Phasenkontrast verbessert Mammografie
Mithilfe des Phasenkontrast-R?ntgens ist es Forschenden der ETH Zürich, des Paul Scherrer Instituts (PSI) und des Kantonsspitals Baden gelungen, Mammografien zu erstellen, anhand derer Brustkrebs und dessen Vorstufen pr?ziser beurteilt werden k?nnen. Das Verfahren k?nnte dazu beitragen, Biopsien gezielter einzusetzen und Nachfolgeuntersuchungen zu verbessern.
Die Forscherinnen und Forscher haben ein bildgebendes Verfahren für die Mammografie weiterentwickelt: die R?ntgenphasenkontrast-Mammografie. Damit k?nnen sie die Art der Mikroverkalkungen im Brustgewebe besser als mit heutiger Mammografietechnik erkennen und sie so einer Erkrankung zuordnen. Dies dürfte dazu beitragen, verd?chtige Befunde gezielter untersuchen zu k?nnen. Eine entsprechende Studie wurde soeben in der Fachzeitschrift ?Nature Communications? ver?ffentlicht.
Der Vorteil der neuen Technik ist, dass sie ?usserst scharfe, detail- und kontrastreiche Bilder liefert. Sie bildet Strukturen ab, die mit der herk?mmlichen R?ntgenmammografie nicht oder nur unscharf zu erkennen sind. Mit dem Phasenkontrast-R?ntgen k?nnen zwei Typen von Verkalkungen, die in einer Brust vorhanden sein k?nnen, unterschieden werden. Dies k?nnte ?rzten zukünftig helfen, nicht-invasiv festzustellen, wo am ehesten eine b?sartige Brustver?nderung vorhanden ist.
Vorsorgeuntersuchungen für Brustkrebs zielen darauf ab, (gruppierte) Mikroverkalkungen im Brustgewebe frühzeitig zu entdecken. Denn Verkalkungen treten meist dort auf, wo sich rasch teilende Zellen absterben. Sie weisen deshalb oft bereits in einem Frühstadium auf eine Erkrankung hin. Mammografien erlauben aber keine definitiven Rückschlüsse auf die Ursache der Verkalkungen, so dass ?rzte für die Diagnose Gewebsbiopsien nehmen. Die Proben werden dann von Fach?rzten für Pathologie unter dem Mikroskop untersucht. Erst so l?sst sich genau festlegen, welche Erkrankung die Kalkablagerungen verursacht hat.
Phasenkontrastr?ntgen auf dem Weg in Klinikalltag
Wissenschaftler des PSI erforschen seit einigen Jahren, wie man den Phasenkontrast von R?ntgenstrahlung für die Bildgebung nutzen kann. Lange galt es als unm?glich, die R?ntgenstrahlung, wie sie in Kliniken verwendet wird, für das Phasenkontrastverfahren einzusetzen, weil diese nicht koh?rent ist und sich aus verschiedenen Wellenl?ngen zusammensetzt. ?Dass wir dies nun trotzdem geschafft haben, um damit eine neue, aussagekr?ftigere bildgebende Methode zu entwickeln, ist ein grosser Schritt hin zu einer Anwendung im klinischen Alltag?, freut sich Marco Stampanoni, Professor am Institut für Biomedizinische Technik der ETH Zürich und Leiter der R?ntgentomographie-Gruppe am PSI. Für das Ziel, den R?ntgenphasenkontrast in die Klinik zu bringen, hat er 2012 auch einen ERC Consolidator Grant erhalten.
Beim Phasenkontrast-R?ntgen wird nicht nur gemessen, wie stark Gewebe R?ntgenstrahlung absorbiert, sondern auch, wie das Gewebe die Strahlung seitlich ablenkt (beugt) und wie es die Abfolge von Schwingungstal und Schwingungsberg der Strahlungswelle – die sogenannte Phase – beeinflusst. Je nach Gewebeart ist auch das gesamte Streuverhalten unterschiedlich.
Um die Phasenverschiebung messen zu k?nnen, setzen die Wissenschaftler drei sehr feine Gitter ein. Das Erste befindet sich unmittelbar nach der R?ntgenquelle. Es sorgt dafür, dass das Objekt mit der n?tigen Koh?renz beleuchtet wird. Ein weiteres Gitter ist nach dem Objekt platziert und generiert ein Interferenzsignal, das vom dritten Gitter analysiert wird. Mit Algorithmen gewinnen die Forschenden aus dem Interferenzsignal die Absorptions-, Phasen- und Streueigenschaften des Objekts. Aus diesen Informationen k?nnen scharfe und kontrastreiche Bilder generiert werden, die Weichteile besonders detailreich zeigen.
Zufallsentdeckung führt zu Erfolg
Am Anfang dieser Entwicklung stand eine unerwartete Entdeckung von Prof. Stampanonis Mitarbeiter Zhentian Wang: ?Per Zufall beobachtete ich bei meinen Versuchen mit der Phasenkontrasttechnik, dass sich Mikroverkalkungen in Brustgewebe in ihren Absorptions- und Streusignalen unterscheiden. Das war der entscheidende Hinweis darauf, dass mit der neuen Methode verschiedene Typen von Verkalkungen abgebildet werden k?nnen?, sagt er. Daraufhin ackerte Wang die medizinische Literatur durch und fand Studien, die aufzeigten, dass ein bestimmter Verkalkungstyp h?ufiger mit Brustkrebs gekoppelt ist. ?Dadurch wurde mir klar, dass meine Beobachtung für die Brustkrebsdiagnose interessant sein k?nnte?, sagt der Forscher.
Klinisch relevant
Das hohe Potenzial der neuen Methode wird auch von den ?rztinnen und ?rzten, die an dieser Studie mitgearbeitet haben, best?tigt: ?Wir erhoffen uns von der Methode, dass sie im Vergleich zur herk?mmlichen Mammographie besser aufzeigt, wo im Brustgewebe eine Biopsie gemacht werden muss?, sagt Rahel Kubik, Chef?rztin am Institut für Radiologie des Kantonsspitals Baden. Noch sei die Methode nicht bereit für den Einsatz in der Klinik, da sie erst an gr?sseren Fallzahlen evaluiert werden müsse, gibt die Radiologin zu bedenken. ?Zuversichtlich stimmt jedoch die Tatsache, dass sich die Befunde der neuen Methode den bekannten unterschiedlichen mikroskopischen Verkalkungsarten zuordnen lassen?, best?tigt Gad Singer, Chefarzt am Institut für Pathologie am Kantonsspital Baden.
Ob die Technik den Transfer in die Klinik schafft, h?ngt nicht zuletzt von der notwendigen Strahlendosis ab, die eingesetzt werden muss. ?Das Ziel wird sein, mit der Strahlendosis einer herk?mmlichen Mammografie die Qualit?t, die Aufl?sung und die Diagnostik so zu verbessern, dass Tumore pr?ziser beurteilt werden k?nnen?, sagt Nik Hauser, Chefarzt der Frauenklinik und Leiter des Interdisziplin?ren Brustzentrums am Kantonsspital Baden. ?Wenn wir Tumore genauer detektieren und abgrenzen k?nnen und dies exaktere Absch?tzungen vor einer Operationen erm?glicht, dann wird sich die neue Methode schnell durchsetzen?, ist er überzeugt. Die Basis für ein neuartiges Ger?t sei gelegt, sagt Hauser. ?Wir sind optimistisch, dass wir bald weitere Ergebnisse pr?sentieren k?nnen.?
Bislang arbeiteten die Forscherinnen und Forscher mit einem Prototyp. Dieser ist für den Einsatz in der Klinik noch nicht geeignet. Ausserdem untersuchten sie vorerst Proben von Brustgewebe, nicht aber direkt Patientinnen. ?Eines unserer n?chsten Ziele wird sein, ein kliniktaugliches Ger?t zu entwickeln?, sagt Marco Stampanoni.
Literaturhinweis
Wang Z, Hauser N, Singer G, Trippel M, Kubik-Huch RA, Schneider CW, Stampanoni M. Non-invasive classification of microcalcifications with phase-contrast X-ray mammography. Nature Communications, published online 15th May 2014. DOI: externe Seite 10.1038/ncomms4797