ArchivDeutsches Ärzteblatt19/2001Direkte digitale Vollfeldmammographie: Stand der Technik und erste klinische Erfahrungen

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Direkte digitale Vollfeldmammographie: Stand der Technik und erste klinische Erfahrungen

Dtsch Arztebl 2001; 98(19): A-1266 / B-1081 / C-1009

Grabbe, Eckhardt; Fischer, Uwe; Hermann, Klaus-Peter

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LNSLNS Zusammenfassung
Die direkte digitale Vollfeldmammographie (full-field digital mammography, FFDM) wurde 18 Monate lang experimentell untersucht und in klinischen Vergleichsstudien eingesetzt. Im Vergleich zur Film-Folien-Mammographie fand sich eine bessere Detailerkennbarkeit bei gleicher Strahlenexposition, besonders in der digitalen Vergrößerung. Die digitale Technik bietet eine größere diagnostische Sicherheit in der Beurteilung von Mikroverkalkungen. Die FFDM wird die konventionelle Film-Folien-Mammographie vermutlich rasch verdrängen, da die digitale Technik in der praktischen Handhabung (unter anderem Fortfall des Kassettenwechsels, der Filmentwicklung und der täglichen Verarbeitungskontrolle sowie konstante Bildqualität ohne Fehlexposition und Filmartefakte), aber auch in der möglichen Nachbearbeitung (wie Änderung von Helligkeit und Kontrast, Ausschnittsvergrößerung) viele Vorteile bietet. Aufgrund der höheren Quanteneffizienz des digitalen Detektors ergibt sich die Möglichkeit zu einer relevanten Reduktion der Dosis. Hinzu kommen die Option für neue, computergestützte Analysen zur Befunddetektion, interessante Perspektiven des schnellen Datentransfers und des konsequenten Einsatzes der digitalen Archivierung. Problematisch sind die hohen Finanzierungskosten der Gerätekomponenten und Schwierigkeiten beim Fehlen eines digitalen Organisationssystems. Jedoch könnte diese Technik mittelfristig ein sehr wichtiger Baustein beim Aufbau von regionären Zentren für ein Mammographie-Screening sein.

Schlüsselwörter: Mammadiagnostik, digitale Mammographie, Mammographie-Screening

Summary
Full-Field Digital Mammography in Routine Clinical Practice
After 18 months of routine clinical practice with full-field digital mammography (FFDM) technical details of this system, results of first experimental studies, and remarkably positive experience in comparison to conventional mammography are presented. FFDM will probably soon replace conventional mammography due to many advantages such as image quality by higher resolution, the possibility of postprocessing, reduced radiation exposure of patients, constant quality as well as improvement in practical application. In addition, there is potential for computer aided diagnosis (CAD), efficient data transfer, and digital archiving. Present problems include high costs and difficulties in setting up a digital organization system. FFDM will presumably be established as an important component of modern regional mammography screening centers.

Key words: breast diagnostic, full-field digital mammography, breast screening


Abweichend von anderen radiologischen Untersuchungen, in denen die digitale Erfassung des Strahlenreliefs inzwischen fest etabliert ist, konnte sich die digitale Mammographie bisher nicht durchsetzen. Sie wurde aufgrund der limitierten Ortsauflösung der zur Verfügung stehenden digitalen Bildempfangssysteme allgemein nicht akzeptiert. Auch die nachträgliche Digitalisierung eines primär analogen Bildes und die hierdurch mögliche Bildverarbeitung haben sich nicht durchsetzen können (9, 12).
Ein erster Ansatz zur indirekten digitalen Mammographie stellte die digitale Lumineszenzradiographie (DLR) mit Speicherfolien dar, die zum Auslesen des Bildes mit einem Laserstrahl zeilenweise abgetastet werden. Dieses Verfahren konnte jedoch aufgrund der unbefriedigenden effektiven Quantenausbeute („detective quantum efficiency“, DQE) und der limitierten Ortsauflösung der Speicherfolien bisher nicht überzeugen (1, 7, 10, 11). Ein weiterer Schritt war die Anwendung der aus der Videotechnik bekannten „charge coupled device“-(CCD-)Sensoren für stereotaktisch gezielte Lokalisationen und Biopsien, die aufgrund ihrer geringen Größe für eine komplette Abbildung der Mamma ungeeignet waren.
Neue Ansätze zur Realisierung der digitalen Vollfeldmammographie (full-field digital mammography, FFDM) basieren auf Bildempfangssystemen, die aus mehreren CCD-Chips zusammengesetzt sind. Dabei wird bei dem so genannten Slot-Scan-Verfahren mit einem fächerförmig ausgeblendeten Röntgenstrahl und einem Zeilendetektor, der aus fünf aneinander gereihten CCD-Sensoren besteht, die Brust schrittweise abgetastet (7, 10). Bei einem anderen technischen Ansatz sind zwölf CCD-Sensoren zu einem Flächendetektor zusammengefügt, sodass ein digitales Bild der kompletten Brust mit einer Einzelexposition ohne zusätzliche Abtastbewegung gewonnen werden kann. Beide Verfahren konnten sich jedoch noch nicht in der klinischen Praxis etablieren. Nunmehr ist erstmals ein Gerät zur direkten digitalen Vollfeldmammographie zugelassen worden, das sowohl für das Screeningverfahren als auch für die Diagnostik von klinisch auffälligen Befunden ohne jede Einschränkung eingesetzt werden kann.
Gerätetechnik
Vom Aufbau her entspricht das digitale System im Wesentlichen einem konventionellen Gerät zur Film-Folien-Mammographie. Beide Geräte besitzen eine Doppelfokus-Bimetallanode aus Molybdän und Rhodium. Die nominelle Brennfleckgröße beträgt jeweils 0,3 mm für Übersichtsaufnahmen und 0,1 mm für 1,8fach vergrößerte Zielaufnahmen. Es stehen alternativ zwei Filter aus 0,03 mm Molybdän und 0,025 mm Rhodium zur Verfügung. Im Gegensatz zum herkömmlichen System, das mit einer Kassettenlade ausgestattet ist, besitzt das digitale System einen mit Cäsiumjodid gekoppelten Flachdetektor aus amorphem Silizium. Die Pixelgröße beträgt 100 mm mal 100 mm, was zu einer Bildmatrix von 1 900 mal 2 300 oder 4,37 Millionen Bildpunkten führt. Das Detektorsystem hat mit einer DQE von circa 55 Prozent
(28 kV, 0 Linienpaare pro Millimeter [Lp/mm]) gegenüber modernen Film-Folien-Systemen (DQE circa 20 Prozent) oder den Speicherfolien der DLR (DQE circa 30 Prozent) eine deutlich höhere effektive Quantenausbeute (1). Der Dynamikbereich, das heißt der Dosisbereich, der von dem Detektor ohne Unter- oder Übersteuerung in digitale Daten umgesetzt werden kann, liegt bei mehr als 10 000 : 1 und übertrifft den Belichtungsumfang eines Film-Folien-Systems von maximal 30 : 1 um mehrere Größenordnungen. Prinzipiell besteht die Möglichkeit, mammographische Aufnahmen auf einem hochauflösenden Monitor (2 k mal 2,5 k) abzubilden. Alternativ oder additiv kann man repräsentative Aufnahmen als Hardcopy über einen modernen Laserprinter mit einer höheren Ortsauflösung ausdrucken.
Experimentelle Untersuchungen
Vergleichende Phantomstudien erfolgten an einem konventionellen und einem digitalen Mammographiegerät. Dabei wurden zunächst mit einem so genannten CDMAM-Phantom die Kontrast-Detail-Auflösung beider Systeme und die korrekte Detektionsrate simulierter Läsionen evaluiert. Hierzu wurde auch ein Mammographic Accrediation Phantom RMI 156 eingesetzt. Da mit diesen Phantomen die klinische Situation nur unzureichend simuliert wird, wurde eine weitere Vergleichsstudie zur Frage der Detektion von Mikrokalk mit unregelmäßig geformten Mikrokalzifikationen vor einem anthropomorphen Hintergrund durchgeführt.
Klinische Vergleichsstudien
Seit November 1999 wird die digitale Vollfeldmammographie in unserem Haus eingesetzt. Die Indikationen zu diesen Untersuchungen bestanden bei 31 Prozent der Frauen in einem auffälligen klinischen Befund. Bei den restlichen 69 Prozent erfolgte die Untersuchung im Rahmen der Früherkennung. Anhand vergleichender intraindividueller Studien konnten zusätzliche Erfahrungen im Hinblick auf die Detektion von Mikroverkalkungen sowie die Differenzierung von Niedrigkontraststrukturen gewonnen werden. Hierzu wurden nach einem positiven Votum der zuständigen Ethikkommission Patientinnen mit zytologisch oder histologisch gesichertem Mammakarzinom präoperativ sowohl konventionell als auch digital mammographiert. Dabei wurden auch die Möglichkeiten zur Bildnachbearbeitung genutzt, zum Beispiel die allgemeine oder gezielte Variation von Helligkeit und Kontrast sowie die Option zur Vergrößerung von pathologischen Befunden am Bildschirm.
Ergebnisse
Anhand der drei Phantomstudien konnte belegt werden, dass bei gleicher Strahlenexposition die Kontrast-Detailerkennbarkeit mit der FFDM signifikant besser ist als die der konventionellen Film-Folien-Mammographie. Diesbezüglich wäre theoretisch eine Dosisreduktion um circa 40 Prozent möglich, um identische experimentelle Ergebnisse zu erzielen (6). Auch die Detektion simulierter Mikrokalzifikationen gelang in digitaler Technik etwas besser. In diesem Zusammenhang war insbesondere die 1,8fache digitale Vergrößerungsmammographie der konventionellen Vergrößerungstechnik deutlich überlegen (6).
Der subjektive Bildeindruck bei der digitalen Vollfeldmammographie wurde von allen Untersuchern als deutlich informativer als bei der konventionellen Mammographie empfunden. Von Vorteil war hierbei der größere Objektumfang, der auch eine obligate Beurteilung der Mamille sowie der kutanen und subkutanen Strukturen ohne Zuhilfenahme des so genannten Spotlight erlaubte. Hinzu kam die verbesserte Transparenz des Drüsengewebes speziell bei dichten Parenchymstrukturen. Der Nachweis und die Beurteilung des Parenchyms fiel den Untersuchern aufgrund der geringfügigen Kantenbetonung in der Hardcopy leichter als in den konventionellen Vergleichsaufnahmen. Eine noch höhere Akzeptanz fanden die Monitorfunktionen (Änderung von Helligkeit, Kontrast, Zoom und/oder Inversion) zur kompletten Ausnutzung des hohen Dynamikumfangs der digitalen mammographischen Aufnahmen. Diese wichtigen Funktionen zur Nachbearbeitung von schwer beurteilbaren Strukturen sind zwischenzeitlich unentbehrlich. Eine Limitation des Gerätes bestand lediglich in der relativ kleinen Abbildungsfläche von 19 cm mal 23 cm, sodass besonders voluminöse Mammae mit diesem Detektorsystem nicht komplett abgebildet werden konnten. Eine größere aktive Matrix ist nach Aussage der Herstellerfirma in Kürze zu erwarten.
Erste intraindividuelle Vergleichsstudien zeigten, dass die FFDM trotz ihrer geringeren nominellen Ortsauflösung bei gleicher Dosis Vorteile in der Erkennbarkeit von Mikrokalkpartikeln aufweist (Abbildung 1). Sie belegten auch, dass die digitale Technik eine größere diagnostische Sicherheit in der Beurteilung der Dignität von Mikroverkalkungen erlaubt. Mit der FFDM waren in dem Untersuchungskollektiv weniger Korrekturen der so genannten BI-RADS-Klassifikation des American College of Radiology erforderlich als mit einem Film-Folien-System (5). Die positiven Ergebnisse trafen auch für die Detektion von Niedrigkontraststrukturen zu, die ebenfalls durch intraindividuelle Vergleichsstudien ermittelt wurden. Die hieraus resultierende geringfügig höhere Sensitivität für den Nachweis maligner Tumoren ging nicht zu Lasten der Spezifität (5). Dies galt ebenso für die vergrößerte Darstellung des Bildausschnittes am Monitor, die die zusätzliche Anfertigung von Vergrößerungsaufnahmen im Einzelfall entbehrlich machte. Diese „Lupentechnik“ ersetzt logischerweise nicht komplett die direkte Vergrößerungsmammographie. Somit ergab sich neben der jeweiligen Kosten- und Zeitersparnis eine gewisse Reduktion der Strahlenexposition der Patientinnen, bei denen im Einzelfall Zusatzaufnahmen entfielen. Wiederholungsaufnahmen waren in unserem Kollektiv bisher in keinem Fall erforderlich.
Im Hinblick auf die aktuelle Exposition der digitalen Mammographien im Rahmen des Screenings und der Diagnostik wurde bisher aus medizinrechtlichen Überlegungen auf eine potenzielle Reduktion der Dosis bewusst verzichtet und die firmenseitig vorgegebene Detektoreingangsdosis von circa 90 mGy beibehalten. Bei Zusatzaufnahmen, die zum Beispiel der Dokumentation von Lokalisationssonden im Rahmen einer präoperativen Markierung dienten, war allerdings eine Dosisreduktion in einer Größenordnung von 50 Prozent ohne Einschränkung der Bildinformation realisierbar.
Aus ökonomischer Sicht könnte es hinsichtlich der laufenden Kosten zu einer gewissen Einsparung kommen, die in erster Linie auf einen Zeitgewinn durch den Fortfall des Kassettenwechsels und die anschließende Filmverarbeitung zurückzuführen ist. Für den befundenden Radiologen bedeutet dies die sofortige Präsenz der Aufnahmen auf dem Befundungsmonitor. Ferner gehören die Filmartefakte durch Verunreinigungen und/oder Folienfehler der Vergangenheit an. Darüber hinaus entfällt die arbeitstägliche Konstanzprüfung der Filmverarbeitung. Bei ausschließlicher Monitorbefundung ergibt sich ein weiterer Vorteil durch den Verzicht auf kostenintensive Hardcopys. Geeignete aktuelle Speichermedien (CD-R) sind in diesem Zusammenhang um ein Vielfaches kostengünstiger. Dies trifft mittelfristig auch für digitale Massenspeicher zu.
Diskussion
Die Abbildungsqualität der Film-Folien-Mammographie wird unter anderem durch das visuelle Auflösungsvermögen charakterisiert, angegeben als Erkennbarkeitsgrenze der Ortsfrequenz in Lp/mm. Mit der Forderung nach einer Ortsauflösung von mehr als 12 Lp/mm will man letztlich einen ausreichenden Kontrast bei niedrigen Ortsfrequenzen zwischen 3 und 5 Lp/mm sichern (3). Dies entspricht genau dem Bereich, in dem das menschliche Auge am empfindlichsten ist. Da jedoch die Detektion eines Objektes von seinem Kontrast gegenüber dem Hintergrund abhängt, ist die Kontrast-Detail-Erkennbarkeit für ein digitales System ein besseres Maß für die Übertragungseigenschaften des Systems. Der Einsatz digitaler Bildempfangssysteme erlaubt somit die Anpassung auch sehr geringer Kontraste an die Empfindlichkeit des menschlichen Auges. Die bisherige Forderung nach einer Ortsauflösung im Hochkontrastbereich von mehr als 12 Lp/mm muss für digitale Systeme dringend korrigiert werden, da sie der Bedeutung einer verbesserten (Niedrig-) Kontrastauflösung für die Abbildungseigenschaften eines solchen Systems nicht gerecht wird.
Das von uns eingesetzte neue Gerät zur FFDM kann aufgrund einer Pixelgröße von 100 mm eine maximale Ortsauflösung von „nur“ 5 Lp/mm erreichen. Dennoch zeigen die bisherigen Phantomstudien sowie die ersten vergleichenden Patientenuntersuchungen sogar deutliche Vorteile des digitalen Systems gegenüber der konventionellen Film-Folien-Mammographie. Hierzu trägt maßgeblich die relativ hohe effektive Quantenausbeute bei.
Zudem ergibt sich ein relevantes Potenzial zur Reduktion der Strahlenexposition. Hierbei ist nicht nur an eine moderate Verringerung der Detektoreingangsdosis um 10 bis 20 Prozent, sondern auch an die Verwendung einer härteren Röntgenstrahlung zu denken. Durch eine geringfügige Erhöhung der Röhrenspannung um 2 bis 3 kV sowie eine bevorzugte Verwendung von Rhodium als Anoden- und/oder Filtermaterial nicht nur bei dichten und voluminösen Mammae kann eine energiereichere Strahlung erzeugt werden, die bei gleicher Detektordosis zu einer weiteren Abnahme der Strahlenexposition der Patientin führt. Die hiermit verbundenen Kontrasteinbußen lassen sich in der digitalen Radiographie durch die Fenstertechnik weitgehend ausgleichen.
Die FFDM ist ferner die Grundlage für den Einsatz von Softwareprogrammen zur computerassistierten Befundung (computer-aided diagnosis, CAD) (2, 4, 8, 13, 14). Hierdurch könnte die Rate von übersehenen pathologischen Befunden reduziert und ein weiterer wichtiger Baustein für ein standardisiertes Screening der weiblichen Brust angeboten werden. Unabhängig davon ist zu erwarten, dass zukünftig die digitalen mammographischen Aufnahmen durch Bildtransfer im Rahmen einer Netzwerkanbindung dem klinischen Partner kurzfristig übermittelt werden können. Eine solche Tele-Mammographie ermöglicht eine fachübergreifende Befundinterpretation und eine unkomplizierte Einholung einer zweiten Meinung im Sinne des bewährten „double-reading“.
Die präsentierten Vorteile legen letztendlich die Vermutung nahe, dass die digitale Technik mittelfristig einen hohen Stellenwert für ein regionales Mammographie-Screening bekommen könnte, sofern dies sozialpolitisch erwünscht und finanziell umsetzbar ist. Die derzeit noch recht hohen Anschaffungskosten stehen dieser Überlegung nicht im Wege, da entsprechende Untersuchungen bereits heute mehrheitlich in senologisch ausgerichteten Abteilungen und Schwerpunktpraxen durchgeführt werden. Aufgrund der dann drastisch erhöhten Untersuchungszahlen innerhalb solcher Screening-Zentren würde sich zudem eine verbesserte Expertise sowohl des medizinisch-technischen Personals als auch der ärztlichen Mitarbeiter ergeben.

zZitierweise dieses Beitrags:
Dt Ärztebl 2001; 98: A 1266–1269 [Heft 19]

Literatur
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 3. de Wolf CJ, Perry NM, eds.: European guidelines for quality assurance in mammography screening. Luxembourg : 2nd edition 1996.
 4. Feig SA, Yaffe MJ: Digital mammography, computer-aided diagnosis, and telemammography. Radiol- Clin- North- Am 1995; 33: 1205–1230.
 5. Fischer U, Baum F, Vosshenrich R, Obenauer S, Grabbe E: Detektion von Mikroverkalkungen in der direkten digitalen Vollfeldmammographie. Fortschr Röntgenstr 2000; 172: 41.
 6. Hermann KP, Obenauer S, Funke M, Grabbe E: Strahlenexposition der Patientin bei digitaler Vollfeldmammographie im Vergleich zur konventionellen Film-Folien-Mammnographie. Fortschr Röntgenstr 2000; 172: 41.
 7. Jing Z, Huda W, Walker JK: Scattered radiation in scanning slot mammography. Med Phys 1998; 25: 1111–1117.
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12. Nab HW, Karssemeijer N, Van-Erning LJ, Hendriks JH: Comparison of digital and conventional mammography: a ROC study of 270 mammograms. Med Inform Lond 1992; 17: 125–131.
13. Nawano S, Murakami K, Moriyama N, Kobatake H, Takeo H, Shimura K: Computer-aided diagnosis in full digital mammography. Invest Radiol 1999; 34: 310–316.
14. Roehrig J, Castellino RA: The promise of computer aided detection in digital mammography. Eur J Radiol 1999; 31: 35–39.

Anschrift für die Verfasser:
Prof. Dr. med. Eckhardt Grabbe
Abteilung Röntgendiagnostik I
Georg-August-Universität Göttingen
Robert-Koch-Straße 40
37075 Göttingen
E-Mail: roe1@med.uni-goettingen.de

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