A Virtual clinical trial on a novel phantom for digital breast tomosynthesis

Abstract

Für die digitale Brusttomographie, eine Röntgenuntersuchung der menschlichen Brust zur Erkennung von Krebs, wurde ein neues Qualitätssicherungsphantom gebaut und soll in einer virtuellen klinischen Studie untersucht werden. Der lokale Kontrast von 20 zufällig ausgewählten Partikeln für jede der fünf Größengruppen wurde in einem Bild der Calciumcarbonat Partikel auf einem Kunststoffblock verteilten gefunden. Die Partikel wurden mit einem verifizierten und getesteten Simulationstool in MATLAB in ein Bild von dem Kunststoff alleine simuliert und der Kontrast mit dem Originalbild verglichen. Infolgedessen reicht der durchschnittliche Kontrastunterschied des simulierten und des Originalbildes für die fünf Größengruppen von 0,0039 für die Größengruppe 1 bis 0,0078 für die Größenklasse 0. Die anderen Ergebnisse sind Kontrastunterschiede von 0,0055, 0,0056 und 0,006 für die Größenklasse 2, 3 und 4. Abschließend fand die virtuelle klinische Studie erfolgreich einen signifikant kleinen durchschnittlichen Unterschied im Kontrast der Mikroverkalkungen. Die Verwendung dieses Materials im Phantom ist gerechtfertigt, da der gezeigte Kontrast des Originalbildes dem Kontrast der Simulation zufriedenstellend ähnlich ist. Der Versuch war jedoch aufgrund der Fähigkeiten des Simulationsframeworks und der Zusammensetzung des Originalbildes eingeschränkt. Zukünftig sollen Tests zur Erkennbarkeit der Mikroverkalkungen und später der zweiten Art von Testobjekten im Phantom, der nicht spikulierten Massenmodelle, durchgeführt werden.

For digital breast tomography, an X-ray examination of the human breast to detect cancer, a novel quality assurance phantom was built and shall be investigated in a virtual clinical trial. The local contrast of 20 randomly chosen particles for each of the five size group was found in an image of the calcium carbonate particles spread on a plastic block. The particles were simulated with a verified and tested simulation tool in MATLAB in an image of the plastic alone and the contrast was compared to the original image. As a result, the average difference in contrast of the simulated and the original image for the five size groups range from 0.0043 for the size class 1 to 0.0078 for group 0. The other outcomes are differences in contrast of 0.0055, 0.0056 and 0.006 for the size classes 2, 3 and 4. In conclusion, the virtual clinical trial successfully found a significantly small average difference in contrast of the microcalcifications. The use of this material in the phantom is justified as the exhibited contrast of the original image is satisfyingly similar to the contrast of the simulation. However, the trial was constrained due to the capabilities of the simulation framework and the composition of the original image. In the future tests shall be done on the detectability of the microcalcifications and later on the second type of test objects in the phantom, the non-spiculated mass models.