Examining the Influence of Digital Phantom Models in Virtual Imaging Trials for Tomographic Breast Imaging
Examining the Influence of Digital Phantom Models in Virtual Imaging Trials for Tomographic Breast Imaging
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检查数字体模模型在乳腺断层成像虚拟成像试验中的影响
DOI：
10.48550/arxiv.2402.00812
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发表时间：
2024
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Mini Das
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Amareswararao Kavuri;Mini Das
目的：数字体模是虚拟成像试验 (VIT) 的关键组成部分之一，旨在评估和优化新的医学成像系统和算法。然而，这些模型的体素分辨率、外观和结构细节各不相同。本研究旨在探讨数字体模之间的变化是否以及如何影响以数字乳腺断层合成 (DBT) 作为所选模式的系统优化。方法：我们选择了用不同方法生成的广泛使用和开放获取的数字乳房模型。对于每种体模类型，我们创建了 DBT 图像集合来测试采集策略。人类观察者定位 ROC (LROC) 用于评估每个案例的观察者表现研究。估计噪声功率谱 (NPS) 以比较虚拟结构组件。此外，我们计算了几个注视指标来量化观看不同体模类型生成的图像时的注视模式。结果：我们的 LROC 结果显示，对于 3 毫米病变检测任务，Bakic 和 XCAT 乳房体模的峰值性能弧采样分别约为 2.5° 和 6°，并表明 VIT 的系统优化结果可能因体模类型和结构频率分量而异。此外，注视指标和诊断性能之间的显着相关性 (p¡0.01) 表明注视分析可用于理解和评估 VIT 中的任务难度。结论：我们的结果表明，迫切需要评估数字模型的真实感，并确保与预期任务的信号大小相关的空间频率有足够的结构变化。此外，标准化模型生成和验证工具可能有助于减少独立进行的系统或算法优化 VIT 之间的差异。
Purpose: Digital phantoms are one of the key components of virtual imaging trials (VITs) that aims to assess and optimize new medical imaging systems and algorithms. However, these phantoms vary in their voxel resolution, appearance and structural details. This study aims to examine whether and how variations between digital phantoms influence system optimization with digital breast tomosynthesis (DBT) as a chosen modality. Methods: We selected widely used and open access digital breast phantoms generated with different methods. For each phantom type, we created an ensemble of DBT images to test acquisition strategies. Human observer localization ROC (LROC) was used to assess observer performance studies for each case. Noise power spectrum (NPS) was estimated to compare the phantom structural components. Further, we computed several gaze metrics to quantify the gaze pattern when viewing images generated from different phantom types. Results: Our LROC results show that the arc samplings for peak performance were approximately 2.5° and 6° in Bakic and XCAT breast phantoms respectively for 3-mm lesion detection task and indicate that system optimization outcomes from VITs can vary with phantom types and structural frequency components. Additionally, a significant correlation (p¡0.01) between gaze metrics and diagnostic performance suggests that gaze analysis can be used to understand and evaluate task difficulty in VITs. Conclusion: Our results point to the critical need to evaluate realism in digital phantoms as well as ensuring sufficient structural variations at spatial frequencies relevant to the signal size for an intended task. In addition, standardizing phantom generation and validation tools might aid in lower discrepancies among independently conducted VITs for system or algorithmic optimizations.
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