Breast tomosynthesis – new perspectives on breast cancer screening

Abstract

Abstract:

Mammography is currently the established method in breast cancer screening, although the sensitivity is known be affected by overlapping tissue concealing tumours. Breast tomosynthesis takes advantage of multiple exposures at different angles reducing the negative effect of obscuring tissue. The aim of this thesis was to investigate the use of tomosynthesis in breast imaging with a special focus on the role of tomosynthesis in screening.



Papers I and II was based on 7,500 women comprising the first half of the Malmö Breast Tomosynthesis Screening Trial (MBTST): a prospective population-based single arm study including randomly invited women 40–74 years old eligible for the screening programme in the city of Malmö. Women underwent one-view tomosynthesis with reduced compression force and mammography. The images were read and scored separately in a blinded double-reading procedure. The increase in cancer detection rate (6.3 to 8.9/1,000) and recall rate (2.6% to 3.8%) using tomosynthesis was significant (p<0.0001). The additional cancers detected were mainly invasive, with a tendency of downstaging (Paper I). Findings of stellate distortion simulating malignancy increased the false positive rate with tomosynthesis. The false positive rate was reduced over time, suggesting a learning curve (Paper II).



Paper III was a human observer study designed to study the effect of different viewing procedures (free scroll volume browsing and initial cineloops at three different frame rates) and image orientations (vertical and horizontal) on reading performance. 40 three-dimensional simulations of breast malignancy were inserted in 55 normal tomosynthesis image volumes, creating four unique image sets, one for each viewing procedure. Detection accuracy was similar for the different reading conditions but reading time and visual attention were improved for horizontally oriented images.



In Paper IV, 26 breast cancers subjected to discrepant detection in tomosynthesis and mammography in a previous reader study with 185 cases with normal and diseased breasts (95 cancer lesions), were analysed in a side-by-side review to assess factors related to lesion visibility and possible reasons for detection error. Breast cancers imaged with tomosynthesis were found to be more conspicuous with a higher proportion of discernable lesion periphery. Missing a cancer in tomosynthesis seemed to be related to interpretative error of visible lesions.



In conclusion, one-view tomosynthesis, with reduced compression force, might be sufficient as a stand-alone screening modality.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Bröstcancer är kvinnans vanligaste cancerform och globalt sett den cancer som leder till flest dödsfall. Bröstcancerscreening med mammografi används därför i syfte att hitta cancern tidigt. En tidigt upptäckt cancer har oftast en bättre prognos med möjlighet att minska dödligheten i bröstcancer. Mammografitekniken är dock behäftad med vissa begränsningar vad gäller känsligheten att upptäcka tumörer. En avgörande nackdel är att mammografibilden är en tvådimensionell avbild av ett tredimensionellt bröst vilket gör att överlappande vävnad kan dölja en tumör.

Brösttomosyntes är en utveckling av den konventionella mammografin, där ett flertal bilder tas medan röntgenapparaten sveper över bröstet i en båge. Med detta förfarande skapas en tredimensionell representation av bröstet i form av en hög med millimetertunna bildsnitt, vilka inte är begränsade av överlappande vävnad i samma utsträckning som mammografi. Brösttomosyntes har också visat sig vara en mer känslig metod än mammografi att hitta tumörer. Huruvida tomosyntes skulle kunna användas i bröstcancerscreening är följaktligen en aktuell frågeställning, vilken har legat till grund för detta avhandlingsarbete (Arbete I–IV).



Arbete I och II är baserade på Malmö Breast Tomosynthesis Screening Trial (MBTST), en prospektiv populationsbaserad screeningstudie. I MBTST erbjöds kvinnor, som var aktuella för mammografiscreening i Malmö, att även undersökas med tomosyntes. Två oberoende röntgenläkare granskade mammografi- och tomosyntesbilderna separat med uppgift att hitta misstänkta cancrar och bestämma vilka kvinnor som skulle återkallas för vidare utredning. Analysen av första hälften av MBTST bestod av 7500 kvinnor och visade att tomosyntes upptäckte 8,9 cancrar per 1000 undersökta kvinnor jämfört med 6,3 per 1000 med mammografi, vilket innebar att tomosyntes hittade 21 fler cancrar. Återkallningen av kvinnor ökade också, men var fortfarande låg: 3,8% med tomosyntes jämfört med 2,6% med mammografi. Tomosyntesscreening ledde också till en ökning av misstänkta fynd som efter utredning visade sig vara normal vävnad eller ofarliga förändringar, så kallat falskt positiva. Dessa utgjordes framför allt av röntgenfynd med strålig konfiguration som efter utredning kunde avfärdas som normal vävnad. Röntgenläkarna blev dock bättre på att karakterisera fynd på tomosyntes under studiens gång vilket resulterade i att andel falskt positiva sjönk.



Om tomosyntes ska användas i screening framträder den långa granskningstiden som en utmaning. Det tar ungefär dubbelt så lång tid för röntgenläkaren att granska en tomosyntesundersökning jämfört med mammografi. Det är därför viktigt att undersöka hur granskningstiden kan minskas. Röntgenbilder brukar granskas vertikalt orienterade, men hypotetiskt sett borde horisontellt orienterade bilder passa vårt synfält bättre.

I arbete III studerades sätt att påverka granskningstiden genom olika bildpresentationer (vertikalt eller horisontellt orienterade) och granskningsförfarande (fritt sökande i djupled med ”scrollning” eller med filmloopar i tre olika hastigheter följt av scrollande). Fyra granskare hade fått i uppgift att hitta tumörer. Medan granskarna letade efter tumörerna registrerades deras ögonrörelser. Studien visade att horisontellt orienterade tomosyntesbilder kan ge förbättrade granskningsförhållanden, med minskad granskningstid och ökat utnyttjande av synfältet.



I arbete IV undersökte vi bröstcancrar avbildade med tomosyntes och mammografi som bara hade upptäckts med den ena metoden. Syftet var att beskriva tumörernas synlighet med de olika teknikerna och att försöka förstå den bakomliggande orsaken till att tumören hade missats. Vi fann att tumörerna var mer iögonfallande med tomosyntes jämfört med mammografi, på grund av den ökade friprojiceringen. Orsaken till att cancrar trots detta missades med tomosyntes antogs bero på tolkningsfel av synliga tumörer.



Den övergripande slutsatsen i denna avhandling är att brösttomosyntes kan vara en lämplig framtida bröstcancerscreeningmetod.

• author: Lång, Kristina
• supervisor: Sophia Zackrisson; Ingvar Andersson; Pontus Timberg
• opponent: Professor Heywang-Köbrunner, Sylvia, Referenzzentrum Mammographie München, München, Germany
• organization: Radiology Diagnostics, Malmö (research group); BioCARE: Biomarkers in Cancer Medicine improving Health Care, Education and Innovation
• publishing date: 2015
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Radiology, Nuclear Medicine and Medical Imaging
• keywords: Breast cancer, Breast tomosynthesis, Mammography, Breast cancer screening, Cancer detection rate, Recall rate, False positive rate, Image perception, Reading time, Lesion visualisation, Detection error
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2015:114
• pages: 67 pages
• defense location: Division of Medical Radiology, Skåne University Hospital Malmö, Inga Marie Nilssons gata 49, room 2005–2007
• defense date: 2015-11-13 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-7619-193-4
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 9124054f-3c34-4118-b42b-5f3a0ed8a373 (old id 8080781)
• date added to LUP: 2016-04-01 13:11:31
• date last changed: 2019-11-04 11:09:28