2.1. 样品描述

本研究使用了一名60岁女性的新鲜完整乳腺切除标本，该样本直接来自当地手术中心Monash Health。切除的标本（以下简称右乳腺）包含一个浸润性乳头状癌，局部皮肤侵犯，由一位经验丰富的病理学家确定的疤痕组织中的多个结节组成。疤痕组织的存在是因为患者之前曾接受过早期乳腺癌的手术和放射治疗，因此这是一个以前保守乳房中复发的乳腺癌。本研究是根据《澳大利亚国家人类研究道德行为声明》进行的。莫纳什大学人类研究伦理委员会于2015年8月19日批准了伦理审批（项目编号：CF15/3138-2015001340）。

2.2. 成像技术

该实验在澳大利亚同步加速器（墨尔本克莱顿）的成像和医学光束线（IMBL）上进行。在基于传播的成像模式（PB-CT）下收集CT扫描（Rigon，2014）; 迪莫兹等人。, 2012)，使用能量为32keV的单色X射线，在5.71m的样品到检测器的距离处。这些优化条件是根据我们之前的工作结果选择的（Baran等人。, 2017; 帕西雷等人。, 2015)其中评价了不同实验参数对图像质量的影响。对于每次扫描，我们获得1800个投影，平均分布在180°上，每个投影的探测器曝光时间为0.05 s。输送到样本的剂量约为4 mGy，使用数值模型计算，该数值模型模拟由50%重量百分比腺体组织和50%重量百分比脂肪组织包围的乳房（模拟皮肤层），正如Baran所做的那样等人。(2017). 该剂量水平与标准乳房X光片和体层摄影检查相当。探测器是哈马松CMOS平板传感器C9252DK-14，其中包含一个CsI闪烁体，直接沉积在二维光电二极管阵列。探测器在部分扫描模式下使用，像素大小为100µm×100µm。

2.3. 数据处理和分析

对于CT数据处理X轨道分析软件（Gureyev等人。, 2011)包括数据预处理、相位恢复和CT重建。投影图像的预处理包括暗电流和平场校正以及环移滤波器的应用。使用铁杆算法（Paganin等人。, 2002)，折射递减率之间的比率(δ)和吸收成分(β)的折射率 n个（帕格宁，2013年)接近脂肪组织中腺体组织的理论值(https://www.ts-imaging.net). 对于CT重建，迭代滤波反向投影(国际单项体育联合会)算法也在中实现X轨道已使用。使用重建的CT数据集和三维透视图，将诊断准确性与手术干预前进行的临床数字钼靶摄影术、医学超声和DBT进行比较。最后，为了进一步研究相位控制检索对提高图像质量的具体贡献，11名评估人员，包括6名放射学家和5名医学成像专家，对使用相同X射线源但没有任何相控检索的参考图像和包含图像的相控成分时生成的图像进行了系统的放射评估。评估图像的图像质量标准为：

（i） 软组织对比度（各种软组织区域的对比度）。

（ii）边缘清晰度（边缘定义和结构轮廓的清晰度）。

（iii）软组织界面（不同软组织元素之间界面可视化的清晰度）。

（iv）尖刺（尖刺繁殖的锐度）。

（v） 图像噪音（图像中噪音的干扰）。

（vi）钙化可视性（可视化微钙化存在的能力）。

3.1. 临床图片的描述和特征

目前，乳腺PB-CT的优点仅在固定和部分乳腺标本（四边形切割或切片）中得到证明，这些标本不能复制真实的临床情况（Baran等人。, 2017; 帕西雷等人。, 2015; 隆戈等人。, 2016). 在这里，我们首次展示了在新鲜完整的乳房切除术样本中获得的结果，该结果更好地评估了PB-CT的潜在临床影响。为了进一步说明PB-CT可以给诊断过程带来的优势，有必要从基于乳房X光检查的诊断开始，断层合成和超声检查，然后强调差异。

乳房X射线照相检查（图1)患者的两个乳房之间的腺体组织不对称，这种情况通常由小叶癌引起。右乳房的腺体组织结构变形，并伴有微钙化（图1中的红色圆圈，左），而且图像与皮肤侵犯相兼容（图1中的黄色箭头（右），因为乳头附近的皮肤部分比剩余的乳房皮肤更厚、更致密。然而，从乳房X射线照相图像中无法描述肿块边缘的特征)，混浊显示出清晰的毛刺，使放射科医生能够识别病变的恶性性质。

图1 切除右乳房样本的60岁患者的数字乳房X光检查。左侧是两个乳房的中-外侧斜视图，右侧是颅底视图。红色圆圈表示含有微钙化的区域。黄色箭头表示怀疑有皮肤侵犯。

图2 乳腺癌手术前患者的体层摄影术。左侧是两个乳房的中侧视图（对应于矢状面），右侧是颅顶视图（对应于横切面）。黄色箭头表示毛刺从癌区扩展。

从超声检查中可以看到多个病灶：距乳头6厘米处有一个可疑的实体病灶（图3一)，上象限低回声病灶，直径1.82 cm（图3中的白色标记b条)距乳头3厘米处有钙化（图3b条)乳晕后区导管内有钙化的肿瘤组织（图3c（c）和3d日). 这张临床图片与一个多中心肿瘤相一致就地成分和淋巴结。

图3 右乳房超声检查。(一)直径为0.526厘米的实性病变，位于距乳头6厘米处，由白色标记物分隔。(b条)白色标记物所界定的椭圆形是距离乳头3厘米的低回声病变，包括微钙化（亮点）。(c（c）)和(d日)右后区导管内有钙化的肿瘤组织（用黄色箭头表示）。

从同步辐射CT扫描获得的重建三维图像可以在三个正交平面（横向、矢状和冠状；图4)并进行三维渲染（图6）。乳腺横切面和矢状切面的CT图像与乳腺X线头颅侧位和内侧位的图像相对应。病变的尺寸是可测量的（6.5厘米），其恶性特征可以清楚地评估。与乳房X线摄影术不同的是，它不容易理解一个区域是恶性的还是健康的，这里可以清楚地描绘出实质的扭曲和毛刺。此外，乳腺X射线照相和体层摄影图像上显示的肿瘤侵入皮肤的诊断，在从固体组织向乳晕方向扩张的PB-CT图像中可以明显看出（图4中的样品矢状图).

图4 右乳腺的断层重建，肿瘤性纤维组织密集堆积（黄色箭头），存在微钙化（圆形）。面板左侧(一)是常规视图（平行于X射线束的平面）。右侧是两个相关的正交视图(b条)在矢状面和(c（c）)在横向平面中。两者都有(b条)和(c（c）)显示皮肤的一部分，包括上部的乳头。彩色线条表示相应正交截面的位置，红线表示冠状面，绿色表示矢状面，紫色表示横切面。数据集是在5.71 m和32keV处获得的，使用迭代FBP重建方法，并用铁杆相位恢复算法。

组织学检查证实上象限存在瘢痕，伴有多灶浸润性乳头状癌和相关的高核分级DCIS（导管癌）就地)通过这个地区。除了这些导管病变外，肿瘤肿块的一个显著特征是致密纤维组织的积聚增加，乳腺实质广泛移位。肿瘤跨度65毫米，17个浸润性癌灶高达16毫米，另外两个皮肤结节各3毫米，均无皮肤溃疡，无任何切除平面。一般来说，肿瘤类型很难定义，因为在某些区域，肿瘤细胞形成类似于非特殊类型癌症的小管，这些区域与小管变大的区域混合，具有类似于微毛细血管DCIS的微毛细血管结构。随着这些病灶进一步扩大，他们形成了具有纤维血管基质核的真乳头。因此，该肿瘤被归类为侵袭性乳头状癌。对于其中一些组织学图像，确定了相应的X射线PB-CT图像。示例如图5所示.

图5 之间的通信(一)CT矢状图和(b条)组织学图像。组织学检查显示弥漫浸润性肿瘤肿块，主要由纤维基质丰富的组织密集堆积而成（箭头所示）。这种瘢痕样肿块广泛替代了乳腺的实质隔室。少数位于外周的腺导管显示上皮增生增强（圆形）。这些组织病理学发现与同步加速器数据集中检测到的致密组织块的高放射不透明度一致(一)，箭头]。

层析成像的另一个主要优点是可以获得整个检查体积的三维显示。使用阿维佐软件，由Thermo Scientific生产的用于三维数据分析的专有软件包。图6显示了基于不同密度值的右乳房描述：黄色和红色部分是最密集的部分（从红色到黄色的密度递增顺序），与皮肤（样品顶部）和癌组织相关。绿色部分密度较小，与脂肪组织相关；它几乎是透明的，只有绿色的小条，显示的材料不胖，但密度不如大块肿瘤区域。除了CT可视化外，三维渲染由于其深度感知，允许对肿块进行全局分析，更好地描述形状、边缘和毛刺程度等这可以为评估肿瘤特征提供强有力的依据，例如，在整个化疗过程中，或者在术前规划中，在多灶病变的情况下，提供精确的位置图。

图6 右乳房的三维渲染。颜色与密度的增加有关，从绿色（最低）到红色（最高，与癌组织有关）。样品上部有一部分皮肤，包括乳头。长缝合线大致位于外侧边缘的中点（身体右侧），而短缝合线表示上边缘的中点（朝向身体的头部）。

3.2. 辐射评估

评估人员使用五点评分量表（从−2到2）对PB-CT图像中每个标准的实现情况进行评分，与接近传统基于吸收的CT图像的参考图像进行比较（参考图像是在以下条件下获得的：0.16米距离，32 keV X射线能量，使用1000新加坡元重建方法和无相位恢复）。总共进行了198次观察（涉及三张图像、六个质量标准和11名评估员）。组内相关系数计算（ICC）以获得水间可靠性（Koo&Li，2016）). 总体质量的ICC（每个图像的所有质量标准的平均值）为0.924，这表明评估的可靠性中等。然后进行视觉分级分析（VGA）和相对VGA评分（VGAS_相对)使用以下公式计算相位对照图像的，

哪里G公司_{i、 c、a}是特定图像的相对等级(我)，标准(c（c）)和评估员(一).我,C类和A类分别是图像、标准和评估员的数量（Sund等人。, 2004). 图7给出了参考图像和PB-CT图像之间的比较示例，相位检索带来的图像质量改进显而易见。

图7 之间的比较示例(一)PB-CT图像和(b条)参考图像。可视化平面为矢状面，对应于二维乳房X射线照相术的中侧视图；皮肤和乳头位于上部。

VGAS公司_相对在本研究中，相控CT图像的质量为0.99，这意味着它们的平均质量高于传统的吸收CT图像。请注意，两种类型图像之间的比较结果（表明测试图像的质量高于参考图像）可能具有任何VGAS值_相对大于0且小于或等于2，阴性结果对应于VGAS_相对介于−2（包括）和0（不包括）之间的值，并且两种类型的图像的等价性对应于VGAS_相对湿度值为0。