Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/9913
Title: X-ray imaging of non-active medical implants
Other Titles: Απεικόνιση μη ενεργών ιατρικών εμφυτευμάτων με χρήση ακτίνων Χ
Authors: Δασκαλάκη, Αναστασία
Keywords: Breast implants
Breast imaging
Keywords (translated): Εμφυτεύματα μαστού
Απεικόνιση μαστού
Abstract: The current thesis is focused on breast implants and their imaging with the use of x-rays. During the last years the number of breast augmentations with silicone implants is increasing, especially in America. More and more women want to have breast implants either for esthetic reasons or for physiological reasons after mastectomy. On the other hand, several characteristics of silicone gel implants and the techniques of their placement affect the x-ray based imaging of the breast. In addition, the presence of silicone gel-filled implants interferes with standard mammography, since silicone is a radiopaque material. The aim of this research is to explore the effects of silicone gel implant insertion in breasts and how the thickness of an implant as well as the incident beam energy interfere with the detectability of high and low contrast lesions. This study also aims in the investigation of non-conventional imaging techniques in case of augmented breasts in order to improve the detectability of lesions and the quality of breast images. For the purpose of this study a wide number of software phantoms with homogeneous and heterogeneous texture were constructed for simulation studies with the use of the XRayImagingSimulator. A breast hardware phantom consisting of materials mimicking breast lesions was also constructed and used at the ELETTRA synchrotron facilities in Trieste, Italy for experiments performed with synchrotron radiation. Mammography and breast tomosynthesis were investigated as conventional breast imaging modalities in the incident beam energy range 20 KeV to 30 keV. Moreover, alternative imaging modalities like Dual Energy subtraction mammography, Dual Energy subtraction breast tomosynthesis, tomosynthesis with a discontinuous acquisition arc and In-Line phase contrast imaging were studied as potential modalities for augmented breast imaging. This study established upper silicone gel thickness limits in the conventional beam energy range for both mammography and tomosynthesis above which microcalcifications could not be detected. Comparisons between tomosynthetic and mammographic images showed that the latter have superior CNR values compared to those calculated for tomosynthesis. Alterations of energy in the interval of 20 keV to 30 keV led to improved detectability of microcalcifications overlapped by silicone, while the opposite stands for breast masses. Although tomosynthesis resulted in inferior image quality in terms of CNR, it demonstrated an advantage in visualizing a larger breast area and small low contrast lesions because of non-overlaps. Moreover it was shown that DE mammography improves the detectability of high contrast features overlapping with high silicone gel thicknesses but gives marginal CNR values. Dual Energy breast tomosynthesis resulted in a superior image quality compared with the rest of the imaging modalities studied, when the visualization of both high and low contrast lesions in the neighborhood of silicone is needed. Breast tomosynthesis with an alternative acquisition arc succeeded to visualize microcalcifications under high thicknesses of silicone gel with sufficiently high CNR. This indicates that tomosynthesis with an appropriate acquisition arc might resolve the lack of contrast appearing in breast images with silicone gel insertion. Finally, simulations as well as experimental studies showed that phase contrast imaging improves the image quality resulting in higher CNR values and in a strong edge enhancement of features, which may be useful in augmented breasts imaging.
Abstract (translated): Η παρούσα διατριβή εστιάζεται στα εμφυτεύματα στήθους και στον τρόπο με τον οποίο απεικονίζονται με τη χρήση ακτίνων-χ. Τα τελευταία χρόνια, οι προσθετικές στήθους με χρήση εμφυτευμάτων σιλικόνης αυξάνονται. Ολοένα και περισσότερες γυναίκες επιθυμούν να προβούν σε μία πλαστική στήθους είτε για λόγους αισθητικούς, είτε για λόγους φυσιολογίας, όπως στην περίπτωση μαστεκτομής. Από την άλλη πλευρά, αρκετά χαρακτηριστικά αυτών των εμφυτευμάτων σιλικόνης καθώς και οι τεχνικές τοποθέτησής τους επηρεάζουν την απεικόνιση του στήθους με χρήση ακτίνων-χ. Επίσης, η παρουσία των εμφυτευμάτων σιλικόνης παρεμποδίζει την μαστογραφική απεικόνιση, αφού η σιλικόνη είναι ακτινοσκιερό υλικό. Στόχος της έρευνας αυτής είναι η διερεύνηση των συνεπειών ενός εμφυτεύματος σιλικόνης στις καθιερωμένες τεχνικές απεικόνισης του μαστού, αλλά και του τρόπου με τον οποίο το πάχος του εμφυτεύματος καθώς και η ενέργεια της προσπίπτουσας ακτινοβολίας επηρεάζουν την ανίχνευση δομών χαμηλής και υψηλής αντίθεσης. Επιπλέον, η μελέτη αυτή στοχεύει στην εξέταση μη συμβατικών τεχνικών απεικόνισης, με στόχο τη βελτίωση της ανίχνευσης αλλοιώσεων του μαστού και της ποιότητας απεικόνισης του μαστού με εμφύτευμα σιλικόνης. Για τις ανάγκες αυτής της μελέτης κατασκευάστηκαν ομοιώματα με ομοιογενή και ανομοιογενή σύσταση για μελέτες προσομοίωσης με την χρήση του λογισμικού XRayImagingSimulator. Επίσης, ένα ομοίωμα μαστού το οποίο εμπεριείχε υλικά μιμούμενα αλλοιώσεις του μαστού, κατασκευάστηκε για πειραματικές μελέτες στις εγκαταστάσεις σύγχροτρον ELETTRA, στην Τεργέστη της Ιταλίας. Η μαστογραφία και η τομοσύνθεση διερευνήθηκαν ως κλασικές μέθοδοι απεικόνισης μαστού, με χρήση μονοενεργειακής ακτινοβολίας στο διάστημα 20 keV με 30 keV. Επιπλέον, εναλλακτικές μέθοδοι απεικόνισης όπως η διπλής ενέργειας μαστογραφία, η διπλής ενέργειας τομοσύνθεση μαστού, η τομοσύνθεση διπλού τόξου και η απεικόνιση αλλαγής φάσης μελετήθηκαν ως εν δυνάμει τεχνικές για την απεικόνιση μαστού με εμφύτευμα σιλικόνης. Μέσω αυτής της μελέτης εδραιώθηκαν τα άνω όρια πάχους σιλικόνης, εκτός των οποίων η ανίχνευση μικροαποτιτανώσεων είναι αδύνατη τόσο μέσω μαστογραφίας όσο και μέσω τομοσύνθεσης στα συμβατικά ενεργειακά όρια απεικόνισης μαστού. Συγκρίσεις μεταξύ των μαστογραφικών εικόνων και των εικόνων τομοσύνθεσης έδειξαν ότι οι πρώτες χαρακτηρίζονται από υψηλότερη αντίθεση. Εναλλαγές της ενέργειας εντός του διαστήματος 20-30 keV οδήγησαν σε βελτιωμένη ανίχνευση μικροαποτιτανώσεων οι οποίες υπερκαλύπτονταν από σιλικόνη, ενώ για χαμηλής αντίθεσης μάζες διαπιστώθηκε το αντίθετο. Αν και η τομοσύνθεση κατέληξε σε χαμηλότερη ποιότητα εικόνας όσον αφορά την αντίθεση, παρουσίασε πλεονεκτήματα στην απεικόνιση μεγαλύτερης περιοχής μαστογραφικού ενδιαφέροντος και μικρών μαζών χαμηλής αντίθεσης μετριάζοντας το πρόβλημα της επικάλυψης. Επίσης απεδείχθη ότι η μαστογραφία διπλής ενέργειας βελτιώνει την ανίχνευση δομών υψηλής αντίθεσης οι οποίες υπερκαλύπτονται από σιλικόνη μεγάλου πάχους αλλά με οριακές τιμές του λόγου αντίθεσης/θορύβου. Τα αποτελέσματα της τομοσύνθεσης μαστού διπλής ενέργειας παρουσίασαν βελτιωμένη ποιότητα εικόνας συγκρινόμενα με τα αποτελέσματα των υπόλοιπων τεχνικών απεικόνισης, στην περίπτωση όπου απαιτείται η ανίχνευση αλλοιώσεων υψηλής και χαμηλής αντίθεσης. Η τομοσύνθεση μαστού με χρήση εναλλακτικού τόξου λήψης πέτυχε να απεικονίσει με αρκετά υψηλή αντίθεση, μικροαποτιτανώσεις επικαλυπτόμενες από σιλικόνη μεγάλου πάχους. Το παραπάνω αποτέλεσμα υποδεικνύει ότι η τομοσύνθεση με χρήση κατάλληλου τόξου λήψης μπορεί να επιλύσει το πρόβλημα της έλλειψης αντίθεσης που παρουσιάζεται στις απεικονίσεις μαστού με εμφύτευμα σιλικόνης. Τέλος, προσομοιώσεις καθώς και πειραματικές μελέτες έδειξαν ότι η απεικόνιση με χρήση αντίθεσης φάσης βελτιώνει την ποιότητα της εικόνας οδηγώντας σε υψηλότερες τιμές του λόγου αντίθεσης/θορύβου και σε έντονη ενίσχυση στις ακμές δομών, στοιχεία τα οποία μπορούν να βελτιώσουν την απεικόνιση στήθους με εμφύτευμα σιλικόνης.
Appears in Collections:Τμήμα Ιατρικής (ΔΔ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Daskalaki(med).pdf5.73 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.