乳房トモシンセシス
—マンモグラフィの性能向上—
Breast Tomosynthesis — Improving the Performance of Mammography —技術レポート
Key Words: Tomosynthesis, Mammography, Three-Dimensional Imaging, BIRADS
乳房トモシンセシスは、圧迫された乳房を短時間でスキャンし複数の角度で画像収集する3次元撮影技術である。収集した個々 の画像は一連の薄い高解像度断層像に再構成され、一画像ずつまたは連続的にシネモードで表示できる。 再構成されたトモシンセシス断層像は、従来の2次元マンモグラフィ撮影における組織の重なりや構造ノイズに起因する問題を 減少あるいは排除することができる。またデジタル乳房トモシンセシスは、診断や検診精度の改善、再検の減少、放射線科医の確 信度向上、および3Dでの病変位置の特定など多くの効果が期待できる。 Hologicは、複数の施設や読影者による臨床試験を行い、検診環境におけるトモシンセシスの臨床性能を評価した。本レポート では、トモシンセシスの理論、その期待される臨床上の利点と臨床試験の結果を概説する。
Breast tomosynthesis is a three-dimensional imaging technology that involves acquiring images of a stationary com-pressed breast at multiple angles during a short scan. The individual images are then reconstructed into a series of thin high-resolution slices that can be displayed individually or in a dynamic cine mode.
Reconstructed tomosynthesis slices reduce or eliminate the problems caused by tissue overlap and structure noise in single slice two-dimensional mammography imaging. Digital breast tomo synthesis also offers a number of exciting opportunities including improved diagnostic and screening accuracy, fewer recalls, greater radiologist confidence, and 3D lesion localization.
Hologic has conducted a multi-center, multi-reader clinical trial to measure the clinical performance of tomosynthesis in a screening environment. This paper outlines the theory of tomosynthesis, its expected clinical benefits, and summarizes the results of the clinical trial.
1．トモシンセシスの原理
従来のX線マンモグラフィは、2次元（2D）画像のモダリ ティである。従来のマンモグラフィでは関心病変の上下から のX線信号の散乱のため、関心病変を視覚化するのが往々に して困難である。これはフィルムカセッテまたはデジタル検 出器上のX線信号が、その位置の上部の全組織での全X線吸 収で決まるためである。 トモシンセシス1）2）3）4）5）は、組織の重なりを効果的に減少ま たは排除することができる3次元（3D）撮影法である。図1に 乳房トモシンセシスシステムを搭載したSelenia※ Dimensions を示す。乳房を圧迫している間に、検出器に対してX線管を 1）株式会社日立メディコ XR営業本部 2）Hologic, Inc.落合 是紀1） Yoshinori Ochiai アンドリュー スミス2） Andrew Smith
＊ 本レポートはBreast Tomosynthesisの原理について解説したものである。したがって製品としての「デジタル式 乳房X線撮影装置 Selenia Dimensions」の仕様と異なる数値や技術の記載があることに留意願いたい。
図1：乳房トモシンセシスシステムを搭載した Selenia Dimensions 回転させ、多数の異なる方向からのX線像を収集する。乳房 の異なる高さにある対象物は、各投影像にそれぞれ異なって 表示される。図2では、二つの対象物（針状病変および楕円） が入射X線が0度のとき重なっているが、0度以外での収集で は二つの対象陰影が画像内でずれている。 トモシンセシス演算処理では、関心病変はお互いの相対的 な投影像の適当なずれによって、所定の高さで関心病変を強 調する再構成画像を生成する。図3に示す例では、一つの特 定の高さでの断層像を再構成している。この例では、各投影 像が加算され、針状病変部を強調し、楕円形対象部をぼかす ことによってコントラストを減少させる特殊な方法で、他方 を相対的にずらしている。 トモシンセシス演算処理は、一連の撮影設定で3D断層像 を再構成できるので、高さを変えた追加の画像収集は必要が ない。
2．収集の実行
図4にトモシンセシス撮影時の装置の動作状態を示す。乳 房は通常の方法で圧迫される。乳房を圧迫している間に、X 線管を限られた角度範囲で回転させる。低線量照射が各々の 角度で行われ、画像を収集する。通常、X線管は5秒以下の 全スキャンの間に10-20度回転し、10-20回の照射がほぼ1度 ごとに行われる。収集した画像は異なる角度で乳房を通過し たX線投影像で、これらの画像から断層像に再構成される。 通常、乳房はMLO（Mediolateral Oblique）またはCC（Cara-nio Caudal）方向から撮影されるが、トモシンセシスシステム でも、任意の向きの画像を収集できなければならない。 トモシンセシスシステムの設計で一つの考慮すべき点は、 撮影中のX線管装置の動きである。X線管は、連続動作また 入射X線 カセッテまたはデジタル検出器上に見られる画像 図 2：トモシンセシスは組織の重複を低減または排除 トモシンセシス撮影で、異なる角度から収集された画像に異な る高さの構造物を分離。従来のマンモグラフィは中央の画像の みを収集。 個々の画像投影 1 個々の画像投影 2 個々の画像投影 3 1＋2＋3＝1mm スライス 個々の画像 合成画像 図 3：トモシンセシスは所定の高さで対象を強調 収集された投影像を移動および加算して、任意の高さの関心病 変の視認性を増加。 図 4： トモシンセシス撮影 におけるX線管の動 作状態 は停止・撮影繰り返し動作のいずれかである。連続動作で は、X線照射時間は焦点の動きによる画像ぼけを避けるため 十分短くなければならない。停止・撮影繰り返し動作の場合、ガントリーはX線を照射する前に各角度位置で完全に停 止しなければならない。停止できないと振動で画像がぼけて しまう。最も重要な基準は、全撮影時間をできるだけ短くし、 微小石灰化像やスピキュラ像の視認性を劣化させる受診者 の動きをできるだけ減らすことである。 角度範囲と撮影中に収集された画像数は、最適化する必要 がある別の要素である。一般的に、画像数が増えればアーチ ファクトの少ない再構成画像ができる。一方、一定の全照射 線量に対し照射回数が多くなれば、一回ごとのX線照射線量 が減ることにより画像の信号が減少する。これらの間でバラ ンスを取る必要がある。照射回数が少な過ぎると、画像検出 器のノイズが画像を支配し、再構成像の画質を劣化させる。 照射回数が多い場合、データ量と再構成時間が増大する。角 度範囲に関しては、角度範囲を大きくすると再構成された断 層像の分離が大きくなり、角度範囲を小さくすると一断層像 の中にあるより多くの構成物に焦点が合うことになる。角度 間隔を大きくすることは、理論的には二つの近接して存在す る構成物を分離するのに望ましいが、個々の石灰化が別の断 層像に表示されることによる微小石灰化の集まり具合の評 価、あるいは一つ以上の狭い断層像にあるスピキュラの表示 を著しく低下させる。
3．トモシンセシスのシステム必要条件
（1）検出器効率と線量 トモシンセシス撮影は、各画像収集が通常の単一画像マン モグラフィの約5-10％の一連の低線量撮影からなっている。 各照射が低線量なので、画像検出器は量子効率が高く、ノイ ズが低いことが不可欠である。画像は毎秒数画像ずつ収集さ れているので、高速画像処理がもう一つの必要条件である。 マンモグラフィのエネルギーでX線吸収95％以上の量子検出 効率（DQE）と高速読出し能力を持ったセレンをベースとした 画像検出器は、トモシンセシスシステムには理想的な検出器 である。セレン検出器を用いることにより、全照射線量が従 来のマンモグラフィと同様の照射線量でトモシンセシスの撮 影を行うことができる。 （2）収集モード トモシンセシスシステムは、トモシンセシス収集に加えて、 従来の2Dデジタルマンモグラフィ検査を行えなければなら ない。トモシンセシス画像においては、CCとMLOだけでな く、すべての撮影方向で撮影できなければならない。また、こ のシステムは、一回の圧迫で通常の2Dマンモグラフィとトモ シンセシス検査を行えなければならない。これを可能にする ため、グリッドの自動退避と、2Dと3Dの撮影モード間を高速 かつ自動的に切り換えられることが必要である。4．画像再構成
図5に示すように、トモシンセシス再構成処理は、その断面 が撮影台に平行な面で高解像度画像を計算している。通常、 これらの画像は1mmのスライス間隔で再構成される。従って 投影画像 −7.5° −7.5° 0° ＋7.5° 35mm 25mm 10mm 0° ＋7.5° Reconstructed Slices 異なるX線管角度からの投影像 異なる高さの断層像 図 5：トモシンセシスは、複数角度の乳房像を撮影し、それを断層像に再構成 左の画像は、異なる角度の乳房から収集された15 投影画像のうちの 3 画像。右の画像は、1mmピッチでの再構 成断層像のうちの3 画像。5cmに圧迫された乳房トモシンセシス検査は50枚の再構成 断層像からなっている。特にトモシンセシスがインターベン ショナル検査の一部となる場合、高速再構成は不可欠で、撮 影後の処理時間は10秒以下にすることが重要である。
5．表示法
再構成されたトモシンセシス断層像は、CT断層像に似た 表示ができる。術者は、画像を一度に一枚または反復動画で 見ることができる。元画像である投影像は、各々が低線量で あっても従来の2Dマンモグラフィと同じで、これらは必要に 応じて従来どおり観察することができる。このシステムが2D または3Dマンモグラムを一度の圧迫で収集した場合、これら 二つの方法で撮影された画像は共通に登録される。二つの モード間の高速切換ができるソフトコピーワークステーショ ンでは、各モードで撮影した病変部と他のモードで撮影した 対応する病変部の特定が素早くできる。図6に乳房の再構成 トモシンセシス断層像の一例を示す。図7に低コントラスト領 域における描出の優位性の一例を示す。 図 6：再構成されたトモシンセシス断層像 撮影台から圧迫パドルまでの乳房の再構成されたトモシンセシス断層像は、矢印で示す嚢胞と石灰化が乳房内の異なる高さにあること を明らかにしている。 図 7：低コントラスト領域における描出の優位性 低コントラスト領域の視認性評価のため、左画像：ACRファントムを切除した乳房の上に配置して撮影。中央画像：4倍線量の従来デ ジタルマンモグラム。右画像：デジタルマンモグラムの 1/4 の線量の線量で撮影したトモシンセシス画像。中央画像は右画像に対し低 コントラスト部分の視認性が劣っている。 4倍線量のデジタルマンモグラム 1倍線量のトモシンセシス ファントム挿入面の断層像6．可能性のある臨床上の利点
（1）再検査や生検の減少および癌病変部検出の改善 トモシンセシスは、2Dマンモグラフィ検査での再検査と、 追加撮影が必要となる主な原因である組織の重なりによる読 影問題の多くを解決するであろう。また疑わしい部分の視覚 化が改善されることにより、生検率は減少できるだろう。2D マンモグラフィでは隠されているいくつかの病変は、構造ノ イズ解消により識別できるようになる。従ってトモシンセシ スは癌病変部の検出を改善する可能性が大きい。 （2）組織の位置特定 トモシンセシス断層像内の病変の位置が乳房内の真の3D 座標を完全に決めるので、バイオプシー検査はトモシンセシ スで作成された座標を用いて行うことができる。 （3）より明瞭な画像 組織の重なりや構造ノイズが減った画像が示されるため、 病変部がより明瞭に見えることが期待される。これは、より確 実な読影につながる可能性がある。 図8は3Dトモシンセシス撮影がどうしてより確実な読影に つながるかを示している。従来のマンモグラフィでは、乳房 は組織の重なりを減らすように圧迫される。 トモシンセシスでは、構造ノイズの減少のため良好な病変 視認性が得られる。この図で青で示される病変は、白で示さ れる重なった組織からの2D画像でははっきりしない。右に示 される適切な断層像（3D画像）では病変の明瞭な視覚化が可 能である。このことは読影を行う放射線科医にとって確信度 が向上される結果となる。 （4）トモシンセシス撮影の方向 トモシンセシスの開発当初には、トモシンセシス画像の3D 特性から多方向からの乳房を観察することができるので、ト モシンセシス撮影はMLO方向での撮影のみでよいであろう と示唆されていた6）。しかし、現在ではトモシンセシスは MLO方向とCC方向の両方が必要となることが示されてい る。これはトモシンセシスが、CTのような他の撮影モダリ ティとは異なり、サジタル像やコロナル像のような直交多面 再構成画像を生成できないためである。伸ばした平面の、ま たは球体でない病変部は、多方向より一方向で撮影された場 合に、よりよく表示できる。最近の科学発表7）では、CC方向 のトモシンセシス像で見られたが、MLO方向のトモシンセシ ス像では見えなかった癌が9％あったとの報告がある。7．トモシンセシス臨床試験
Hologicは、トモシンセシスの性能を調査するため、複数の 施設や読影医による試験を行った8）。試験の目的は、従来の デジタルマンモグラフィ（2D）に加えて乳房トモシンセシス （3D）を用いた放射線科医による癌検出率と検診の再検率を、 2D画像のみを用いた場合と比較することである。試験では、 5カ所の臨床センターにおいて女性1,083人が両乳房の2D撮 影と3D撮影を受けた。画像は検診マンモグラフィだけでなく 診断マンモグラフィからも集められた。2Dと3D撮影の両方 とも、両乳房のCC画像とMLO画像からなっている。CCと MLO の3D撮影は、Hologic Seleniaトモシンセシス・プロト タイプを用いて行われた。 ランダムに選ばれた316例の撮影データが、放射線医12人 により検討された。まず2D画像が評価され、次に読影者が、 2Dと3D画像を一緒に読影し評価した。読影者12人全員に ついて、臨床評価結果をROC曲線に表し、測定した結果、 2D＋3D画像による読影結果が 2D画像のみの読影結果と比 較して優れていた。 図 9に読影者 12 名分のROC曲線の平均から作成された ROC曲線を示す。読 影 者の ROC曲線 下の平 均面 積は、 forced BIRADS評価を用いて0.83から0.90と0.07 増加し、 0.0004のp値（有意確率）で高い有意性の増加を示している。 2D撮影のみの読影においてはBIRADSで 4および5と評価 された癌の割合が66％から、2D撮影に3D撮影を組み合わせ た読影では76％に改善され、BIRADSで1-3と評価された特 2D 3D 図 8：トモシンセシスは、より鮮明な画像を提供 従来のマンモグラフィ内で重なった組織（左）と隠れた病変は、 トモシンセシスを用いることで不明瞭になる可能性が減少（右）。 2D＋3D 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 偽陽性率 真陽性率 2D 図 9： トモシンセシスは、マンモグラフィのみに比べて診断能 が改善 読影者12名を平均した、2Dおよび2D＋3D撮影性能のROC曲 線、トモシンセシスを用いた臨床性能に著しい改善を示している。異度は84％から89％に増加し、43％の平均再検率の減少が みられた。この複数施設の複数読影検査で、放射線医の読影 成績は、2D撮影に3D撮影を組み合わせて読影した場合、2D 撮影のみの場合と比較して著しく改善された。 図10に臨床例画像を示す。いずれも従来の画像に比べ、ト モシンセシスデータからの断層像で明瞭に描出されている。
8．結論
乳房トモシンセシスは、重なった組織間の情報をより明瞭 に識別可能にすることによって、病変のより正確な評価がで きる3D画像を提供する。この技術の利用から、より低い再検 率、要生検のためのより高い陽性予測率、より高い癌検出率、 より少ない再検、より少ない生検、および放射線医のより確 実な読影がもたらされることが期待される。乳房トモシンセ シスは、検診マンモグラフィおよび診断マンモグラフィの両 方で大いに役立つであろう。謝辞
本文の画像を提供していただいた下記の施設に謝意を表し ます。･ Dartmouth Hitchcock Medical Center, Lebanon, NH USA
･ Magee Women’s Hospital, Pittsburgh, PA USA ･ Massachusetts General Hospital, Boston, MA USA ･ Netherlands Cancer Institute-Antoni Van
Leeuwen-hoek Hospital, Amsterdam, Holland
･ University of Iowa Health Care, Iowa City, IA USA ･ Yale University School of Medicine, New Haven, CT
USA 図 10：臨床例画像 従来のデジタルマンモグラムではよく見えない管状小葉腺 癌（左の画像）は、トモシンセシスデータからの断層像でよ り良く評価される（右の画像）。 浸潤性小葉癌と、従来のデジタルマンモグラムでよく見え ない多病巣（左の画像）は、トモシンセシスデータからの断 層像ではより明瞭に描出されている（右の画像）。 デジタルマンモグラフィでは疑わしい領域（左の画像）は、 トモシンセシスで問題ないと識別できる（右の画像）。 マンモグラフィでは隠れている癌（左の画像）がトモシンセ シスデータからの断層像では描出されている（右の画像）。
◎用語説明
CC ... CaranioCaudal（頭尾方向） MLO ... Mediolateral Oblique（内外側斜位
方向）
DQE ... Detective Quantum Efficiency （検出量子効率）検出器の線量効率
の尺度。
BIRADS ... Breast Imaging Reporting And Data System
Forced BIRADS ... 1～5のみの評価値、すなわち再検 なしを可能とするBIRADS評価点。 ROC ... Receiver Operating
Characteris-tics（受信者動作特性）。識別閾値が 変化するような2値分類システムの ための真陽性率対偽陽性率のグラ フ・プロット。 トモシンセシス ... トモシンセシスは、デジタル画像収 集と画像処理に、従来の断層撮影 装置で使用される単純なX線管／検 出器運動を組み合わせている。CT に似ているが、別個の技法である。 セレン ... 直接変換 X線画像検出体に使用さ れる放射線検出材料 ヨウ化セシウム ... 間接変換 X線検出体に使用される 放射線検出材料 ※ Seleniaはホロジック・インコーポレイテッドの登録商標です。
参考文献
1） Dobbins JT III and Godfrey DJ. : Digital x-ray tomo-synthesis : current state of the art and clinical poten-tial, Phys. Med. Biol. 2003 Oct 7 ; 48（19）R65-106. 2） Newman, L. : Developing technologies for early
detec-tion of breast cancer: a public workshop summary. Washington, D.C. : Institute of Medicine and Commis-sion on Life Sciences National Research Council, 2000.
3） Niklason LT, Christian BT, Niklason LE, Kopans DB, et al. : Digital tomosynthesis in breast imaging. Radi-ology. 1997 Nov ; 205（2） : 399-406.
4） Smith A, Hall PA, Marcello DM. : Emerging technolo-gies in breast cancer detection. Radiology Manage-ment. July-August 2004 ; 16-27.
5） Smith AP, Ren B, DeFreitas K et al. : Initial Experi-ence with Selenia Full Field Digital Breast Tomosyn-thesis. In : Proceedings of IWDM Durham North Caroline, June 2004, Ed. Etta Pisano.
6） Rafferty EA, Kopans DW, Wu T, Moore RH. : Breast Tomosynthesis : Will a Single View Do? Presented at
RSNA 2004, Session SSM02-03 Breast （digital mam-mography）.
7） Rafferty EA, Niklason L, Jameson-Meehan L. : Breast Tomosynthesis : One View or Two? Presented at RSNA 2006, Session SSG01-04 Breast Imaging （digital tomosynthesis.）
8） Rafferty EA, Niklason L, Halpern E et al. : Assessing Radiologist Performance Using Combined Full-Field Digital Mammography and Breast Tomosynthesis Versus Full-Field Digital Mammography Alone : Results of a Multi-Center, Multi-Reader Trial. Pre-sented at RSNA 2007, Session SSE26-02 Late Break-ing Multicenter Clinical Trials.
