Digitale mammografie is goed bruikbaar in het bevolkingsonderzoek naar borstkanker

Onderzoek
H.W. Nab
N. Karssemeijer
L.J.T.O. van Erning
A.L.M. Verbeek
J.H.C.L. Hendriks
Citeer dit artikel als
Ned Tijdschr Geneeskd. 1990;134:2383-7
Abstract
Download PDF

Samenvatting

De mammogrammen die tussen 1981-1989 in het Nijmeegse screeningsprogramma naar borstkanker gemaakt werden, werden retrospectief herbeoordeeld. De mammogrammen die vóór de detectie van borstkanker vervaardigd waren, toonden in 22 van de gevallen aanwijzingen voor tumorgroei op de plaats van de later ontdekte maligniteit. In het kader van het bevolkingsonderzoek naar borstkanker is vermindering van het aantal gemiste tumoren van belang. Hierbij kan gedigitaliseerde beeldverwerking en automatische beeldherkenning een belangrijke rol spelen.

De diagnostische kwaliteit van gedigitaliseerde en conventionele mammogrammen werd vergeleken. Er werd een werkstation opgezet voor beelddigitalisatie en beeldverwerking waarmee optimale contrastweergave en beeldbewerking van mammogrammen mogelijk waren. De diagnosen die gesteld werden op grond van de op een monitor weergegeven gedigitaliseerde mammogrammen, waren even goed als de diagnosen die op de conventionele opnamen op film gebaseerd waren.

Het onderzoek richtte zich tevens op automatische herkenning val beeldkenmerken. Voor automatische detectie van microcalcificaties werd een procedure ontwikkeld. Dit kan leiden tot optimalisatie van de diagnostiek in de screening.

artikel

Inleiding

Zie ook het artikel op bl. 2379.

Inleiding

Ieder jaar krijgen in Nederland ongeveer 7500 vrouwen borstkanker en sterven ongeveer 3000 vrouwen aan deze ziekte. Daarmee is borstkanker de meest voorkomende vorm van kanker bij vrouwen in Nederland.12 Aangezien de sterfte sterk afhankelijk is van het stadium van ontdekking en van de behandeling, kan de thans nog gemiddelde sterfte van 40 aanzienlijk worden teruggedrongen door een vroege opsporing en behandeling.3

Mammografie is een sensitieve methode om borstkanker in een vroeg stadium te ontdekken. Bij een landelijke 2-jaarlijkse screening bij vrouwen tussen 50 en 70 jaar kunnen circa 630 sterfgevallen per jaar vermeden worden.4 Inmiddels heeft naar aanleiding van een advies van de Gezondheidsraad zowel de minister van Welzijn, Volksgezondheid en Cultuur als de Ziekenfondsraad ermee ingestemd om een landelijke screening op borstkanker voor te bereiden voor vrouwen tussen 50 en 70 jaar.

In Nijmegen vindt sinds 1975 een proefbevolkingsonderzoek naar borstkanker plaats. Kortgeleden zijn in dit tijdschrift de voorlopige resultaten van deze screening in de periode 1975-1986 bekend gemaakt.5 Hieruit blijkt dat momenteel het percentage terecht doorverwezen patiënten in het Nijmeegse bevolkingsonderzoek stijgt door een toegenomen ervaring van de radiodiagnosten en het beschikbaar komen van gevoeliger apparatuur. De gepubliceerde cijfers geven aan dat er in de eerste vijf screeningsronden 310 carcinomen en 158 intervalcarcinomen gevonden zijn. Intervalcarcinomen zijn carcinomen die zijn ontdekt tussen twee screeningsronden in, waarbij het voorgaande screeningsonderzoek als negatief werd beoordeeld. De verhouding tussen de bij de screening ontdekte carcinomen en intervalcarcinomen is dus 2:1.

In dit kader is het van belang of op de eerder gemaakte mammogrammen de tumor al zichtbaar was zonder op dat moment als zodanig te worden herkend. Om dit te bepalen, verzamelden wij de screeningsmammogrammen van alle patiënten die in de periode 1981-1989 aan het Nijmeegse bevolkingsonderzoek deelnamen en borstkanker kregen. Deze mammogrammen werden kritisch herbeoordeeld door twee radiologen. Bij 22 van de patiënten bleek op mammogrammen die gemaakt waren vóór de ontdekking van de tumor, een afwijking zichtbaar te zijn op de plaats van de later ontdekte maligniteit. Deze mammogrammen waren gemiddeld 21 maanden voordat de tumor werd gevonden, gemaakt.

Met het oog op de invoering van een landelijke screening op borstkanker, waarbij jaarlijks tussen de 500.000 en 800.000 vrouwen onderzocht zullen worden, is vermindering van het aantal gemiste tumoren van belang.4 Een ontwikkeling die hier een bijdrage aan kan leveren is de digitalisatie van de mammografie.

In dit artikel worden de resultaten van diagnostiek op basis van digitale mammogrammen vergeleken met die van diagnostiek op basis van conventionele beelden.

Methode

Digitale beelden

Een digitaal beeld bestaat uit een beperkt aantal beeldpunten, waarbij voor ieder beeldpunt afzonderlijk in het computergeheugen een waarde is vastgelegd. Bij beeldweergave worden deze waarden vertaald in een bepaalde grijswaarde of kleur op een beeldscherm. In tegenstelling tot de conventionele filmbeelden kunnen digitale beelden op velerlei wijze worden weergegeven of bewerkt. Zo kan de contrastweergave gevarieerd worden, zodat elk willekeurig gebied in de afbeelding optimaal wordt afgebeeld. Verder biedt een digitaal beeld de mogelijkheid tot door de computer ondersteunde beeldinterpretatie. Hierbij worden technieken voor automatische patroonherkenning toegepast om bepaalde beeldkenmerken te kwantificeren. Een digitaal mammogram kan verkregen worden door de beeldinformatie direct digitaal vast te leggen of door een analoog filmbeeld (röntgenfoto) om te zetten in een digitaal beeld.

Direct digitaal vastleggen is bijvoorbeeld mogelijk met een röntgenabsorberende fosforplaat die de plaats inneemt van een film tijdens het maken van de foto.67 Na röntgenexpositie wordt de fosforplaat afgetast met een laserstraal, waarbij de beeldinformatie wordt opgeslagen in een computergeheugen. Hierna kan de fosforplaat gewist en opnieuw gebruikt worden.

Het omzetten van een analoog filmbeeld in een digitaal beeld kan bijvoorbeeld met een zogenaamde ‘chargecoupled device’(CCD)-camera gedaan worden. Dit is een halfgeleideropnemer die lichtintensiteiten omzet in elektrische signalen.8

Digitalisatie-opstelling

Binnen het Instituut voor Radiodiagnostiek van het Academisch Ziekenhuis Nijmegen is een werkstation met een CCD-camera geïnstalleerd om de mogelijke toepassingen van digitale mammografie te bestuderen. De conventionele mammogrammen worden gedigitaliseerd met een Eikonix 1412-camera. Deze is uitgerust met een lineaire CCD-sensor, waarmee een resolutie van maximaal 4096 bij 4096 beeldpunten en 4096 grijswaarden bereikt kan worden. De camera is geplaatst boven een Gordon's plannar 1417-lichtbak, waarop het mammogram wordt gelegd. De camera wordt bestuurd door een VAX 3100-computer die ook voor beeldbewerking wordt gebruikt. Deze configuratie is opgenomen in een ‘picture archiving and communication system’ (PACS) met een ‘diagnostic reporting console’(DRC20)-beeldweergave-eenheid met 2 hoge-resolutiebeeldschermen voor radiologische beoordeling in een klinische setting.9 Voor lange-termijnopslag van de beelden worden optische schijven van 2,4 gigabyte gebruikt.

Het PACS-netwerk verbindt verschillende locaties binnen het ziekenhuis met elkaar. Dit maakt het mogelijk digitale mammogrammen op verschillende locaties op te roepen en te beoordelen. Hierbij kunnen eventueel tegelijkertijd klinische gegevens afgebeeld worden.

De gedigitaliseerde mammogrammen hebben een resolutie van maximaal 400 beeldpunten per mm², terwijl elk beeldpunt 4096 verschillende grijswaarden aan kan nemen. Het benodigde geheugen is dan 32 megabyte per beeld. Vanwege de gelimiteerde geheugencapaciteit en de snelheid van het systeem worden vooralsnog beelden van 2048 bij 2048 beeldpunten gebruikt. Na compressie, waarbij een verwaarloosbaar verlies aan informatie optreedt, wordt nog slechts 4 megabyte geheugen per beeld gebruikt. Voor de correctie van fluctuaties en inhomogeniteiten in de helderheid van de lichtbak en voor de optimalisatie van de beeldweergave werden computerprogramma's ontwikkeld.

Resultaten

Om de beeldkwaliteit van de gedigitaliseerde röntgenopnames te beoordelen werden 2 sets mammogrammen zowel analoog op film als digitaal op beeldscherm voorgelegd aan twee radiologen. De eerste set bestond uit 150 onbewerkte mammogrammen. De helft hiervan waren foto's van maligniteiten en de andere helft waren contralaterale mammogrammen zonder maligniteit. De tweede set bevatte 120 mammogrammen waarbij bij de helft pathologisch-anatomisch microcalcificaties waren aangetoond en bij de andere helft niet. De kwaliteit van de gedigitaliseerde mammogrammen werd met behulp van ‘receiver operating characteristic’(ROC)-analyse als volgt onderzocht. Bij beide sets gaven de radiologen aan hoe waarschijnlijk zij het achtten dat er een afwijking (maligniteit of microcalcificaties) aanwezig was. Hierbij konden ze kiezen uit een getal tussen 1 en 10. De hoogte van dit getal gaf de mate van zekerheid aan van de mening dat een afwijking aanwezig was.10 Hierna werden de percentages goed-positieve en fout-positieve diagnosen berekend voor de situatie dat de radiodiagnosten een extreme keuze hadden moeten maken uit ‘wel’ of ‘geen’ afwijking aanwezig. Als drempelwaarde werd een bepaald zekerheidsniveau gekozen, uitgedrukt in een van de keuzegetallen. Voor elk mogelijk zekerheidsniveau als drempelwaarde werden de percentages goed-positieve en fout-positieve diagnosen bij de gedigitaliseerde en de conventionele beelden bepaald. Dit leverde de figuren 1 en 2 op.11

De oppervlakten onder de grafieken kunnen beschouwd worden als een maat voor diagnostisch vermogen. Ze blijken bij digitale mammogrammen niet significant te verschillen van analoge (p > 0,10).10

Beschouwing

Het diagnostisch oordeel van de radiologen aan de hand van de gedigitaliseerde mammogrammen op een beeldscherm bleek niet merkbaar te verschillen van het oordeel op grond van de analoge beelden op film. Dit is een opvallend resultaat, omdat de digitale techniek bij dit onderzoek in het nadeel was vanwege de niet optimale resolutie en de onervarenheid van de diagnosten met deze methode.

Automatische detectie van microcalcificaties

Bij borstkanker zijn in ongeveer 50-60 van de gevallen microcalcificaties aanwezig.1213 Detectie en precieze weergave van microcalcificaties zijn van belang voor differentiatie tussen benigne en maligne afwijkingen en voor bepaling van de uitgebreidheid van een tumor in verband met selectie voor borstsparende therapie.1415

Het beeldanalyse-onderzoek in Nijmegen richt zich onder andere op de ontwikkeling van methoden voor automatische herkenning van microcalcificaties. Hiervoor zijn in de literatuur verschillende methoden beschreven, maar deze blijken nog verre van volmaakt.1617 Bij deze detectiemethoden wordt in eerste instantie gezocht naar beeldpunten die aanmerkelijk helderder zijn dan hun directe omgeving. De helderheid van de omgeving is echter moeilijk te definiëren, vooral indien er duidelijke weefselstructuren aanwezig zijn zoals bloedvaten. Daarnaast bevat de omgeving van een calcificatiebeeldpunt vaak nog meer beeldpunten die tot dezelfde of een andere calcificatie behoren. Genoemde factoren verzwakken het verschil tussen de helderheid van een beeldpunt en het gemiddelde van zijn omgeving, waardoor de detectiemethode ongevoeliger wordt. Daarom werd een iteratieve procedure ontwikkeld. Hierbij wordt het beeld telkens opnieuw doorlopen waarbij beeldpunten die reeds als calcificatie zijn aangemerkt niet meer worden meegenomen bij het bepalen van het omgevingsgemiddelde. Een kwantitatieve analyse van microcalcificatieclusters is nu mogelijk.1819 Figuur 3 toont een resultaat van de ontwikkelde procedure.

Mogelijkheden in de praktijk

In de medische praktijk kunnen gedigitaliseerde mammogrammen worden afgebeeld op hoge-resolutiebeeldschermen. Hierop zijn een optimale contrastweergave en beeldmanipulaties mogelijk. Daarbij kunnen tevens de bevindingen van automatische computeranalyses en verdere klinische gegevens afgebeeld worden. De radioloog kan zich concentreren op de geselecteerde mammogrammen en aan de hand van het totaal aan gegevens de diagnostiek verrichten. De diagnostiek zal hierdoor waarschijnlijk verbeteren. Opslag van de gedigitaliseerde beelden is mogelijk op een beeldplaat of een magneetband.

In de nabije toekomst zal de conventionele film volledig kunnen worden vervangen door digitale mammografie. Mammogrammen kunnen dan direct digitaal worden opgenomen en opgeslagen. Een afdruk op film hoeft dan alleen nog op verzoek gemaakt te worden. Naast de mogelijkheid van het optimaal afdrukken geeft dit een aanzienlijke kostenbesparing.20

Conclusie

Bij een landelijk bevolkingsonderzoek zullen jaarlijks meer dan een half miljoen vrouwen gescreend worden. Daarom is het zinvol de diagnostiek verder te verbeteren.

De diagnostiek op grond van gedigitaliseerde mammogrammen met 2048 bij 2048 beeldpunten blijkt even goed te zijn als die op grond van conventionele beelden. Digitalisatie van de mammografie biedt goede perspectieven voor een verbetering van de diagnostiek. Dit kan gebeuren door gebruik te maken van een hoge resolutie, automatische detectieprocedures en door training van de radiodiagnosten in deze techniek.

Deze studie werd mogelijk gemaakt met steun van het Praeventiefonds.

Literatuur
  1. Muir C, Waterhouse J, Mack T, Powell J, Whelan S, eds.Cancer incidence in five continents. Vol V. Lyon: IARC ScientificPublications, 1987.

  2. World Health Organization. World Health Statistics Annual1988. Genève: WHO, 1988.

  3. Nemoto T, Vana J, Bedwani R, Baker HW, McGregor FH, MurphyGP. Management and survival of female breast cancer: results of a nationalsurvey by the American College of Surgeons. Cancer 1980; 45:2917-24.

  4. Koning HJ de, Ineveld BM van, Oortmarssen GJ van, et al.De kosten en effecten van bevolkingsonderzoek naar borstkanker. Eindrapport1990. Rotterdam: Instituut Maatschappelijke Gezondheidszorg, ErasmusUniversiteit, 1990.

  5. Bon-Martens MJH van, Peeters PHM, Verbeek ALM, HendriksJHCL, Holland R, Mravunac M. Waargenomen effecten van het bevolkingsonderzoeknaar borstkanker in Nijmegen in de periode 1975-1980.Ned Tijdschr Geneeskd 1990; 134:291-5.

  6. Sonoda M, Takano M, Miyahara J, Hisatoyo K. Computedradiography utilizing scanning laser stimulated luminescence. Radiology 1983;148: 833-8.

  7. Oestmann JW, Kopans D, Hall DA, McCarthy KA, Rubens JR,Greene R. A comparison of digitized storage phosphors and conventionalmammography in the detection of malignant microcalcifications. Invest Radiol1988; 23: 725-8.

  8. Amello GF. Charge-coupled devices. Sci Am 1974; 230:22-31.

  9. Erning LJThO van, Knots MJJ, Guyt W, Ruijs JHJ. Pacs inpractice: from software link to on-line communications. Proc ComputerAssisted Radiology ‘89 1989: 489-98.

  10. Metz C. Some practical issues of experimental design anddata analysis in radiological ROC studies. Invest Radiol 1989; 24:234-45.

  11. Valk JPJ de, Kroon HMJA, Boekee DE, et al. The setup of adiagnostic image quality evaluation chain. Proc Society of Photo-opticalInstrumentation Engineers, Med Im II 1987: 772-81.

  12. Wolfe JN. Analysis of 462 breast carcinomas. Am J Radiol1974; 121: 846-53.

  13. Millis RR, Davis R, Stacey AJ. The detection andsignificance of calcifications in the breast: a radiological and pathologicalstudy. Br J Radiol 1976; 49: 12-26.

  14. Holland R, Hendriks JHCL, Verbeek ALM, Mravunac M,Schuurmans Stekhoven JH. Extent, distribution, and mammographichistological correlations of breast ductal carcinoma in situ. Lancet 1990;335: 519-22.

  15. Holland R, Connolly JL, Gelman R, et al. The presence ofan extensive intraductal component following a limited excision correlateswith prominent residual disease in the remainder of the breast. J Clin Oncol1990; 8: 113-8.

  16. Chan HP, Doi K, Vyborny CJ, Lam KL, Schmidt RA.Computeraided detection of microcalcifications in mammograms. Methodology andpreliminary clinical study. Invest Radiol 1988; 23: 664-71.

  17. Davies DH, Dance DR, Jones CH. Automatic detection ofclusters of calcifications in digital mammograms. Proc Society ofPhoto-optical Instrumentation Engineers, Medical Imaging IV 1990:185-9.

  18. Karssemeijer N. A statistical method for automaticlabeling of tissues in medical images. Machine Vision and Applications 1990;3: 75-86.

  19. Karssemeijer N. A relaxation method for imagesegmentation using a spatially dependent stochastic model. PatternRecognition Letters 1990; 11: 13-23.

  20. Templeton AW, Dwyer SJ, Cox GG, Johnson JA, Anderson WH,Cook LT. Picture archiving and communication systems (PACS) for radiology.Proc Computer Assisted Radiology ‘85 1985:697-715.

Auteursinformatie

Academisch Ziekenhuis, Instituut voor Radiodiagnostiek, Postbus 9101, 6500 HB Nijmegen.

H.W.Nab, arts-onderzoeker; dr.ir.N.Karssemeijer en dr.ir.L.J.T.O.van Erning, fysici; dr.J.H.C.L.Hendriks, radioloog.

Katholieke Universiteit, Instituut voor Sociale Geneeskunde, sectie Epidemiologie, Nijmegen.

Dr.A.L.M.Verbeek, arts-epidemioloog.

Contact H.W.Nab

Gerelateerde artikelen

Reacties