8/1/2013

1

Advanced Imaging for Breast Cancer: Screening, Diagnosis, and Assessing Response to Therapy

Advanced Imaging for Breast Cancer: Screening, Diagnosis, and Assessing Response to Therapy

John M. Boone, Ph.D., FAAPM, FSBI, FACRDepartments of Radiology and Biomedical EngineeringUniversity of California Davis Medical Center

John M. Boone, Ph.D., FAAPM, FSBI, FACRDepartments of Radiology and Biomedical EngineeringUniversity of California Davis Medical Center

Breast CTBreast CT

Disclosures (required by UC Davis):

• Varian Imaging Systems, Consultant• CT Imaging, Consultant

• Stanford Research Institute, Consultant• DxRay, Inc, Consultant

• Cedars Sinai Medical Center, Expert Witness• Alston & Bird LLC, Expert Witness

• Varian Imaging Systems, Research Funding• Hologic Corporation, Research Funding

• Fuji Medical Systems, Research Funding• Stanford Research Institute, Research Funding (R21 subcontract)• Siemens Medical Systems, Research Funding

Breast CT Technology

Preliminary Clinical Assessments

Mathematical  Observer Metrics

Lesion Insertion / t3D versus 2D

Anatomical noise / M↔T↔bCT

CE‐bCT versus Mammo and Tomo

Summary

Breast CT Technology

Preliminary Clinical Assessments

Mathematical  Observer Metrics

Lesion Insertion / t3D versus 2D

Anatomical noise / M↔T↔bCT

CE‐bCT versus Mammo and Tomo

Summary

Breast CTBreast CT Dedicated Breast CT

8/1/2013

2

5

20012001

20052005

20042004

Albion 2004Bodega 2007

Doheny 2013Cambria 2012 8

Albion

Cambria

Bodega

Doheny

UC Davis Medical Center

8/1/2013

3

9

Spatial Resolution: Modeled & Measured MTF’s 

1 1 2 2 3 3( ) (1 exp( / )) (1 exp( / )) (1 exp( / ))gt f A a t T a t T a t T

Albion & Bodega

Cambria (2 x 2) [388 m pixels]

DohenyCambria (1 x 1) [194 m pixels]

3X Spatial Resolution

Breast CT Technology

Preliminary Clinical Assessments

Mathematical  Observer Metrics

Lesion Insertion / t3D versus 2D

Anatomical noise / M↔T↔bCT

CE‐bCT versus Mammo and Tomo

Summary

Breast CT Technology

Preliminary Clinical Assessments

Mathematical  Observer Metrics

Lesion Insertion / t3D versus 2D

Anatomical noise / M↔T↔bCT

CE‐bCT versus Mammo and Tomo

Summary

Breast CTBreast CT

11

296

second volunteer imaged: January 2005 12first breast cancer imaged: January 2005

8/1/2013

4

13

True 3D Display !

14

bCT (no injected contrast)

2008

16

PRE CONTRAST POST CONTRAST

PRE CONTRAST POST CONTRAST

bCT (with contrast)

8/1/2013

5

2010

HUAUC = 0.87

Breast CT Technology

Preliminary Clinical Assessments

Mathematical  Observer Metrics

Lesion Insertion / t3D versus 2D

Anatomical noise / M↔T↔bCT

CE‐bCT versus Mammo and Tomo

Summary

Breast CT Technology

Preliminary Clinical Assessments

Mathematical  Observer Metrics

Lesion Insertion / t3D versus 2D

Anatomical noise / M↔T↔bCT

CE‐bCT versus Mammo and Tomo

Summary

Breast CTBreast CT

19

∑(fi × Ii) = dꞌ

dꞌ

# ob

servations lesion present

lesion absentpre‐whitened matched filter

“computer observer”

filter

inserted lesion

breast CT image (actual images are used)

inserted non‐lesion

8/1/2013

6

Breast CT

“mammo”46%

mass lesions only / results do not reflect microcalcifications

Breast CT Technology

Preliminary Clinical Assessments

Mathematical  Observer Metrics

Lesion Insertion / t3D versus 2D

Anatomical noise / M↔T↔bCT

CE‐bCT versus Mammo and Tomo

Summary

Breast CT Technology

Preliminary Clinical Assessments

Mathematical  Observer Metrics

Lesion Insertion / t3D versus 2D

Anatomical noise / M↔T↔bCT

CE‐bCT versus Mammo and Tomo

Summary

Breast CTBreast CT Background Noise

Anatomical Noise

low

high

8/1/2013

7

Digital Subtraction Angiography(Temporal Subtraction)

Dual Energy Chest Radiography(Energy Subtraction)

Reduces Anatomical Noise

Reduces Anatomical Noise

MammoMammo TomoTomo Breast CTBreast CT

23 patients were imaged using all 3 modalities

27

10 20 30 40 50 60

10

20

30

40

50

60

radial averaging

linear regression

2D Fourier analysis Sylvia SorkinGreenfield Award 2012

8/1/2013

8

Dense BreastsAdipose Breasts

bCT, Tomo, and Mammo Comparisons

breast CTbreast CT mammographymammographytomosynthesistomosynthesis

N = 23 pts1000 ROIs per

breast CTbreast CT mammomammo

Breast CT images

axial view (~cc)

slice thickness (mm)

~10 mm

Tomo

8/1/2013

9

disk diameter (m

m)

tomographic angle

measured data on the breast CT system

Breast CT Images

Mammo

Tomosynthesis Images

0 mm

55 mm

Breast CT Technology

Preliminary Clinical Assessments

Mathematical  Observer Metrics

Lesion Insertion / t3D versus 2D

Anatomical noise / M↔T↔bCT

CE‐bCT versus Mammo and Tomo

Summary

Breast CT Technology

Preliminary Clinical Assessments

Mathematical  Observer Metrics

Lesion Insertion / t3D versus 2D

Anatomical noise / M↔T↔bCT

CE‐bCT versus Mammo and Tomo

Summary

Breast CTBreast CT

8/1/2013

10

Shadi Shakeri, M.D.

Prospective Clinical Trial

105 patients /103 lesions (BIRADS 4 or 5)imaged on VCO mammo / tomo / CE‐bCTall biopsied

2 Radiologists Rated Lesions using a 0 to 10 Conspicuity Score

0 = not seen             10 = excellent

malignant

benign

microcalcifications masses

27

1827

31

one‐way ANOVA with correction for multiple comparisons 

total 4558

Embargoed Data until Published(so not in printed notes)

Breast CT Technology

Preliminary Clinical Assessments

Mathematical  Observer Metrics

Lesion Insertion / t3D versus 2D

Anatomical noise / M↔T↔bCT

CE‐bCT versus Mammo and Tomo

Summary

Breast CT Technology

Preliminary Clinical Assessments

Mathematical  Observer Metrics

Lesion Insertion / t3D versus 2D

Anatomical noise / M↔T↔bCT

CE‐bCT versus Mammo and Tomo

Summary

Breast CTBreast CTPatients find bCT more comfortable

Radiation dose is the same as 2V mammography

Early trials and computer sims show better mass lesion detection performance than mammography

Computer simulations show bCT reduces anatomical noise / Mammo or Tomo / reasons understood

CE‐bCT has better sensitivity and specificity than mammo or tomo

Patients find bCT more comfortable

Radiation dose is the same as 2V mammography

Early trials and computer sims show better mass lesion detection performance than mammography

Computer simulations show bCT reduces anatomical noise / Mammo or Tomo / reasons understood

CE‐bCT has better sensitivity and specificity than mammo or tomo

Breast CT   (Summary)Breast CT   (Summary)

8/1/2013

11

University of California Davis

Breast Tomography Project

California BCRP 7EB‐0075California BCRP 11I‐0114 R01 CA•89260R01 EB•002138‐10 (BRP)R01 CA•129561 (RDB)P30 CA•093373 (CCSG)Susan G. Komen FoundationUniversity of Pittsburgh 

Acknowledgements: