Digitale Mammographie: Klassifikation der Textur des Brustdrüsengewebes durch topologische Analyse der Grauwertverteilung mit Minkowski-Funktionalen

Ziele: Das Hauptproblem der meisten Verfahren zur computer-assistierten Läsionsdetektion (CAD) in der Mammadiagnostik liegt in der starken Abhängigkeit der Detektion von den zugrunde liegenden Eigenschaften des Brustgewebes (Struktur und Dichte des Parenchyms). Eine Vorabinformation über die globalen Gewebseigenschaften kann dazu dienen, problemorientiert geeignete CAD-Verfahren auszuwählen, um die Sensitivität der Läsionsdetektion zu steigern.

Wir stellen einen quantitativen Bildverarbeitungsalgorithmus vor, der durch topologische Grauwertanalyse digitaler Mammographieaufnahmen eine Klassifikation des Gewebes hinsichtlich der Kategorien Fibrose, Involution, und normalen Parenchyms erlaubt. Das Ergebnis wird mit Klassifikationsmethoden basierend auf Grauwerthistogrammen verglichen. Methode: 100 digitale Mammographien (cranio-caudaler Strahlengang, 255 Graustufen, 28 pixel/cm) wurden zunächst durch zwei erfahrene Mammographiespezialisten in die o.g. Kategorien eingeteilt (27 Fälle mit normalem Brustgewebe, 38 Fälle mit Zeichen der Involution und 35 Fälle mit fibrotischem Gewebsmuster). Anschließend erfolgte die topologische Analyse der Grauwertverteilung von retromamillär lokalisierten Bildausschnitten (256×256 Pixel) mit einem Post-Processing-Algorithmus basierend auf den Minkowski-Funktionalen (MF). Für jede der Mammographieaufnahmen wurden durch Analyse der Grauwerthistogramme charakteristische Dichteparameter (20., 50. Perzentile, mittlere Dichte) errechnet. Wir verwendeten die Diskriminanzanalyse zur Erfassung der prädiktiven Wertigkeit unseres Verfahrens und der densitometrischen Methode hinsichtlich korrekter Kategorisierung. Ergebnis: Die mittlere Grauwertdichte (MTD) für normales Brustparenchym lag bei einem Grauwert von 90±9, die 20. Perzentile (P20) bei 68±17. In der Gruppe mit Involution (Fibrose) lag MTD bei 84±7 (90±8), P20 bei 75±6 (73±10).

Das Diskriminanzergebnis der densitometrischen Parameter liegt bei 66% korrekt klassifizierten Fällen hinsichtlich der ursprünglichen Gruppierung. Durch unser topologisches Verfahren werden 83% der Fälle richtig zugeordnet. Schlussfolgerung: Unser neues Verfahren zur topologischen Analyse von Mammographiebildern durch Minkowski-Funktionale ermöglicht mit hoher Trennschärfe eine Zuordnung der Mammographien in eine von drei vorgegebenen Kategorien. Sie ist damit den densitometrie-orientierten Verfahren überlegen.

Korrespondierender Autor: Böhm H

LMU, Röntgen, Gräfelfinger Str. 109, 81375 München

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