Pictures of the Future Herbst 2008
Früherkennung in der Medizin – Brustkrebs
Hightech im Kampf gegen Brustkrebs
Im Kampf gegen Brustkrebs kommt es auf eine frühzeitige Erkennung und Diagnosestellung an. Große Fortschritte auf dem Gebiet der bildgebenden Verfahren ermöglichen präzisere und schonendere Untersuchungen.
Früherkennung: Schnelle Untersuchungen sind für ein funktionierendes Brustkrebs-Screening unerlässlich. Digitale Mammographie-Systeme beschleunigen den Arbeitsablauf und liefern höchste Bildqualität.
Margarethe M. ist erleichtert. Zum wiederholten Mal hat sie eine Mammographie hinter sich gebracht. Diese Untersuchung ist ihr unangenehm. Aber sie weiß, dass an der Brustkrebsvorsorge kein Weg vorbeiführt. Denn pro Jahr erkranken Schätzungen der WHO zufolge rund eine Million Frauen an Brustkrebs. Das National Cancer Institute in Bethesda, Maryland, USA, hat allein für die Vereinigten Staaten 211 000 Neuerkrankungen pro Jahr berechnet; das Berliner Robert-Koch-Institut spricht von jährlich 47 500 Neuerkrankungen in der Bundesrepublik. Der Statistik zufolge erkrankt in Deutschland jede elfte Frau im Lauf ihres Lebens an Brustkrebs.
Das größte Risiko haben Frauen ab dem 55. Lebensjahr (siehe
Brustkrebs auch bei jüngeren Frauen). In westlichen Industrienationen ist die Wahrscheinlichkeit, an Brustkrebs zu sterben, seit Mitte der 1990er-Jahre jedoch stark gesunken. Denn empfindliche Diagnoseverfahren wie die Mammographie ermöglichen eine immer frühere Erkennung dieser Erkrankung im Rahmen einer Vorsorgeuntersuchung – und damit steigen die Chancen auf Heilung.
Für die Früherkennung ist die Mammographie derzeit noch unverzichtbar. Bei diesem Bildgebungsverfahren durchleuchtet eine energiearme ("weiche") Röntgenstrahlung die weibliche Brust. Sie macht deren Drüsengewebe besser sichtbar als eine energiereichere Strahlung. Da in dichtem Brustgewebe Tumore aufgrund von Gewebeüberlagerungen oft nur schwer zu erkennen sind, fertigt der Arzt jeweils zwei Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven an. Eine Aufnahme erfolgt von oben, die andere nach der schräg seitlichen Positionierung der Brust. Dadurch werden auch die Achsel und der Brustmuskel erfasst. Das ist wichtig, da die meisten Tumore im oberen äußeren Viertel der Brust wachsen, welches der Achsel zugewandt ist.
Einen großen Fortschritt stellen dabei die neuen Mammographie-Geräte mit digitalen Detektoren wie das Siemens Mammomat Inspiration dar. Die ersten dieser innovativen Mammographie-Plattformen sind bereits in Asien und Europa im klinischen Einsatz. "Die rund 50 000 Patientinnen umfassende Studie Digital Mammographic Imaging Screening Trial etwa hat gezeigt, dass die digitale Mammographie gegenüber der analogen insbesondere bei Frauen mit dichtem Brustgewebe bessere Ergebnisse liefert. Diese Studie wurde an 33 Brustkrebs-Zentren in den USA und in Kanada durchgeführt, und die Ergebnisse wurden 2005 im New England Journal of Medicine veröffentlicht", sagt Dr. Thomas Mertelmeier, Leiter der Innovation Women’s Health des Geschäftsgebiets Special Systems bei Siemens Healthcare.
Strahlendosis senken. Gegenüber dem Röntgenfilm in der herkömmlichen Mammographie verwendet das Mammomat Inspiration einen digitalen Detektor, der die Röntgenstrahlung besser absorbiert. Das hat den Vorteil, dass das System bei gleichbleibender Röntgendosis eine höhere Bildqualität liefert. Außerdem verwendet das Mammomat Inspiration Wolfram als Anodenmaterial in der Röntgenquelle. So entsteht eine in ihrem Spektrum angepasste Röntgenstrahlung, die von der Brust weniger stark absorbiert wird. Dadurch landen mehr Röntgenquanten auf dem Detektor.
Die Folge: eine höhere Bildqualität im digitalen Mammogramm. Aufgrund der reduzierten Absorption der Röntgenstrahlung lässt sich so insbesondere bei Frauen mit einer dickeren Brust die eingesetzte Dosis für ein Mammogramm senken. Neben einer höheren Bildqualität bietet die digitale Mammographie noch weitere Vorteile. Dank der Digitalisierung stehen die Aufnahmen in Echtzeit am Computer zur Verfügung. So kann der Radiologe die Röntgenaufnahmen digital nachbearbeiten, archivieren oder über ein Netzwerk seinen Kollegen bereitstellen.
Die digitale Mammographie eignet sich sowohl zur Überprüfung eines bestehenden Befundes als auch zur Früherkennung. Sie stößt jedoch bei Frauen mit einer sehr hohen Gewebedichte an ihre Grenzen, weil einerseits durch Gewebeüberlagerungen nicht alle Tumore entdeckt werden und andererseits falsch-positive Befunde vorgetäuscht werden können. Mertelmeier und seine Kollegen arbeiten deshalb an einem neuen 3D-Verfahren, der so genannten Brust-Tomosynthese, das diese Nachteile aufheben soll. Beim Tomosynthese-Prototypen bewegt sich die Röntgenröhre relativ zur Brust und generiert in einem Winkel von +25° bis ?25° in Abständen von jeweils zwei Grad 25 verschiedene Röntgenaufnahmen.
In einem der Computertomographie ähnlichen Verfahren für die Bildrekonstruktion, werden aus diesen Aufnahmen dreidimensionale Schichten der Brust berechnet. In den berechneten Schichten wird das Brustgewebe in unterschiedlichen Lagen in der Brust getrennt dargestellt. Auf diese Weise können Tumore sichtbar gemacht werden, die bei den üblichen zwei Aufnahmen der digitalen Mammographie unter Umständen übersehen werden.
Gegenwärtig befinden sich drei Tomosynthese-Prototypen in der Erprobung: an der Universitätsklinik von Malmö, Schweden, der Duke University von North Carolina, USA, sowie an der State University New York, USA. Der schwedische Brustkrebs-Experte Dr. Ingvar Andersson, der das System in Malmö testet, zeigt sich mit den vorläufigen Resultaten sehr zufrieden.
Auf Nummer sicher gehen mit Ultraschall. Nach einem Bericht des New England Journal of Medicine ist das Risiko an Brustkrebs zu erkranken bei Frauen mit dichtem Brustgewebe etwa fünf Mal höher als bei Frauen mit normalem Gewebe. Während die Mammographie für die Brustkrebs-Vorsorgeuntersuchung die Methode der Wahl ist, kann eine zusätzliche Ultraschalluntersuchung die Entdeckung von Brustkrebs deutlich verbessern. Nach der Studie von T.M. Kolb aus dem Jahr 1998 steigt die Erkennungsrate für nicht tastbaren, invasiven Krebs um 42 % bei Frauen mit dichtem Brustgewebe, wenn sie zusätzlich zur Mammographie noch eine Ultraschalluntersuchung erhalten. Deshalb wünscht sich Dr. Ingvar Andersson, dass die Ultraschalluntersuchung bei Frauen mit dichtem Brustgewebe in die Standarduntersuchung aufgenommen wird. Jacqueline Bailey, Marketingmanagerin im Geschäftsbereich Ultraschall von Siemens Healthcare in Mountain View, Kalifornien, stimmt dem zu. Denn in Nordamerika und Europa haben etwa zwei von fünf, in Asien sogar drei von fünf Frauen dichtes Brustgewebe. "Für diese Frauen kann die Ultraschall-Untersuchung zusätzliche diagnostische Informationen liefern", sagt Jacqueline Bailey. Patientinnen empfinden Ultraschall-Untersuchungen in der Regel als angenehmer, da die Brüste hier nicht wie bei der Mammographie komprimiert werden müssen.
Angenehme Durchleuchtung. Bei der herkömmlichen Ultraschall-Messung der Brust scannt der Arzt die Brust manuell. Diese Technik liefert jedoch nur eine Teilansicht der Brust auf der Basis einer begrenzten Anzahl von Messpositionen, abhängig davon, wo und wie der Arzt die rund 1 × 5 cm² große Auflagefläche des Ultraschallkopfs über die Brust führt. Außerdem kann dieses Verfahren sehr zeitaufwändig sein. Siemens hat deshalb ein neues automatisiertes Ultraschallgerät für die Brustuntersuchung entwickelt: den ACUSON S2000 Automated Breast Volume Scanner (ABVS). Dieses System scannt schnell und schmerzfrei die Brust und generiert 3D-Ansichten. Zusätzlich ermöglicht es eine effiziente und umfassende Analyse der 3D-Daten und erleichtert ein halbautomatisches Reporting.
Hightech-Diagnostik: Digitale Mammographie-Aufnahmen zeigen verdächtige Stellen. Die Biopsie verschafft Klarheit. Neue Technologien optimieren die diagnostische Qualität
von links: syngo MammoCAD markiert eine verdächtige Läsion; der ABVS-Ultraschall- scanner spürt eine Brustzyste auf; die fusionierten MR- und PET-Scans weisen auf eine 2?cm?Läsion hin
Das Ultraschall-System besteht aus einem Bodenstativ und einem Arm, der eine 15 × 15 cm² große Scaneinheit – den Schallkopf – trägt. Diese wurde speziell für die Ultraschall-Untersuchung der Brust entwickelt. Auf der Brust platziert, scannt das Gerät vollautomatisch die Brust und erzeugt dabei 250 bis 400 Einzelaufnahmen. Die Datenerfassung dauert lediglich 60 bis 90 Sekunden – für die gesamte Untersuchung benötigt das System vier bis zehn Minuten. Dieses Verfahren ist deshalb erheblich schneller als die herkömmliche manuelle Ultraschall-Untersuchung.
Die so gewonnenen Daten werden zur Auswertung und Erstellung des Befunds an eine Workstation geschickt. Die Volumendaten können in drei verschiedenen Körperebenen (sagittal, transversal und koronal) betrachtet werden. Dies erlaubt dem Arzt, die Brustbilder in der anatomisch natürlichsten Richtung, koronal – von der Brustwarze zur Brustwand – zu beurteilen. Diese Ebene konnte bisher mit herkömmlichem Ultraschall nicht dargestellt werden. Der ACUSON S2000 ABVS Brustscanner wird im Herbst 2008 erstmals in den USA und in Europa vorgestellt. Das System wird voraussichtlich Ende 2008 weltweit verfügbar sein.
Ultraschall ist heute das Standardverfahren, um verdächtige Abnormalitäten in Mammogrammen zu untersuchen, Läsionen zu analysieren und Biopsien zu führen. Neue Ultraschall-Bildtechnologien ermöglichen Ärzten während der diagnostischen Untersuchung eine bessere Beurteilung des erkrankten Gewebes. Zu diesen Innovationen zählt eSie Touch Elasticity Imaging, eine Technologie, die an Ultraschallsystemen von Siemens verfügbar ist. Die Elastograhpie zeigt die mechanischen Eigenschaften von Gewebe. Dazu drückt der Arzt den Ultraschallkopf leicht auf die Brust, während das System die Festigkeit einer Läsion misst und bildlich darstellt. Die klinische Erfahrung hat gezeigt, dass festeres und weniger bewegliches Gewebe vermutlich bösartig ist.
Aktuelle Forschungsarbeiten von Richard G. Barr, Professor am Northeastern Ohio University College of Medicine und Radiologe bei Southwoods X-ray and MRI in Youngstown, belegen die hohe Spezifität der Elastographie. Barr verwendete die eSieTouch Elasticity Imaging-Technologie von Siemens, um 166 Läsionen zu identifizieren und 99 Patientinnen einer Biopsie zuzuführen. Ultraschall-unterstützte Biopsien wurden an 80 Patientinnen mit 123 Läsionen durchgeführt. Die Biopsien ergaben, dass die Elastographie alle 17 bösartigen Tumore und 105 von 106 gutartige Geschwüre korrekt identifizierte – mit einer Empfindlichkeit von 100 % und einer Spezifität von 99 %. Die Ergebnisse der Studie werden zurzeit in mehreren Studien in Europa und den USA verifiziert.
Standard-Methode der Zukunft?
Siemens begleitet ein von der Europäischen Union gefördertes Projekt der Universitäten Erlangen, Leuven (Belgien) und Rotterdam (Niederlande), das im Sommer 2008 in Erlangen angelaufen ist. Projektziel ist die Entwicklung eines Spezialgeräts zur Untersuchung der weiblichen Brust mittels Computertomographie (CT). Davon erhoffen sich die Forscher eine bessere Diagnostik, weil in den Schichtbildern keine Gewebeüberlagerungen mehr auftreten. Bislang wurde die konventionelle CT nicht zur Untersuchung der Brust eingesetzt, weil die erforderliche Strahlendosis als unvertretbar hoch galt. Beim neuen Verfahren befindet sich die Patientin in Bauchlage auf einer Liege. Die zu messende Brust ragt durch eine Aussparung in der Liege nach unten. Unterhalb der Liege rotiert eine Röntgenröhre mit Detektor und erzeugt ein vollständiges 3D-Volumen-Brustbild. Das Verfahren soll eine der konventionellen Mammographie vergleichbare Strahlendosis und eine nahezu gleiche Bildauflösung erreichen. Sollte es die Erwartungen erfüllen, könnte es in ferner Zukunft zu einer Standard-Methode werden.
Den ganzen Körper checken. Neben der Untersuchung mit Ultraschall ist die Magnetresonanztomographie (MRT) eine weitere Methode zur Brustkrebsvorsorge und -diagnose, bei der die Patientinnen keiner Röntgenstrahlung ausgesetzt sind. Frauen mit einem genetischen Risiko für eine Brustkrebserkrankung, etwa bei einem familiären Hintergrund, sollen in den USA nach den Richtlinien der American Cancer Society bei der jährlichen Vorsorgeuntersuchung zusätzlich zur Mammographie einen Termin für eine Brust-MRT-Untersuchung erhalten. Diese Empfehlung stützt sich auf eine im New England Journal of Medicine veröffentlichte Studie von 2004, wonach mittels MRT Tumore entdeckt werden konnten, die mit der Mammographie unentdeckt blieben. "Mit MRT kann man hervorragend die Bildung neuer Blutgefäße zeigen, die ein Tumor zum Wachsen benötigt – ein Indiz für ein sehr frühes Stadium der Tumorentstehung", sagt Birgit Hasselberg, Produktmanagerin für Onkologie bei Siemens Healthcare im Geschäftsgebiet Magnetresonanz.
Die MRT eignet sich neben der Früherkennung auch zur Operationsplanung, zur Überwachung während der Therapie und zur Kontrolle in der Nachsorgephase einer Patientin. Brustkrebs kann, je nach Krankheitsstadium, entweder nur in der Brust selbst auftreten oder schon in den ganzen Körper gestreut haben. Dies hat großen Einfluss auf die Wahl der Therapiemethode und damit auch auf die Überlebenschance der Patientin. Deshalb ist es wichtig, den Primär-Tumor früh zu erkennen und vollständig zu entfernen.
Die MRT zeigt in diesem frühen Stadium mit höchster Auflösung die genaue Ausdehnung des Tumors und ist deshalb ideal für die Operationsplanung, denn so lässt sich der Tumor vollständig entfernen, was der Patientin erneute Operationen oder eine Ausdehnung der Krankheit erspart. Sollte die Erkrankung schon über den Primär-Tumor hinaus in den Körper gestreut haben, kann die MRT mit Ganzkörper-Aufnahmen auch die gesamte Ausdehnung erfassen.
Reihenuntersuchung auf dem Land
Der deutsche Bundestag und Bundesrat hatten 2002 beschlossen, nach skandinavischem Vorbild der weiblichen Bevölkerung im Alter von 50 bis 69 Jahren eine flächendeckende Reihenuntersuchung (Mammographie-Screening) anzubieten. Krankenkassen und kassenärztliche Bundesvereinigung schlossen sich daraufhin zur Kooperationsgemeinschaft Mammographie zusammen, die im Jahr 2005 fünf Referenzzentren aufbaute.
Die Flächenabdeckung erreichen einige Betreiber der Referenzzentren durch zusätzliche mobile Untersuchungsstationen. Dabei handelt es sich um große Lkw-Anhänger, so genannte Mammotrailer, die mit einem Wartebereich, einem Untersuchungsraum mit Mammographie-Technik und einem kleinen Büro ausgestattet sind. Siemens war bereits an einem Pilotprojekt beteiligt und hat zusammen mit einem Zulieferer aus der Automobilbranche 28 dieser fahrbaren Mammographie-Stationen in Deutschland gebaut. Zum Einsatz kamen Mammographie-Geräte, die ihre Daten auf Röntgenfilmen speichern. Zurzeit wird die Auslieferung neuer Mammotrailer vorbereitet, die mit digitalen Mammographiegeräten (Mammomat Novation und Inspiration) ausgestattet sind und ihre Messwerte mit digitalen Detektoren erfassen. Auch in anderen Ländern wie Dänemark, Polen oder Georgien sind fahrbare Mammographie-Stationen mit Siemens-Technik unterwegs. In Deutschland werden die Mammographie-Geräte in der Regel von mehreren medizinisch-technischen Assistentinnen bedient, die nur die Messung vornehmen und die Daten verschlüsselt auf einem Datenträger speichern. Dieser wird per Kurier in ein Referenzzentrum gebracht. Dort wertet dann ein Radiologe die Messungen aus. Die mobilen Mammographie-Stationen sind das ganze Jahr über unterwegs. Bis zu 50 Tage lang stehen sie am selben Standort, wo sie einen Umkreis von mehreren Kilometern abdecken. Damit wird eine hohe Akzeptanz erreicht: Bislang haben etwa 64 % der von der Kooperationsgemeinschaft Mammographie angeschriebenen Frauen an der Untersuchung teilgenommen.
Als weitere Anwendung der MRT wird sich in naher Zukunft auch die Brustspektroskopie etablieren, die von Siemens in Erlangen entwickelt und zurzeit im Rahmen einer multizentrischen Studie erprobt wird. Es handelt sich um ein nicht-invasives Verfahren, das Stoffwechselprodukte oder biochemische Zustände in den Zellen erfasst. Die Software syngo GRACE stellt dar, wie hoch die Konzentration von körpereigenen Metaboliten wie Cholin in den Zellen ist. Diese Information erlaubt wertvolle Rückschlüsse auf die Bösartigkeit von Zellen. Die Methodik eignet sich gut dazu, die Wirkung von Medikamenten während einer Tumortherapie zu überwachen, um mit fallender oder steigender Cholinkonzentration den Erfolg oder Misserfolg der Therapie zu dokumentieren.
Ein alternatives Verfahren ist der PET-MRT-Scan, bei dem ein PET-Scan in Bauchlage mit einem MRT-Brustscan kombiniert wird. PET bildet den Glukosestoffwechsel in den Zellen ab, MRT lokalisiert den Tumor. Da PET unter herkömmlichen Bedingungen nicht unter dem Magnetfeld eines MRT funktioniert, erfolgen beide Messungen bisher noch getrennt. Erste klinische Ergebnisse der New York University School of Medicine zeigen, dass die Fusion von PET-Scans in der Bauchlage mit Standard-MRT-Brustscans die diagnostische Aussagekraft verbessert.
Schnell und schmerzfrei: Dank neuer Ultraschall-Bildtechnologien können Ärzte erkranktes Gewebe besser beurteilen. Bei der Elastographie etwa wird die Festigkeit und Bösartigkeit einer Läsion bestimmt
Fahndung mit Suchalgorithmen. CAD-Programme (Computer Aided Detection) wie syngo MammoCAD von Siemens helfen Radiologen bei der Erkennung von Brustkrebs in einem möglichst frühen Stadium. Die CAD-Software analysiert die digitalen Mammogramme und markiert tumorverdächtige Stellen. Während der Reihenuntersuchung befundet ein Arzt bis zu 100 Patienten in der Stunde. Das bedeutet, dass ihm für jede Aufnahme nur wenig Zeit bleibt. "Beim Brustkrebs-Screening findet sich bei 200 Patientinnen ein Tumor", weiß Jonathan Stoeckel, Leiter Siemens Computer Aided Diagnosis Ltd. "Da könnte es ohne CAD leicht passieren, dass etwas übersehen wird."
Doch wenn CAD zuviel sieht – also fälschlich positive Markierungen macht, wo keine auffälligen Stellen sind –, ist das Verfahren keine große Hilfe. syngo MammoCAD hat eine niedrige Quote an falsch-positiven Markierungen, wobei mehr als 40 % der normalen Befunde überhaupt keine Markierungen haben. Denn CAD-Programme stellen für den Radiologen nur dann eine Zeitersparnis dar, wenn sie ihm so wenig wie möglich falsch-positive Resultate anzeigen. "Optimal ist es natürlich, wenn das System auf den Bildern von gesunden Patientinnen auch tatsächlich keine tumorverdächtige Stelle markiert", erläutert Stoeckel.
Anbindung anderer Daten.syngo MammoCAD fahndet gezielt nach Herdbefunden und Mikroverkalkungen, die einen zweiten Blick des Radiologen erfordern. Herdbefunde sind sichtbar als Bereiche mit höherer Gewebedichte, und Mikroverkalkungen sehen aus wie sehr kleine weiße Punkte. syngo MammoCAD wird schrittweise erweitert sowohl hinsichtlich der Suchleistung des Algorithmus als auch hinsichtlich des Umfangs. So soll die nächste Stufe der Software dem Arzt zu jeder Markierung eine passende Beschreibung etwa über Schärfe, Ränder und Dichte des Tumors liefern. Diese Beschreibung gemäß der BI-RADS-Nomenklatur (Breast Imaging Reporting and Data System)wird bereits von Radiologen für die Befundung verwendet. In der Zukunft soll CAD auch bei dieser Aufgabe helfen. "CAD wandelt sich von Computer Aided Detection zu Computer Aided Description", so Stoeckel, der bereits an der nächsten Ausbaustufe arbeitet.
Ein erster Schritt in diese Richtung ist bereits gemacht: Der Radiologe kann mit Hilfe des CAD-Systems seine Fälle nach dem Dichtetyp des Gewebes sortieren, damit er die besonders schwierigen Fälle zuerst zu sehen bekommt. Dieses Decision Support System wird in der Zukunft auch mit der REMIND-Technologie arbeiten (siehe Pictures of the Future, Frühjahr 2008, Remind) sowie Verfahren der künstlichen Intelligenz mit sehr großen Datenbanken und einer riesigen Rechenleistung kombinieren.
In die gleiche Richtung zielt auch die Entwicklung der CAD-Software für die Brust-MRT. "Auch Breast MR CAD wird dem Anwender mit dessen Worten, also dem BI-RADS-Standard, erklären, warum es eine bestimmte Stelle markiert hat", sagt Arun Krishnan, Leiter der CAD-Forschung bei Siemens IKM CAD & Knowledge Solutions in Malvern, USA.
In ferner Zukunft ist auch die Anbindung anderer Daten wie etwa der digitalen Patientenakte an das System geplant. "Unser übergeordnetes Ziel ist es, die beste Lösung für den Patienten zu bieten", erklärt Krishnan. "Diese besteht in der Vermeidung unnötiger Biopsien". Doch noch ist Breast MR CAD ein reines Siemens-Forschungsprojekt.
Wenn Margarethe M. in ein paar Jahren zur Brustkrebsvorsorge geht, wird die 3D-Tomosynthese die digitale Mammographie abgelöst haben. Damit kein Krebsherd übersehen wird, erhält sie zudem eine Ultraschalluntersuchung mit dem Automated Breast Volume Scanner.
Gegenüber der früheren Vorsorge können Tumore in einem noch früheren Stadium erkannt werden. Gleichzeitig sinkt durch bildgebende Verfahren wie MR oder fusionierte PET-MRT-Aufnahmen die Zahl der unnötigen Biopsien. Wird bei Margarethe M. eines Tages doch ein Krebsherd in der Brust gefunden, dann könnte von einer erweiterten CAD-Software ein Vorschlag für eine personalisierte Therapie auf der Basis von vielen verschiedenen, sehr genauen Messdaten erstellt werden. Gegenüber ihrer Mutter, die früh an Brustkrebs verstarb, hat Margarethe M. gute Chancen, ein hohes Alter zu erreichen.
Michael Lang