米厚切片相同的诊断性能,并且具有更快的平均解释时间,如向美国FDA呈现的临床试验中所示。


设计目标

在商业乳房乳房断层合成系统中最常用的切片厚度为1mm.3对于常见的乳房厚度为60 mm,放射科医师需要在标准的4视图筛选乳房X光图中进行审查240个图像切片。3DQuorum的设计目标是提供更少的较厚的切片,用于评估解释时间,使用较小的文件易于传输和存储,同时保持临床表现与1毫米乳房Tomosynesk数据集相比。


一些商业系统提供10毫米的切片,称为板材然而,这些10毫米的薄片是在1毫米薄片之外的,因此它们都增加了文件的大小,不太可能减少放射学家的解释时间,因为它们必须在1毫米薄片之外进行审查。


它不容易明白最佳切片厚度应该是乳房乳房的厚度。考虑到检测大小5-10mm的病变的临床需求,可以使1毫米默认切片更薄的参数,以及检测钙化在z方向上分布10或更多的微钙化簇的检测毫米。在具有扭曲的10mm病变的情况下,当整个病变可以在聚焦的给定切片中可以看到整个病变时,可以更好地理解,这仅在大于1mm的切片厚度的情况下发生。


用微透析簇作为另一个例子,看看在一片中形成簇的所有钙化可以有助于检测,并且可以争论大于1mm的切片厚度。此外,在数百片中搜索微钙化簇可能比在较少数量的切片中搜索它们的速度和更多的疲劳。


设计目标
-加快放射科医生的阅读时间
- 减少了分枝型切片的数量
- 减少数据存储空间和网络流量


通过考虑到这些观察,HOLOGIC研究了最佳的切片厚度大于1mm,其可以代替1毫米切片。虽然第一个设计标准是确保保持临床性能,但在非常初步的实验中,很明显,有必要在滚动过程中保持相邻的较厚切片之间的重叠以进行更光滑的转变。如果发生在两个切片之间,这也将确保不会在两个切片之间铺设未能显示对象。进行了调查以评估Smartslics的一系列切片厚度,从4毫米的切片厚度重叠,高达10毫米的切片厚度,重叠5毫米。具有1毫米重叠的2毫米SmartSlices,不提供切片总数的减少,以便提前拒绝选项。为了确定最佳的切片厚度和重叠大小,进行了一系列并旁的图像评论,其中2至3位用户在阅读读取的分枝型图像中具有一系列经验,仔细评估了各种癌症和良性病变的病变外观。从配置的配置为10毫米重叠,并排评估包括8毫米厚度,厚度为4mm,厚度为6毫米,重叠3毫米,厚度为4毫米重叠。用于该主观评估的案例掺入了几种小尺寸(小于1cm)的病变(小于1厘米),并且对于在创建SmartSlices的过程中丢失任何临床信息,可以理解的低端度。还要求用户评估正常组织结构的外观,并报告任何可能归因于创建SmartSlices的过程的潜在额外呼叫。用户表明,与1毫米重建的图像相比,具有5毫米重叠的10毫米的切片厚度和8毫米的切片厚度,往往会显示与1mm的重建图像相比的光临边缘损失。 in dense breasts. 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.


使用6毫米SmartSlices和3毫米重叠,与1毫米切片相比,切片的数量减少了2/3。由于最终切片数量较少,文件大小减少了大约60%。



图1。搜索1毫米薄片的临床兴趣的特征,并注意到它们的位置


如何创建SmartSlices

创建较厚的切片的常用方法,如简单相加相邻的薄切片,或最大强度投影(MIP)算法可以创建模糊,也可以降低低对比度和较小的对象的可见性,由于重叠组织的影响。这就是为什么Hologic开发了SmartSlices技术,该技术旨在确保在6mm切片中看到微妙和重要的物体。其基本原理类似于我们的合成2D图像智能2D,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毫米的切片,一个高性能的类cad算法搜索每个切片,以获取可能与临床相关的细节,比如代表钙化的亮点,代表推测或建筑扭曲的辐射线,圆形致密物可能代表分叶状和圆形病变。当它找到这些对象时,它会列出它们的x、y位置和切片编号。如图1所示。


通过1毫米切片搜索完成后,创建了6毫米SmartSlices。在1 mm切片的AI搜索期间发现和标记的信息用于组合的6个切片,这些切片是每个给定的Smartslice的组件。请参见图2,示出了该过程。


重复此步骤,确保连续的SmartSlices之间有3mm的重叠。每个SmartSlice对应的组件切片如下表所示。由于重叠,可以看出SmartSlices的数量约为1 mm厚切片数量的1/3。重叠的排列方式如图3所示。在原始切片数不能被3整除的情况下,将重建额外的1或2个切片以完成切片过程。



图2。2六个1毫米切片组合成一个6毫米的Smartslice,为AI定位的感兴趣的物体提供额外的重量





图3。每个SmartSlice都是从六个1毫米的切片计算的,并且连续的SmartSlics每个SmartSlices都具有来自上一个SmartSlice的三个1毫米片的重叠。



临床研究综述

与1mm Tomos合成相比,3DQuorum(3DQ)图像的性能在多读者,多案临床研究中证明。具体地,3DQuorum加合成的2D图像(I2D)与1mm的Tomos合成与C-ViewTM合成的2D图像进行比较。满足所有临床研究终点。主要端点如下:

  • 读取3DQ / I2D(6mm 3D切片以及高分辨率合成2D图像)之间的所有读取器之间平均的诊断精度是非较小的3D片的与C视图图像相同,如图所示ROC曲线。

  • 使用3DQ / I2D的读者(即灵敏度)的癌症病例的召回率在钙化速率下的钙化速率之间是非较差的,其使用1mm 3D切片以及C视图图像,平均在所有读取器上平均。


  • 读者研究由391例和15名读者组成,具有一系列临床和临床合成体验。该研究采用了一个完全交叉的读者研究设计。它包括2个课程,至少分开了4周的洗涤期。在第一届会话中,读者读取两个模态的随机组合。在每个会话中读取的每个模态下的案例选择是随机的,就像他们演示文稿到读者的顺序一样。在第二次会话中,读者以不同的随机顺序读取相反的考试类型。通过这种设计,每个读者都使用两种方式读取每个案例。除了每种情况的临床评分(Bi-RADS分数和病变检测)之外,对于每个读者,记录释义/图像视图时间。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。 15个读者的3DQuorum + I2D和SOC(监护标准)合并ROC曲线的平均值

    临床研究的结论

    可以在图4中可以看到用于性能的平均ROC曲线和标准1-mm Tomosynesnesis集合的曲线。两种方式的AUC差异为+0.027(p值= 0.027),支持3DQuorum。因此达到了第一主要终点。


    第二个主要终点是,当阅读3DQ/I2D图像集相对于标准的1 mm断层合成图像集(预先指定的95%置信区间的非劣性边界为-0.05)时,读者显示仅钙化的癌症病例的非劣性召回率(即敏感性)。混合回归显示,在仅钙化的癌症中,3DQuorum的召回率差异为+0.047 (p值=0.08),因此满足了仅钙化的癌症非劣质召回率的第二主要终点。


    计算了3DQ / I2D和标准1-MM Tomos合成组的平均图像读取时间。标准的1-mm Tomosyneshesis集合读取时间为61.9秒,3DQ / I2D平均读数为54.5秒。这对应于使用3DQuorum的读取时间减少约13%,并转化为每8小时1小时的平均节省时间。


    临床研究结果表明,我们已经达到了使用3DQuorum +合成2D成像的设计目标,即与1毫米断层成像相比,阅读时间显著减少,切片数量约为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毫米切片
    - 相对于1毫米的非较差性能

    图像示例

    在以下页面上是显示SmartSlices生成的一些示例。图5显示了针对皮刺质量病变的6mm Smartslics的产生。左侧图像是来自1MM数据集的一块。正确的图像显示了基于算法过程中的AI识别的病变创建的SmartSlice。图6显示了钙化群集的图像。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,同时保持诊断精度。

    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。左边的图像是一个单一的1毫米切片,右边的图像是6毫米SmartSlice


    图6。为钙化集群生成SmartSlice。左边的图像是一个单一的1毫米切片,右边的图像是6毫米SmartSlice

    结论

    HOLOGIC推出的产品3D Quorum 6毫米片被称为SmartSlices,可显着减少Tomosynest DataSet中的切片和文件大小的数量,同时保持临床性能与1 mm数据集相比。研究中的总切片数量较少允许减少放射科医师解释时间,在8小时的日期内每名读者平均每读1小时。


    术语表



    参考

    1. Friedewald Sm,rafferty ea,rose sl,等。乳腺癌筛选使用Tomos合成与数字乳房X线摄影组合。Jama,2014年6月25日; 311(24):2499-507。

    2. Dang Pa,Freeer Pe,Humphrey Kl等。向常规数字乳房X线摄影添加到常规数字乳房X线摄影:对筛选检查的图像解释时间的影响。2014年1月放射学;270(1):49-56。

    3. Vedantham S,Karellas A,Vijayaraghavan Gr等数字乳房断层合成:现有技术,2015年Dec;277(3):663-684。

    4. https://assets.publishing.service.gov.uk/government/上传/系统/上传/ attachment_data /文件/ 771830 / GE_Pristina_Tomo.pdf


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    发表于:THU,2021年2月25日



    HOLOGIC,人工智能,AI,成像技术,3DQuorum™,临床研究,通过人工智能和Smartslices改善放射科表现

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